TBD234 V6 型柴油機(jī)機(jī)油壓力異常故障分析

機(jī)油壓力是考核柴油機(jī)工作是否正常的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。機(jī)油壓力異常指的是油壓過(guò)高、過(guò)低或不穩(wěn)定。油壓過(guò)高時(shí)，機(jī)油會(huì)向四處飛濺，接合面易漏油，在曲軸箱中容易受熱氧化變質(zhì)，也增加了機(jī)油的消耗;油壓過(guò)低時(shí)，將會(huì)因軸承供油不足而使磨損增強(qiáng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生重大的機(jī)損和安全事故;油壓不穩(wěn)定、波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致摩擦副之間的油膜不理想，使之產(chǎn)生半干摩擦甚至干摩擦，從而造成運(yùn)轉(zhuǎn)部件的磨損，使用壽命降低，甚至機(jī)損。某浮船塢TBD234V6型柴油發(fā)電機(jī)組在W6級(jí)修理后動(dòng)車(chē)調(diào)試時(shí)，機(jī)油壓力出現(xiàn)了異常波動(dòng)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了該型柴油機(jī)工作的可靠性。本文通過(guò)系統(tǒng)排查，分析和確定了故障原因，并介紹柴油機(jī)改進(jìn)后的試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果。一、故障描述某浮船塢配置3臺(tái)TBD234系列柴油機(jī)組，2號(hào)TBD234V6型柴油機(jī)因故障輪換了一臺(tái)同型機(jī)后，試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)其機(jī)油壓力頻繁變化，范圍為480~550kPa，壓力忽高忽低,壓力表指針來(lái)回?cái)[動(dòng)。柴油機(jī)正常工作時(shí)機(jī)油壓力應(yīng)穩(wěn)定無(wú)波動(dòng)，該機(jī)明顯存在波動(dòng)異常的故障。該臺(tái)輪換的柴油機(jī)在換機(jī)前經(jīng)過(guò)W6級(jí)修理，主要內(nèi)容為:所有汽缸蓋按工藝要求修理，更換了所有橡膠件，更換了所有主軸瓦和連桿瓦，更換了活塞環(huán)、滑油泵，檢修了曲軸、活塞連桿、冷卻器、濾器、增壓器、淡水泵、高壓泵、噴油器等部件。二、TBD234系列柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)工作原理TBD234系列柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)由機(jī)油泵，機(jī)油濾清器，機(jī)油冷卻器，旁通閥，減壓閥和油道、油管組成。它的功用是把具有一定壓力和一定溫度范圍內(nèi)的清潔機(jī)油，連續(xù)不斷地輸送到柴油機(jī)各摩擦面和需要冷卻的部位，減少摩擦功的損失，緩和機(jī)件的磨損,把機(jī)件因摩擦而產(chǎn)生的熱量帶走，并清洗摩擦表面的磨屑和雜質(zhì)，保證各部件的正常工作。該型柴油機(jī)機(jī)油流向圖如圖1所示。圖1

TBD234系列柴油機(jī)機(jī)油流向圖其中，實(shí)線箭頭為機(jī)油通常流向，虛線箭頭為機(jī)油達(dá)到一定壓力(0.6MPa）后增加的流向。三、故障原因分析根據(jù)柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)原理，機(jī)油壓力異常波動(dòng)的原因有以下幾個(gè)方面。（1）機(jī)油壓力表和傳感器損壞。機(jī)油壓力傳感器里面有一個(gè)滑動(dòng)電阻，利用機(jī)油壓力推動(dòng)滑動(dòng)電阻的電位計(jì)移動(dòng)，來(lái)改變機(jī)油壓力表的電流，從而改變指針的位置。當(dāng)機(jī)油壓力表和傳感器損壞時(shí)，指針將會(huì)來(lái)回波動(dòng)。（2）油底殼機(jī)油量不足。柴油機(jī)啟動(dòng)前，需用油尺檢查油底殼的機(jī)油量，油面處在油標(biāo)尺上下限之間為宜。如果油量不足，機(jī)油泵吸空，空氣進(jìn)入潤(rùn)滑系統(tǒng)，就會(huì)造成機(jī)油壓力異常波動(dòng)。（3）機(jī)油濾清器臟堵時(shí)，減壓閥（0.6MPa)會(huì)頻繁開(kāi)閉，開(kāi)啟時(shí)油壓卸放，關(guān)閉時(shí)油壓上升，會(huì)出現(xiàn)壓力異常波動(dòng)現(xiàn)象。（4）機(jī)油冷卻器臟堵時(shí)，旁通閥(0.6MPa)會(huì)打開(kāi)，機(jī)油不經(jīng)冷卻直接進(jìn)入濾器，可能會(huì)引起壓力異常。（5）旁通閥和減壓閥彈簧變形或折斷，開(kāi)閉不靈。柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，供油量劇增，會(huì)使閥門(mén)突然打開(kāi)，機(jī)油壓力下降，但因閥門(mén)開(kāi)閉不靈，閥門(mén)可能無(wú)法及時(shí)回位，主油道要保持穩(wěn)定的壓力比較困難，出現(xiàn)油壓忽高忽低的現(xiàn)象。（6）機(jī)油過(guò)臟過(guò)黏，堵塞吸油盤(pán)。當(dāng)柴油機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)油泵吸油量會(huì)因吸油盤(pán)阻力過(guò)大而明顯減少，主油道供油不足，油壓出現(xiàn)異常波動(dòng)。（7）機(jī)油泵內(nèi)部磨損，工作異常，造成滑油壓力波動(dòng)。四、故障排查過(guò)程針對(duì)故障原因，按照先外后內(nèi)，由表及里，由簡(jiǎn)到繁，按系分段，有順序有步驟地檢查、分析、判斷。若檢查結(jié)果與初步判斷相符合，則證明判斷是正確的。具體排查步驟如下。（1）拆卸機(jī)油壓力表和傳感器進(jìn)行檢修，并計(jì)量校正，并未發(fā)現(xiàn)異常，排除儀表造成的油壓波動(dòng)現(xiàn)象。（2）柴油機(jī)啟動(dòng)前已檢查了機(jī)油油位在油標(biāo)尺上下限之間，排除了曲軸箱滑油液面過(guò)低引起機(jī)油泵吸空而造成油壓波動(dòng)的情況。（3）拆卸清洗機(jī)油清濾器座，更換濾筒，裝復(fù)后動(dòng)機(jī)測(cè)試,未能排除滑油壓力異常波動(dòng)故障。（4）拆卸清洗機(jī)油冷卻器，裝復(fù)動(dòng)機(jī)測(cè)試，未排除滑油壓力異常波動(dòng)故障。（5）拆卸旁通閥和減壓閥檢修，未發(fā)現(xiàn)異常，排除閥件損壞引起的壓力異常波動(dòng)。（6）排空油底殼滑油，用內(nèi)窺鏡檢查吸油盤(pán)，未見(jiàn)臟堵，更換機(jī)油，停機(jī)時(shí)檢查油量，油面處于油標(biāo)上下限之間，動(dòng)機(jī)測(cè)試，滑油壓力忽高忽低，異常波動(dòng)。（7）吊機(jī)拆卸油底殼，檢查發(fā)現(xiàn)該型柴油機(jī)為干式油底殼，而一般船用TBD234系列柴油機(jī)未采用該結(jié)構(gòu)，TBD234V6型柴油機(jī)干式油底殼及油泵結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，內(nèi)部配有2只油泵，一個(gè)是機(jī)油泵，一個(gè)是回油泵，2個(gè)泵均為齒輪泵，機(jī)油泵為兩齒輪，回油泵為三齒輪。圖2TBD234V6型柴油機(jī)干式油底殼及油泵結(jié)構(gòu)示意圖機(jī)油泵裝在柴油機(jī)自由端左側(cè)，由曲軸齒輪帶動(dòng)，一對(duì)油泵齒輪在曲軸齒輪帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，吸入腔容積因齒牙不斷分離而增大，機(jī)油從入口處進(jìn)入泵體，充滿齒槽。隨著齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)被帶到出口處，排出腔的容積因齒牙不斷靠攏而減小，于是形成擠壓而使壓力升高，機(jī)油以一定壓力泵入潤(rùn)滑系統(tǒng)。回油泵裝在自由端右側(cè)，也由曲軸齒輪帶動(dòng)，它是為干式油底殼的需要而設(shè)置的，通過(guò)2根進(jìn)油管，把流回油底殼兩端的機(jī)油，經(jīng)回油泵送到油底殼中部的密閉部分，再由機(jī)油泵抽出。此次修理更換了機(jī)油泵。對(duì)比新舊2只機(jī)油泵可以發(fā)現(xiàn)，油泵外型存在一定差異，拆解后檢查，油泵齒輪明顯大小不一，新?lián)Q油泵齒輪比原配油泵齒輪大，機(jī)油泵齒輪對(duì)比如圖3所示，新泵排油量大于原泵，原泵排油量?jī)H為75L/min[1]。圖3機(jī)油泵齒輪對(duì)比而從1991年開(kāi)始，TBD234V6型柴油機(jī)安裝V8型柴油機(jī)的機(jī)油泵，增大了機(jī)油泵輸出機(jī)油量[2]。由圖2所示，回油泵從兩側(cè)吸油供給機(jī)油泵，機(jī)油泵抽油形成油壓，以使油供給柴油機(jī)各需要潤(rùn)滑部位。因機(jī)油泵油量加大，而回油泵油量未變化，造成兩泵工作不匹配，即機(jī)油泵抽吸能力增大，但回油泵未發(fā)生改變供給不足，機(jī)油泵抽空，所以造成機(jī)油壓力異常波動(dòng)。將原機(jī)油泵修復(fù)后，進(jìn)行裝機(jī)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)機(jī)油壓力波動(dòng)異常故障消除。TBD234系列柴油機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。表1中數(shù)據(jù)顯示額定負(fù)荷時(shí)機(jī)油壓力偏低。根據(jù)該型機(jī)廠家2001年版說(shuō)明書(shū)和修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，額定功率時(shí)，機(jī)油壓力值為0.40~0.60MPa。因柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不同，機(jī)油壓力值相差較大，機(jī)油壓力低于0.40MPa的現(xiàn)象較為普遍。廠家2011年版說(shuō)明書(shū)作了相應(yīng)修訂，明確額定功率時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)速不同，濾清后機(jī)油壓力分為3種情況:①1800r/min以下，要求0.35~0.60MPa;②1800~2100r/min，要求0.40~0.60MPa;③2100r/min上，要求0.45~0.60MPa。而該機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，額定負(fù)荷(100%)時(shí)最低壓力要求應(yīng)不小于0.35MPa，表1中顯示100%負(fù)荷時(shí)壓力為0.31MPa，顯然不符合該型柴油機(jī)技術(shù)要求。圖4TBD234系列柴油機(jī)機(jī)油壓力低的故障樹(shù)及排除方法TBD234系列柴油機(jī)機(jī)油壓力低的故障樹(shù)及排除方法如圖4所示，而通過(guò)前面的分析及排查過(guò)程，本柴油機(jī)機(jī)油壓力低的原因很顯然是滑油泵的排油量減小所導(dǎo)致，與故障樹(shù)中其他原因無(wú)關(guān)。五、改進(jìn)措施及效果如何提高機(jī)油壓力，又不會(huì)造成機(jī)油壓力異常波動(dòng)的故障，經(jīng)分析研究TBD234系列柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)原理,其可行性方案有2個(gè):方案一是更換大流量的機(jī)油泵及回油泵;方案二是改進(jìn)該機(jī)的潤(rùn)滑方式，取消回油泵及管路，將干式油底殼潤(rùn)滑改為濕式油底殼潤(rùn)滑，機(jī)油泵改為現(xiàn)在TBD234V6型柴油機(jī)所配的油泵。考慮到方案一配備2只油泵，工序較復(fù)雜，易出現(xiàn)故障;同時(shí)目前船用TBD234系列柴油機(jī)均采用濕式油底殼潤(rùn)滑，和其它船保持統(tǒng)一，方便維護(hù)。故決定采用方案二進(jìn)行改進(jìn)，廠家也同意采用這一方案，并提供了改進(jìn)需要更換的配件，TBD234V6型柴油機(jī)干式油底殼改濕式油底殼需要更換配件見(jiàn)表2。特別注意，因干式油底殼6缸柴油機(jī)平衡配重的扇形半徑為82mm、厚度為29mm，而濕式油底殼6缸柴油機(jī)平衡配重的扇形半徑為73mm、厚度為45mm;若不更換該配件，濕式油底殼安裝后，部分曲軸轉(zhuǎn)角平衡配重將與油底殼碰觸，無(wú)法盤(pán)車(chē)和運(yùn)行。TBD234V6型柴油機(jī)平衡配重示意圖見(jiàn)圖5。圖5TBD234V6型柴油機(jī)平衡配重示意圖將TBD234V6型柴油機(jī)干式油底殼潤(rùn)滑改為濕式，進(jìn)行座臺(tái)負(fù)荷試驗(yàn)，改進(jìn)后TBD234V6型柴油機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，在額定轉(zhuǎn)速1500r/min時(shí)，滑油壓力始終穩(wěn)定保持在0.40MPa以上;更換平衡軸配重后，柴油機(jī)未見(jiàn)異常振