TBD234 V6 型柴油機機油壓力異常故障分析

機油壓力是考核柴油機工作是否正常的一項關(guān)鍵指標。機油壓力異常指的是油壓過高、過低或不穩(wěn)定。油壓過高時，機油會向四處飛濺，接合面易漏油，在曲軸箱中容易受熱氧化變質(zhì)，也增加了機油的消耗;油壓過低時，將會因軸承供油不足而使磨損增強，嚴重時會發(fā)生重大的機損和安全事故;油壓不穩(wěn)定、波動會導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，從而造成運轉(zhuǎn)部件的磨損，使用壽命降低，甚至機損。某浮船塢TBD234V6型柴油發(fā)電機組在W6級修理后動車調(diào)試時，機油壓力出現(xiàn)了異常波動現(xiàn)象，嚴重影響了該型柴油機工作的可靠性。本文通過系統(tǒng)排查，分析和確定了故障原因，并介紹柴油機改進后的試驗驗證結(jié)果。一、故障描述某浮船塢配置3臺TBD234系列柴油機組，2號TBD234V6型柴油機因故障輪換了一臺同型機后，試驗時發(fā)現(xiàn)其機油壓力頻繁變化，范圍為480~550kPa，壓力忽高忽低,壓力表指針來回擺動。柴油機正常工作時機油壓力應(yīng)穩(wěn)定無波動，該機明顯存在波動異常的故障。該臺輪換的柴油機在換機前經(jīng)過W6級修理，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系列柴油機潤滑系統(tǒng)工作原理TBD234系列柴油機潤滑系統(tǒng)由機油泵，機油濾清器，機油冷卻器，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)的清潔機油，連續(xù)不斷地輸送到柴油機各摩擦面和需要冷卻的部位，減少摩擦功的損失，緩和機件的磨損,把機件因摩擦而產(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。該型柴油機機油流向圖如圖1所示。圖1

TBD234系列柴油機機油流向圖其中，實線箭頭為機油通常流向，虛線箭頭為機油達到一定壓力(0.6MPa）后增加的流向。三、故障原因分析根據(jù)柴油機潤滑系統(tǒng)原理，機油壓力異常波動的原因有以下幾個方面。（1）機油壓力表和傳感器損壞。機油壓力傳感器里面有一個滑動電阻，利用機油壓力推動滑動電阻的電位計移動，來改變機油壓力表的電流，從而改變指針的位置。當機油壓力表和傳感器損壞時，指針將會來回波動。（2）油底殼機油量不足。柴油機啟動前，需用油尺檢查油底殼的機油量，油面處在油標尺上下限之間為宜。如果油量不足，機油泵吸空，空氣進入潤滑系統(tǒng)，就會造成機油壓力異常波動。（3）機油濾清器臟堵時，減壓閥（0.6MPa)會頻繁開閉，開啟時油壓卸放，關(guān)閉時油壓上升，會出現(xiàn)壓力異常波動現(xiàn)象。（4）機油冷卻器臟堵時，旁通閥(0.6MPa)會打開，機油不經(jīng)冷卻直接進入濾器，可能會引起壓力異常。（5）旁通閥和減壓閥彈簧變形或折斷，開閉不靈。柴油機運轉(zhuǎn)時，供油量劇增，會使閥門突然打開，機油壓力下降，但因閥門開閉不靈，閥門可能無法及時回位，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）機油過臟過黏，堵塞吸油盤。當柴油機高速運轉(zhuǎn)時，機油泵吸油量會因吸油盤阻力過大而明顯減少，主油道供油不足，油壓出現(xiàn)異常波動。（7）機油泵內(nèi)部磨損，工作異常，造成滑油壓力波動。四、故障排查過程針對故障原因，按照先外后內(nèi)，由表及里，由簡到繁，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）拆卸機油壓力表和傳感器進行檢修，并計量校正，并未發(fā)現(xiàn)異常，排除儀表造成的油壓波動現(xiàn)象。（2）柴油機啟動前已檢查了機油油位在油標尺上下限之間，排除了曲軸箱滑油液面過低引起機油泵吸空而造成油壓波動的情況。（3）拆卸清洗機油清濾器座，更換濾筒，裝復后動機測試,未能排除滑油壓力異常波動故障。（4）拆卸清洗機油冷卻器，裝復動機測試，未排除滑油壓力異常波動故障。（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。（6）排空油底殼滑油，用內(nèi)窺鏡檢查吸油盤，未見臟堵，更換機油，停機時檢查油量，油面處于油標上下限之間，動機測試，滑油壓力忽高忽低，異常波動。（7）吊機拆卸油底殼，檢查發(fā)現(xiàn)該型柴油機為干式油底殼，而一般船用TBD234系列柴油機未采用該結(jié)構(gòu)，TBD234V6型柴油機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，一個是機油泵，一個是回油泵，2個泵均為齒輪泵，機油泵為兩齒輪，回油泵為三齒輪。圖2TBD234V6型柴油機干式油底殼及油泵結(jié)構(gòu)示意圖機油泵裝在柴油機自由端左側(cè)，由曲軸齒輪帶動，一對油泵齒輪在曲軸齒輪帶動下轉(zhuǎn)動，吸入腔容積因齒牙不斷分離而增大，機油從入口處進入泵體，充滿齒槽。隨著齒輪的轉(zhuǎn)動被帶到出口處，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，機油以一定壓力泵入潤滑系統(tǒng)?；赜捅醚b在自由端右側(cè)，也由曲軸齒輪帶動，它是為干式油底殼的需要而設(shè)置的，通過2根進油管，把流回油底殼兩端的機油，經(jīng)回油泵送到油底殼中部的密閉部分，再由機油泵抽出。此次修理更換了機油泵。對比新舊2只機油泵可以發(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，機油泵齒輪對比如圖3所示，新泵排油量大于原泵，原泵排油量僅為75L/min[1]。圖3機油泵齒輪對比而從1991年開始，TBD234V6型柴油機安裝V8型柴油機的機油泵，增大了機油泵輸出機油量[2]。由圖2所示，回油泵從兩側(cè)吸油供給機油泵，機油泵抽油形成油壓，以使油供給柴油機各需要潤滑部位。因機油泵油量加大，而回油泵油量未變化，造成兩泵工作不匹配，即機油泵抽吸能力增大，但回油泵未發(fā)生改變供給不足，機油泵抽空，所以造成機油壓力異常波動。將原機油泵修復后，進行裝機試驗，發(fā)現(xiàn)機油壓力波動異常故障消除。TBD234系列柴油機負荷試驗結(jié)果見表1。表1中數(shù)據(jù)顯示額定負荷時機油壓力偏低。根據(jù)該型機廠家2001年版說明書和修理技術(shù)標準規(guī)定，額定功率時，機油壓力值為0.40~0.60MPa。因柴油機轉(zhuǎn)速不同，機油壓力值相差較大，機油壓力低于0.40MPa的現(xiàn)象較為普遍。廠家2011年版說明書作了相應(yīng)修訂，明確額定功率時，根據(jù)轉(zhuǎn)速不同，濾清后機油壓力分為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。而該機額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，額定負荷(100%)時最低壓力要求應(yīng)不小于0.35MPa，表1中顯示100%負荷時壓力為0.31MPa，顯然不符合該型柴油機技術(shù)要求。圖4TBD234系列柴油機機油壓力低的故障樹及排除方法TBD234系列柴油機機油壓力低的故障樹及排除方法如圖4所示，而通過前面的分析及排查過程，本柴油機機油壓力低的原因很顯然是滑油泵的排油量減小所導致，與故障樹中其他原因無關(guān)。五、改進措施及效果如何提高機油壓力，又不會造成機油壓力異常波動的故障，經(jīng)分析研究TBD234系列柴油機的結(jié)構(gòu)原理,其可行性方案有2個:方案一是更換大流量的機油泵及回油泵;方案二是改進該機的潤滑方式，取消回油泵及管路，將干式油底殼潤滑改為濕式油底殼潤滑，機油泵改為現(xiàn)在TBD234V6型柴油機所配的油泵?？紤]到方案一配備2只油泵，工序較復雜，易出現(xiàn)故障;同時目前船用TBD234系列柴油機均采用濕式油底殼潤滑，和其它船保持統(tǒng)一，方便維護。故決定采用方案二進行改進，廠家也同意采用這一方案，并提供了改進需要更換的配件，TBD234V6型柴油機干式油底殼改濕式油底殼需要更換配件見表2。特別注意，因干式油底殼6缸柴油機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，無法盤車和運行。TBD234V6型柴油機平衡配重示意圖見圖5。圖5TBD234V6型柴油機平衡配重示意圖將TBD234V6型柴油機干式油底殼潤滑改為濕式，進行座臺負荷試驗，改進后TBD234V6型柴油機負荷試驗結(jié)果見表3，在額定轉(zhuǎn)速1500r/min時，滑油壓力始終穩(wěn)定保持在0.40MPa以上;更換平衡軸配重后，柴油機未見異常振