談祥春
(浙江凱靈船廠,浙江舟山 316000)
在各種動力機(jī)械中,柴油機(jī)的熱效率高、功率范圍廣、啟動速度快、維修方便、安全性強(qiáng)、使用壽命長、適用范圍廣,問世以后很快就被用作船舶動力推進(jìn)設(shè)備[1]。
某船經(jīng)歷了推進(jìn)柴油機(jī)換裝,在進(jìn)行航行試驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)如下問題:當(dāng)右推進(jìn)柴油機(jī)的功率達(dá)到3 750 kW時,其滑油壓力低于相同功率下的左推進(jìn)柴油機(jī)和換裝前右推進(jìn)柴油機(jī)的滑油壓力。本文對故障原因進(jìn)行分析。通過逐步縮小排查范圍的方法,對故障點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位和有效排除。
某船換裝2 臺MTU20V956TB92 型柴油機(jī)。該型柴油機(jī)的主要參數(shù)為:V 型60°夾角,四沖程,20 缸,直接噴射,廢氣渦輪增壓,水冷,額定轉(zhuǎn)速1 455 r/min,持續(xù)功率3 750 kW,最大持續(xù)功率3 990 kW。
MTU20V956TB92 型柴油機(jī)的滑油系統(tǒng)是一個濕式油底殼壓力循環(huán)系統(tǒng),由3 個主潤滑油系統(tǒng)和3 個輔助系統(tǒng)組成。主潤滑油系統(tǒng)包括循環(huán)滑油系統(tǒng)、傳遞動力組件(運(yùn)動件)潤滑系統(tǒng)和氣閥傳動機(jī)構(gòu)潤滑系統(tǒng)。輔助系統(tǒng)包括曲軸箱油位調(diào)節(jié)系統(tǒng)、預(yù)供滑油系統(tǒng)和氣閥(座)潤滑系統(tǒng)[2]。
在滑油泵從油底殼抽出滑油后,通過齒輪箱中的油道將滑油輸送到2 臺滑油冷卻器中。在滑油進(jìn)入冷卻器前,通過1 個節(jié)流孔板和1 只截止閥將部分滑油分流至旁通濾器。旁通濾器中流出的滑油經(jīng)過1只開啟壓力為0.05 MPa的止回閥直接進(jìn)入油底殼。經(jīng)過冷卻器冷卻的滑油進(jìn)入滑油雙聯(lián)濾器:一路滑油先經(jīng)縫隙式濾器過濾,再依次通過冷卻器殼體上的壓力保持閥、傳動齒輪箱上的壓力控制閥以及齒輪箱上的油道,最終進(jìn)入曲軸箱上的活塞冷卻油主油道,對活塞裙部及活塞銷軸承進(jìn)行冷卻。壓力控制閥由運(yùn)動件滑油壓力控制,將多余的滑油送回油底殼;另一路滑油經(jīng)過滑油冷卻器和傳動齒輪箱上的油道進(jìn)入定壓閥箱,隨后分別進(jìn)入運(yùn)動件滑油系統(tǒng)和氣閥控制機(jī)構(gòu)滑油系統(tǒng)中。
運(yùn)動件潤滑系統(tǒng)的滑油可分為3 路:1)第一路滑油進(jìn)入調(diào)速器和擴(kuò)壓器的油箱;2)第二路滑油通過管路進(jìn)入壓力控制閥,并作為控制油;3)第三路滑油經(jīng)齒輪箱中的油道進(jìn)入運(yùn)動件潤滑系統(tǒng)的主油道,用于冷卻各主軸承、曲柄銷軸承和減振器。
某船經(jīng)歷了推進(jìn)柴油機(jī)換裝,在進(jìn)行航行試驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)如下問題:當(dāng)右推進(jìn)柴油機(jī)的功率達(dá)到3 750 kW時,其滑油壓力為0.57 MPa,淡水溫度為71 ℃,滑油溫度為78 ℃。船方反饋淡水溫度與滑油溫度偏差較大,且淡水溫度及滑油溫度偏低。后經(jīng)修理人員反饋,2 臺推進(jìn)柴油機(jī)淡水恒溫閥的開啟溫度為70 ℃,而該型柴油機(jī)設(shè)計時淡水恒溫閥的開啟溫度應(yīng)為75 ℃,遂更換為75 ℃開啟溫度的淡水恒溫閥,并重新進(jìn)行航行試驗(yàn)。當(dāng)功率達(dá)到3 750 kW時,右推進(jìn)柴油機(jī)的滑油壓力降至0.52 MPa(報警值為0.50 MPa),淡水溫度為77 ℃,滑油溫度為82 ℃,而此時左推進(jìn)柴油機(jī)滑油壓力一直保持在0.59 MPa。右推進(jìn)柴油機(jī)的滑油壓力低于相同功率下的左推進(jìn)柴油機(jī)和換裝前右推進(jìn)柴油機(jī)的滑油壓力。更換0.60 MPa 的壓力控制閥備件并重新進(jìn)行試驗(yàn),當(dāng)右推進(jìn)柴油機(jī)的功率達(dá)到3 750 kW時,壓力穩(wěn)定在0.53 MPa,仍舊接近報警值。
針對2.1 小節(jié)所述故障現(xiàn)象,推斷右推進(jìn)柴油機(jī)滑油壓力偏低主要有以下8 點(diǎn)原因:1)滑油油量不足或滑油變質(zhì);2)滑油壓力監(jiān)控裝置不準(zhǔn);3)柴油機(jī)滑油循環(huán)系統(tǒng)外部泄漏;4)滑油濾清器或滑油冷卻器臟堵;5)柴油機(jī)滑油循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部不密封或堵塞;6)滑油安全閥不正常;7)運(yùn)動部件存在壓力損失;8)機(jī)帶滑油泵故障。下面分別對各個原因進(jìn)行分析和排查。
1)針對滑油油位過低或滑油變質(zhì)的排查
滑油油量不足會使機(jī)帶滑油泵的油量減小,還會導(dǎo)致空氣進(jìn)入泵內(nèi),進(jìn)而使滑油壓力下降。抽取油底殼滑油油尺進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)油底殼的油位位于油尺最高油位刻度和最低油位刻度的中間,符合要求?;宛ざ仁侵富土鲃訒r的內(nèi)摩擦阻力的大小,是滑油最主要的衡量指標(biāo)。在溫度升高或被稀釋的情況下,滑油黏度會減小,進(jìn)而導(dǎo)致滑油系統(tǒng)泄漏量增大、壓力減小。對油底殼滑油進(jìn)行取樣和分析,結(jié)果表明:該滑油的黏度等指標(biāo)符合要求,油質(zhì)良好。
2)針對滑油壓力監(jiān)控裝置不準(zhǔn)的排查
在裝船前,2 臺換裝推進(jìn)柴油機(jī)均已進(jìn)行臺架試驗(yàn),未發(fā)現(xiàn)傳感器及儀表存在問題。為準(zhǔn)確判斷航行試驗(yàn)后滑油壓力傳感器及儀表是否出現(xiàn)異常,再次進(jìn)行拆檢校驗(yàn),確認(rèn)滑油壓力傳感器和儀表顯示準(zhǔn)確,符合標(biāo)定要求。
3)針對柴油機(jī)滑油循環(huán)系統(tǒng)外部泄漏的排查
在右推進(jìn)柴油機(jī)運(yùn)行過程中,對外部管路、閥件、泵體以及機(jī)帶附件進(jìn)行反復(fù)排查,未發(fā)現(xiàn)外部泄漏情況。
4)針對滑油濾器或滑油冷卻器臟堵的排查
該推進(jìn)柴油機(jī)滑油循環(huán)系統(tǒng)主要包含運(yùn)動件、雙聯(lián)濾器和縫隙式濾器,均安裝在柴油機(jī)的自由端。雙聯(lián)濾器的濾芯應(yīng)定期更換。轉(zhuǎn)動棘輪手柄,利用刮污油梳片刮除黏附在縫隙式濾器濾芯上的污物,使滑油油泥積聚在濾器殼體底部,并通過放泄閥排出雙聯(lián)濾器及縫隙式濾器油泥腔中的油泥。兩濾器及冷卻器已進(jìn)行了徹底的檢修和清潔。為進(jìn)一步排查,對雙聯(lián)濾器和冷卻器進(jìn)行了拆檢,未發(fā)現(xiàn)濾芯及冷卻器內(nèi)部臟堵。此外,縫隙式濾器的放泄閥僅有少量油泥排出,這說明滑油濾器和滑油冷卻器臟堵不是造成右推進(jìn)柴油機(jī)滑油壓力偏低的原因。
5)針對柴油機(jī)滑油循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部不密封或堵塞的排查
將換裝右推進(jìn)柴油機(jī)0.60 MPa 壓力控制閥、0.60 MPa 壓力控制閥備件以及原右推進(jìn)柴油機(jī)0.60 MPa 壓力控制閥分別安裝在試驗(yàn)臺,并檢查開啟壓力。檢查發(fā)現(xiàn):換裝推進(jìn)柴油機(jī)0.60 MPa 壓力控制閥開啟壓力僅為0.56 MPa,0.60 MPa 壓力控制閥備件開啟壓力為0.60 MPa,而原右推進(jìn)柴油機(jī)0.60 MPa 壓力控制閥的開啟壓力為0.62 MPa。由產(chǎn)品說明書可知,0.60 MPa 壓力控制閥的調(diào)壓范圍為0.58~0.62 MPa[3]。為驗(yàn)證壓力控制閥對滑油壓力的影響,選取開啟壓力為0.62 MPa 的0.60 MPa 壓力控制閥安裝到右推進(jìn)柴油機(jī)上。與此同時,對主油路至增壓器潤滑油路范圍內(nèi)的減壓閥(開啟壓力約為0.25 MPa)、閥箱定壓閥(開啟壓力約為0.15 MPa)等閥件進(jìn)行開啟壓力檢查,均未發(fā)現(xiàn)異常。使用壓縮空氣對滑油壓力管路進(jìn)行吹洗,各管路暢通,未發(fā)現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。在完成檢查后,進(jìn)行碼頭系泊試驗(yàn),測得參數(shù)見表1。
表1 碼頭系泊試驗(yàn)相關(guān)參數(shù)記錄表(首次)
通過對比左、右推進(jìn)柴油機(jī)可知:在相同工況下,右推進(jìn)柴油機(jī)的滑油壓力比左推進(jìn)柴油機(jī)低0.03 MPa 左右。右推進(jìn)柴油機(jī)的參數(shù)與換裝前的數(shù)據(jù)相比基本無變化,這說明右推進(jìn)柴油機(jī)滑油壓力偏低的問題仍未解決。
6)針對滑油安全閥不正常的排查
該柴油機(jī)的機(jī)帶滑油泵配有安全閥,其作用是防止泵超載。當(dāng)滑油壓力大于彈簧開啟壓力1.5~1.7 MPa[2]時,安全閥開啟,滑油流入泵的吸入端。對該安全閥進(jìn)行檢查,確認(rèn)其開啟壓力符合規(guī)定要求,且無泄漏。
7)針對運(yùn)動部件壓力損失的排查。
雖然兩換裝推進(jìn)柴油機(jī)的主軸承間隙均在技術(shù)要求范圍內(nèi)(第1、13 擋主軸頸與主軸承間隙要求為0.142~0.246 mm,最大間隙0.276 mm;第2~12擋主軸頸與主軸承間隙要求為0.170~0.267 mm,最大間隙0.297 mm[4]),但右推進(jìn)柴油機(jī)主軸承安裝間隙往往大于左推進(jìn)柴油機(jī)(見表2)。
表2 曲軸主軸承安裝間隙 單位:mm
由表2 可知,雖然主軸瓦間隙存在一定偏差,但均在規(guī)定范圍內(nèi),不能成為造成滑油壓力偏低的主要原因。
8)針對機(jī)帶滑油泵故障的排查
需要排查2 臺機(jī)帶滑油泵,該泵為齒輪泵。當(dāng)滑油泵端面單齒軸向間隙、徑向單邊間隙因磨損而過大時,會造成內(nèi)漏泄增大,進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)滑油壓力偏低。
為確認(rèn)機(jī)帶滑油泵是否存在內(nèi)部磨損,對右推進(jìn)柴油機(jī)的2 臺機(jī)帶滑油泵進(jìn)行拆檢和測量,發(fā)現(xiàn)其端面單齒軸向間隙已達(dá)到修換極限0.190 mm(允許范圍為0.120~0.190 mm),徑向單邊間隙為0.120 mm(允許范圍為0.100~0.138 mm),這說明機(jī)帶滑油泵因內(nèi)部齒輪端面或蓋板磨損導(dǎo)致內(nèi)漏泄增大,從而導(dǎo)致滑油壓力偏低。
由此可知,當(dāng)右推進(jìn)柴油機(jī)的功率達(dá)到3 750 kW時,使用開啟溫度為70 ℃的淡水恒溫閥,柴油機(jī)的淡水溫度偏低,進(jìn)而導(dǎo)致滑油溫度偏低。此時,因滑油黏度較大,滑油泵內(nèi)漏泄不明顯,故顯示壓力正常。在更換開啟溫度為75 ℃的淡水恒溫閥后,淡水溫度升高,引起滑油溫度升高,此時滑油黏度降低,滑油泵內(nèi)漏泄增大,進(jìn)而導(dǎo)致壓力降低并接近報警值。
為了驗(yàn)證右推進(jìn)柴油機(jī)滑油壓力偏低是由機(jī)帶滑油泵內(nèi)部齒輪端面或蓋板磨損引起的,修理人員將原右推進(jìn)柴油機(jī)的2 臺機(jī)帶滑油泵拆下,并安裝于當(dāng)前換裝右推進(jìn)柴油機(jī)上。在此基礎(chǔ)上重新進(jìn)行碼頭系泊試驗(yàn),測得參數(shù)見表3。
表3 碼頭系泊試驗(yàn)相關(guān)參數(shù)記錄表(第二次)
由表3 可知,與之前對比,右推進(jìn)柴油機(jī)的滑油壓力增加了約0.1 MPa,與該船原右推進(jìn)柴油機(jī)的數(shù)據(jù)接近,這說明問題基本解決。
為進(jìn)一步證明問題已解決,工廠組織各方進(jìn)行航行試驗(yàn),測得數(shù)據(jù)見表4。
表4 推進(jìn)柴油機(jī)航行試驗(yàn)相關(guān)參數(shù)記錄表
由表4 可知,該船換裝右推進(jìn)柴油機(jī)的滑油壓力在各工況下均有明顯提升,尤其在進(jìn)六工況(即功率為3 750 kW)時,其滑油壓力基本能穩(wěn)定在0.62 MPa,與該船原右推進(jìn)柴油機(jī)的參數(shù)基本一致。試驗(yàn)參數(shù)符合規(guī)定要求,試驗(yàn)結(jié)果滿足船方需求。
柴油機(jī)是船舶最重要的設(shè)備之一。本文基于某型柴油機(jī)滑油系統(tǒng),對其工作原理進(jìn)行闡述,并對故障原因進(jìn)行分析。通過逐步縮小排查范圍的方法,對故障點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位和有效排除,可得到如下結(jié)論:
1)在柴油機(jī)維修工作中,經(jīng)常會遇到各種各樣的故障,在排除故障的過程中,要始終堅持“結(jié)合結(jié)構(gòu)、聯(lián)系原理、弄清現(xiàn)象、從簡至繁、由表及里”的原則。
2)在排查故障的過程中,應(yīng)保持頭腦冷靜,有步驟、有目的地進(jìn)行檢查與分析,切不可手忙腳亂、盲目檢查、胡亂拆卸。要根據(jù)故障的異常跡象、出現(xiàn)時機(jī)、變化規(guī)律等尋找故障的產(chǎn)生部位,并從原理和結(jié)構(gòu)層面對故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行細(xì)致的分析和推理。
3)修理人員對柴油機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)的測量和檢查一定要仔細(xì)認(rèn)真,確保滿足技術(shù)要求,杜絕隱患。
4)輪機(jī)管理人員在設(shè)備運(yùn)行時間要隨時注意設(shè)備的工作狀態(tài),定期觀察并記錄各運(yùn)行參數(shù),及時處理各種突發(fā)事件,以免發(fā)生事故。