“德翔輪”發電柴油機高壓油泵彈簧斷裂原因分析

李書霖

摘 要：“德翔輪”是交通部九五期間建造的功率最大，設備最先進的一艘遠洋拖輪，其配備兩臺1200KW的軸帶發電機和兩臺600KW的柴油發電機。然而發電柴油機作為全船的重要設備之一，有時他的工作性能卻不能令人滿意。下面我就平時使用過程中，出現的各種問題，與各位同行商討！其發電柴油機為鎮江柴油機廠與MAN柴油機廠合作生產的6T23LH-4E型柴油機，其在運行過程中高壓油泵的彈簧頻繁斷裂，柱塞經常卡死，本文結合該故障，首先介紹了發電柴油機的燃油系統、噴油泵、燃油輸送泵的工作原理和特點。然后根據故障現象和拆裝檢查，分析故障起因，查出故障所在，并采取有效方法消除了故障。最后總結了發電柴油機在日常維護保養中的注意事項。

關鍵詞：柴油機 高壓油泵 彈簧 燃油輸送泵 燃油濾器

1.引言

“德翔輪”為煙臺打撈局專業救助打撈船舶，其設備的運行是否良好關系到海難救助的成功與否。尤其是在船舶靠泊遇難船舶時，如果此時失去電力，更將會引起無法預料的后果。因此作為一名輪機管理人員，更應當保證其良好的運行。

2.發電柴油機故障現象

一次在錨地拋錨時，值班機工在機艙例行檢查時發現一號發電機的四號缸排煙溫度低于100度，明顯低于其他缸的200多度，所以判定一號發電機的四號缸缸內無燃燒做功過程，證明其已停止噴油。由于并不是第一次出現這種情況，所以大家對這一故障并不驚奇，按照以前的思維方式判定，肯定又是高壓油泵出現了問題。拆解四號高壓油泵，發現彈簧已經斷裂，彈簧換新后裝復，同時拆解其他五個缸的高壓油泵檢查，發現其中三個已經斷裂，只不過斷裂位置在兩端，對彈簧彈性影響不大，故沒有發生停止噴油的狀況，彈簧換新后裝復，并檢查噴油器等其他原件正常后試車運轉正常。可是經過二個多月的運轉后，又發生了同樣的事情，仍有高壓油泵彈簧折斷的現象。這不得不令我們對此故障進行重新分析。

3.發電柴油機的燃油系統

燃油系統包括供應和噴射兩個系統。供應系統一般由日用油柜、輸油泵、燃油濾器和低壓管路等組成。用來向噴射系統提供充足、清潔的燃油。噴射系統由噴油泵、高壓油管、和噴油器組成。用來按照柴油機燃燒過程的要求，定時、定量、定壓地向氣缸內噴入霧化良好的燃油，與空氣混合形成均勻的可燃混合氣使燃油燃燒，將燃燒的化學能轉化為熱能。

3.1管路系統

如圖1所示來自輔機日用柜的燃油系統工作原理。

3.2燃油輸送泵的工作原理

我船發電柴油機的燃油輸送泵為一通過爪型聯軸節連接的機帶齒輪泵，如圖2所示。圖中各序號分別為：1-主動齒輪；2-從動齒輪；3-泵殼前蓋；4-前端蓋；5-后端蓋；6-泵殼后蓋；7泵殼；8-閥套；9-穩壓閥；10-彈簧；11-彈簧座。

3.3燃油濾器的工作原理

燃油濾器用來濾除燃油中的雜質。實踐證明，燃油系統的故障很大部分是由于柴油不清潔所引起的。燃油的清潔程度對燃油系統各部件的使用壽命和工作可靠性有直接關系，因此，燃油必須經過精細的過濾。我船濾器原為雙筒網片式濾器，濾器殼體內裝有兩組可更換的網式濾芯，用三通旋塞控制交替使用，型號為SBL20，流量為1方每小時，公稱壓力為0.8MPa。后在某次大修時將濾芯換為由一鼠籠和在其上緊密纏繞的金屬絲組成的表面式和縫隙式的改良型濾芯。如圖3所示為圓筒形金屬濾器。燃油從濾芯由外向網內流動，將顆粒較大的雜質濾出，清潔的燃油由圓筒內向下流動經出口流出濾器。這種濾芯孔隙分布均勻，有良好的滲透性，性能穩定，使用壽命長，經清洗后可反復使用。

3.4噴油泵的工作原理

我船發電柴油機的噴油泵為回油孔式噴油泵，它可以產生噴射高壓，對供油量進行定時定量的控制。

圖4中各序號分別為：1-柱塞；2-套筒；3-出油閥座；4-噴油泵本體；5-出油管接頭；6-出油閥彈簧；7-出油閥8-定位螺釘；9-調節齒套；10-齒圈；11-彈簧上座；12-彈簧；13-導程筒；14-彈簧下座；15-卡簧；16-導銷；17-放氣螺釘；18-進油管接頭；19-調節齒條；20-觀察窗孔；21-指示片。

套筒上部對徑方向鉆有兩個孔，左側的圓形孔為進油孔，右側的孔為回油孔。進回油孔使套筒外部的低壓貯油室與套筒內腔連通。柱塞上設有直槽、斜槽和環槽，這些槽道與套筒上回油孔相配合，用來控制柱塞的有效行程，以獲得不同的供油量。調節齒套9的上部緊固著齒圈10與調節齒條相嚙合。導銷16插入齒條背部的長槽內起導向作用，以防止齒條歪斜與齒圈卡住。拉動齒條，調節齒套隨之轉動并帶動柱塞相對于套筒轉動，改變了柱塞上斜槽與套筒上回油孔的相對位置，從而改變了供油量。當齒條位置一定時，柱塞斜槽邊與回油的相對位置也就確定，即柱塞的有效行程和供油量也就確定了。柱塞下端接彈簧盤14及柱塞彈簧12。噴油泵供油動作通過凸輪頂頭頂動柱塞1上行完成，而柱塞的吸油動作則靠彈簧使柱塞下行而完成。調節齒條19上有刻線，指示噴油泵供油量。在多缸柴油機中各缸噴油泵調節齒條19與油量調節桿相連，油量調節桿受油量操縱手柄和調速器控制。在各齒條與油量調節拉桿的連接處，可單獨調節移動齒條，使各噴油泵的零油位和最大油位的齒條位置一致。出油閥，是裝在噴油泵內控制高壓燃油排出的單向閥。它由出油閥座3和出油閥7組成，兩者為偶件配合。出油閥在出油閥彈簧和高壓油管中的殘余壓力作用下與閥座緊密貼合。這樣，在柱塞吸油行程時，出油閥能阻止高壓燃油倒流回噴油泵的泵油腔，使高壓油管中始終充滿燃油。當柱塞上行關閉回油孔，泵油腔內油壓迅速升高到足以克服出油閥彈簧彈力和高壓油管中殘余壓力的作用時，出油閥被推起，燃油進入高壓油管，使噴油器迅速噴油。當噴油結束油壓下降時，出油閥受彈簧作用而迅速回落，把高壓油管與噴油泵泵油腔分隔開。

4.故障分析與診斷

4.1高壓油泵彈簧頻繁斷裂的原因分析

一般來說高壓油泵彈簧斷裂是由于外來硬物夾入彈簧中或安裝有缺陷引起的，但是彈簧頻繁斷裂就可以將這種情況予以排除。分析高壓油泵彈簧頻繁斷裂的原因主要有兩種：一是我船所上的這批高壓油泵彈簧存在嚴重的質量問題，純屬假冒偽劣產品，所有這些新上的彈簧都不合格。可是這批新上的彈簧都是由原廠家定制的，質量應該有保障，所以這個可能性有但是不大。

第二種可能原因是彈簧熱疲勞而斷裂。發電柴油機的高壓油泵的彈簧一直處于頻繁受力的狀態，而且所受到的力是不斷變化的，在高強度的工作中和容易疲勞斷裂。而且一號發電柴油機因故障停車時，用手拉動油門拉桿，在剛剛停車時沒能拉動，待機器冷卻后，可以很容易的拉動油門拉桿，這就說明一號發電柴油機在運轉的過程中，高壓油泵的工作溫度很高，并且散熱情況也不是太理想，最后導致高壓油泵的柱塞和套筒受熱膨脹十分嚴重，進而柱塞偶件卡死。與此同時，熱量也向下傳導至彈簧，彈簧出現熱疲勞而斷裂。在拆解四號缸的高壓油泵時，我們抽出高壓油泵的柱塞也沒有發現其有偏磨現象，由此可見故障原因與高壓油泵的高溫有很大關系。

4.2高壓油泵高溫的原因分析

高壓油泵高溫的原因主要有兩種：一種是發電柴油機的產熱增加，另一種是發電柴油機冷卻不良。

一號發電柴油機在正常運行時排煙溫度基本穩定在240℃左右，缸套溫度保持在55℃左右，同時檢查高壓油泵的柱塞偶件柱塞和套筒之間運行良好，無嚴重偏磨現象，這也就說明發電柴油機正常運轉過程中所產生的熱量基本不變，燃油回油管溫度偏高最大可能就是燃油回油的流量不夠，機器產生的熱量不能全部帶走。

柴油機回油的流量不夠，有兩方面的原因：第一種原因就是進機的燃油流量足夠大，但是燃油在柴油機內流動時，由于燃油管破裂，燃油外泄，導致回油流量不夠，但是檢查時沒有發現存在燃油外泄的現象，而且從燃油日用柜的液位推算發電柴油機的日消耗量基本不變，所以這種情況就可以排除掉。第二種可能原因就是進機的燃油流量本來就不足導致回油流量的不足。檢查時發現燃油回油總管的截止閥處于微開狀態，從而導致回油流量的減少。但是如果開大回油總管上的截止閥，燃油壓力又大幅下降。（先前其他管輪在管理發電柴油機時，已經發現一號發電柴油機的燃油壓力低，也做過相應的檢查工作，清洗更換濾器，也沒起到多大的作用，所以為處理燃油壓力低而將回油管上的截止閥只稍微開一點，迫使燃油壓力升高，然而即便如此燃油壓力也只有0.17MPa，遠低于說明書規定的0.2至0.3MPa。因此高壓油泵高溫就是由燃油壓力低造成的。

4.3燃油壓力低的原因分析

發電柴油機的燃油壓力低主要原因有五種：第一原因也是最可能的原因就是燃油濾器臟堵，可是無論我們是清洗燃油濾器還是換新，燃油的壓力有所升高，但是變化不大。第二種原因就是燃油輸送泵單向閥的調節彈簧的預緊力不夠，在開大回油閥的情況下，調節燃油輸送泵的調節彈簧座11，加大彈簧的預緊力，燃油壓力進本沒有變化，在彈簧后端加墊片，以增加單向閥的開啟壓力，裝復后調節彈簧座11，燃油壓力無變化。第三種原因就是燃油輸送泵的排出端存在漏泄情況，因為前面已經檢查過了，所以這種情況也被排除了。第四種情況就是燃油輸送泵的穩壓閥漏泄，密封不良，拆解穩壓閥，閥與閥套接觸不良，有輕微的磨損，經研磨后裝復，密封性能良好，燃油壓力有所升高，但是升幅不大，只有0.2MPa。第五種原因就是輸送泵已經損壞，端面密封或齒輪嚙合存在問題。將機帶燃油輸送泵拆解，端面密封良好，齒輪嚙合良好，燃油輸送泵應當可以建立足夠的排壓。一切重新裝復仍然無法達到足夠的油壓，使我們的維修工作一時陷入了僵局。

4.4濾器的影響

從而導致燃油濾器前后壓降較大，燃油輸送泵排出的大部分燃油經穩壓閥9卸回吸入口，造成進機燃油量大幅減少，回油量隨之減少，高壓油泵和噴油器的散熱狀況不良，導致高壓油泵彈簧熱疲勞而斷裂。

5.故障的解決

二管輪在清洗發電柴油機的濾器時，發現濾器經過柴油的長期浸泡，用刷子可以清除濾器表面的污垢，但是濾器濾網內的污垢無法清除，后來采用高溫火焰燃燒，才清除部分污垢。用手堵住濾器的一端，從另一端對著燈光觀察濾器，仍然看不到燈光。按照這種方法觀察新濾器，燈光也是十分的微弱。我船發電柴油機使用的0號柴油，相對來說應該十分清潔，沒有必要采用如此高過濾精度的濾器，從新濾器中挑選兩個過濾精度稍低的濾器（按照上述方法檢測燈光較強的濾器）裝復之后，燃油壓力變化幅度足夠大已經升至0.5MPa，調節彈簧座11，并使壓力穩定在0.30MPa，此時回油總管上的截止閥半開，回油溫度也不如從前那么高了，已經降至35℃左右。發電柴油機運行正常，再也沒有出現過高壓油泵卡死或頻繁斷裂的情況。

6.總結

本文敘述了6T23LH—4E型發電柴油機高壓油泵彈簧頻繁斷裂的故障，分析其工作原理，我們得出結論：由于燃油進機濾器精度選擇不合適造成該故障。我們在實際的拆裝檢修過程中，對整個發電柴油機的燃油系統進行分析，發現燃油進機濾器精度過高，超過了實際的需要。

通過本文告訴我們對輪機的管理，千萬不可忽略任何一個小小的問題，小問題就可能引發大事故，所以我們輪機管理也應當注重細節管理，任何現象的出現都是有原因的，發現了問題就應當盡快分析出其原因，如有可能也應當盡早解決這些小問題，以免引發大事故。

參考文獻：

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[2]李斌.船舶柴油機.大連：大連海事大學出版社，2008.4.

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