雙聯(lián)濾油器內(nèi)部磨損的原因分析與改進(jìn)設(shè)計(jì)

劉 流，張承紅，張?chǎng)H羽

（上海船舶設(shè)備研究所，上海 200031）

0 引言

潤(rùn)滑油是保證旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸承和齒輪等用油部件的充分潤(rùn)滑和冷卻的主要介質(zhì)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械對(duì)潤(rùn)滑油清潔度有嚴(yán)格的要求，并在運(yùn)行過程中通過油質(zhì)監(jiān)測(cè)及控制手段予以保證[1]。濾油器是旋轉(zhuǎn)機(jī)械滑油系統(tǒng)油質(zhì)控制的重要部件，通常布置于滑油總管進(jìn)口之前，通過濾網(wǎng)、濾紙等材料過濾潤(rùn)滑油中呈顆粒狀的雜質(zhì)，防止因潤(rùn)滑油中混入顆粒導(dǎo)致相關(guān)部件的損傷。由于潤(rùn)滑油在循環(huán)使用的過程中，不可避免會(huì)產(chǎn)生積炭、氧化等化學(xué)反應(yīng)，并形成顆粒物積聚在濾油器的濾芯上，因 此在機(jī)組的日常保養(yǎng)中，需定期清洗濾芯[2-4]。

1 運(yùn)行故障

某型旋轉(zhuǎn)機(jī)械中采用了引進(jìn)的濾網(wǎng)疊片式單筒濾油器和雙聯(lián)濾油器，這種類型的濾油器結(jié)構(gòu)緊湊，通流能力大，對(duì)于機(jī)組的小型化設(shè)計(jì)很有益處。

根據(jù)用戶反饋，在拆檢及清洗濾片時(shí)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過長(zhǎng)期使用后，機(jī)組雙聯(lián)濾油器的濾片壓蓋、定位套筒等零件均存在不同程度的磨損，且磨損程度在持續(xù)加深。根據(jù)磨損現(xiàn)象判斷，是運(yùn)行時(shí) 濾片壓蓋、固定套筒等零件與相應(yīng)的固定部件間存在相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致。如圖1、圖2 所示。

圖1 雙聯(lián)濾油器內(nèi)部磨損示意圖

圖2 濾油器內(nèi)部剖面

2 原因分析

雙聯(lián)濾油器的結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

雙聯(lián)濾油器是集成式的，將2 個(gè)濾芯組件放置在1 個(gè)殼體內(nèi)。從其內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，多個(gè)濾片裝配在濾片支架上形成單個(gè)濾芯組件，2 個(gè)濾芯組件通過各自的徑向止口分別安裝在殼體的兩個(gè)鏜孔內(nèi)。在高度方向上，采用2 個(gè)定位套筒分別對(duì)濾芯組件進(jìn)行軸向定位。

圖3 雙聯(lián)濾油器結(jié)構(gòu)示意

由圖3 可知，濾芯組件與殼體開孔之間存在徑向間隙約0.1 mm，而定位套筒與濾芯組件間存在軸向間隙約0.08 mm。盡管間隙不大，但如果濾芯組件產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，則將在濾片壓蓋、定位套筒、殼體壓蓋、三角支架的接觸部位產(chǎn)生相應(yīng)的磨損。

然而，與之對(duì)應(yīng)的是，該機(jī)組各單筒濾油器內(nèi)并不存在零部件磨損現(xiàn)象，而單筒濾油器內(nèi)濾芯組件等相應(yīng)部件的安裝方式與雙聯(lián)濾油器內(nèi)是完全一致的。單筒濾油器結(jié)構(gòu)如圖4 所示[5]。

圖4 單筒濾油器結(jié)構(gòu)示意

因此，考慮雙聯(lián)濾油器內(nèi)產(chǎn)生磨損的原因來自于其濾芯組件的并列結(jié)構(gòu)及滑油進(jìn)出口的布置形式。與單筒濾油器中潤(rùn)滑油進(jìn)出口軸線與濾芯組件軸線共面的形式不同，雙聯(lián)濾油器的潤(rùn)滑油進(jìn)出口在并列布置的兩個(gè)濾芯組件中間的空檔處。

在單筒濾油器中，潤(rùn)滑油進(jìn)入濾油器后，潤(rùn)滑油射流至濾芯組件中心，并向四周擴(kuò)散，進(jìn)入濾芯。其作用于濾芯組件的沖量不會(huì)使其產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖5 所示。

圖5 潤(rùn)滑油流對(duì)濾芯組件作用力示意

在雙聯(lián)濾油器中，潤(rùn)滑油進(jìn)入濾油器后，潤(rùn)滑油射流至2 個(gè)濾芯組件的邊緣，并對(duì)濾芯組件產(chǎn)生切向力，如圖5 所示。由于濾芯組件未設(shè)置周向防轉(zhuǎn)措施，這一切向力將導(dǎo)致2 個(gè)濾芯組件對(duì)向旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，濾片壓蓋/殼體鏜孔、三角支架/定位套筒之間發(fā)生摩擦，并造成相應(yīng)零件的磨損。

同時(shí)，由于清洗濾片的需要，雙聯(lián)濾油器經(jīng)常拆裝，而復(fù)裝時(shí)周向各螺栓的緊固用力不均導(dǎo)致壓蓋偏斜等，則進(jìn)一步惡化了磨損的偏斜程度。

至此，雙聯(lián)濾油器內(nèi)零件產(chǎn)生磨損的原因已經(jīng)十分明確。正是在設(shè)計(jì)中忽略了進(jìn)油口與濾芯組件的不同相對(duì)位置導(dǎo)致的不同作用力，且未針對(duì)作用在濾芯組件上的切向力而設(shè)置防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，才導(dǎo)致了磨損。

3 改進(jìn)設(shè)計(jì)

針對(duì)上述原因，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施零件補(bǔ)加工防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的難度較大的現(xiàn)實(shí)情況下，為了防止零部件繼續(xù)磨損，采用增加連接機(jī)構(gòu)的方式防止濾芯組件轉(zhuǎn)動(dòng)。這種方法的本質(zhì)是利用濾芯組件是對(duì)向轉(zhuǎn)動(dòng)的事實(shí)，為其定作壓板，將2 個(gè)濾芯組件相互連接。當(dāng)潤(rùn)滑油射流沖量所產(chǎn)生的切向力作用在濾芯組件上時(shí)，2 個(gè)濾芯組件通過壓板互相固定，避免轉(zhuǎn)動(dòng)。

對(duì)濾片壓蓋補(bǔ)加工M10 的螺紋通孔，用以于壓板相固定，如圖6 所示。設(shè)計(jì)了壓板用以連接2 個(gè)濾芯組件，如圖7 所示。

圖6 濾片壓蓋改進(jìn)示意

圖7 壓板設(shè)計(jì)示意（單位：mm）

通過壓板和螺栓，可以將2 個(gè)濾芯組件進(jìn)行固定，壓板上的螺栓孔設(shè)計(jì)為腰形，便于安裝和位置調(diào)整。安裝后的雙聯(lián)濾油器濾芯組件如圖8所示。當(dāng)受到油流沖擊導(dǎo)致的切向力時(shí)，濾芯組件不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖9 所示。

圖8 濾芯組件安裝后示意

圖9 濾芯組件安裝后示意

在8 臺(tái)相同機(jī)組上進(jìn)行改裝之后，經(jīng)使用3個(gè)月后拆檢，發(fā)現(xiàn)濾片壓蓋、定位套筒、殼體壓蓋和三角支架等的接觸部位均未產(chǎn)生磨損，表明改進(jìn)措施有效。同時(shí)，這也為雙聯(lián)濾油器的設(shè)計(jì)提出了建議。盡管該型雙聯(lián)濾油器為引進(jìn)設(shè)備，但仍然存在著一定的設(shè)計(jì)缺陷。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，需要盡可能周全地考慮各方面的因素。

4 結(jié)論

針對(duì)某型雙聯(lián)濾油器出現(xiàn)的零部件磨損問題，分析了其主要原因，并針對(duì)原因進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。通過8 臺(tái)相同機(jī)組的長(zhǎng)期使用驗(yàn)證，證明了改進(jìn)措施有效。

對(duì)于引進(jìn)設(shè)備，也不能默認(rèn)其具有先進(jìn)性和完美性，它們會(huì)有一定的設(shè)計(jì)缺陷或其他缺點(diǎn)，正確看待設(shè)備在使用過程中發(fā)現(xiàn)的問題，針對(duì)性地對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究和改進(jìn)，可提高效率并延長(zhǎng)使用壽命。