TBD234 V6型柴油機(jī)機(jī)油壓力異常故障分析

肖 勇

(福建省白馬船廠，福建 福安 355011)

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高、過低或不穩(wěn)定。油壓過高時(shí)，機(jī)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(jī)油的消耗；油壓過低時(shí)，將會因軸承供油不足而使磨損增強(qiáng)，嚴(yán)重時(shí)會發(fā)生重大的機(jī)損和安全事故；油壓不穩(wěn)定、波動會導(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TBD234 V6型柴油發(fā)電機(jī)組在W6級修理后動車調(diào)試時(shí)，機(jī)油壓力出現(xiàn)了異常波動現(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。

1 故障描述

某浮船塢配置3臺TBD234系列柴油機(jī)組，2號TBD234 V6型柴油機(jī)因故障輪換了一臺同型機(jī)后，試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)其機(jī)油壓力頻繁變化，范圍為480～550 kPa，壓力忽高忽低，壓力表指針來回?cái)[動。柴油機(jī)正常工作時(shí)機(jī)油壓力應(yīng)穩(wěn)定無波動，該機(jī)明顯存在波動異常的故障。

該臺輪換的柴油機(jī)在換機(jī)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。

2 TBD234系列柴油機(jī)潤滑系統(tǒng)工作原理

TBD234系列柴油機(jī)潤滑系統(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。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(0.6 MPa)后增加的流向。

圖1 TBD234系列柴油機(jī)機(jī)油流向圖

3 故障原因分析

根據(jù)柴油機(jī)潤滑系統(tǒng)原理，機(jī)油壓力異常波動的原因有以下幾個(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)滑動電阻，利用機(jī)油壓力推動滑動電阻的電位計(jì)移動，來改變機(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)，指針將會來回波動。

2)油底殼機(jī)油量不足。柴油機(jī)啟動前，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)入潤滑系統(tǒng)，就會造成機(jī)油壓力異常波動。

3)機(jī)油濾清器臟堵時(shí)，減壓閥(0.6 MPa)會頻繁開閉，開啟時(shí)油壓卸放，關(guān)閉時(shí)油壓上升，會出現(xiàn)壓力異常波動現(xiàn)象。

4)機(jī)油冷卻器臟堵時(shí)，旁通閥(0.6 MPa)會打開，機(jī)油不經(jīng)冷卻直接進(jìn)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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，供油量劇增，會使閥門突然打開，機(jī)油壓力下降，但因閥門開閉不靈，閥門可能無法及時(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)油過臟過黏，堵塞吸油盤。當(dāng)柴油機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)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(jī)油泵內(nèi)部磨損，工作異常，造成滑油壓力波動。

4 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(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現(xiàn)象。

2)柴油機(jī)啟動前已檢查了機(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低引起機(jī)油泵吸空而造成油壓波動的情況。

3)拆卸清洗機(jī)油清濾器座，更換濾筒，裝復(fù)后動機(jī)測試，未能排除滑油壓力異常波動故障。

4)拆卸清洗機(jī)油冷卻器，裝復(fù)動機(jī)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(jī)油，停機(jī)時(shí)檢查油量，油面處于油標(biāo)上下限之間，動機(jī)測試，滑油壓力忽高忽低，異常波動。

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)，TBD234 V6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。機(jī)油泵裝在柴油機(jī)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(jī)油從入口處進(jìn)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(jī)油以一定壓力泵入潤滑系統(tǒng)。回油泵裝在自由端右側(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(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。

圖2 TBD234 V6型柴油機(jī)干式油底殼及油泵結(jié)構(gòu)示意圖

此次修理更換了機(jī)油泵。對比新舊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)油泵齒輪對比如圖3所示，新泵排油量大于原泵，原泵排油量僅為75 L/min[1]。而從1991年開始，TBD234 V6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可知，回油泵從兩側(cè)吸油供給機(jī)油泵，機(jī)油泵從中間抽油形成油壓，以使油供給柴油機(jī)各需要潤滑部位。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。

圖3 機(jī)油泵齒輪對比

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)油壓力波動異常故障消除。TBD234系列柴油機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果見表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年版說明書和修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，額定功率時(shí)，機(jī)油壓力值為0.40～0.60 MPa。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0.40 MPa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(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)速不同，濾清后機(jī)油壓力分為3種情況：①1 800 r/min以下，要求0.35～0.60 MPa；②1 800～2 100 r/min，要求0.40～0.60 MPa；③2 100 r/min以上，要求0.45～0.60 MPa。而該機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，額定負(fù)荷(100%)時(shí)最低壓力要求應(yīng)不小于0.35 MPa，表1中顯示100%負(fù)荷時(shí)壓力為0.31 MPa，顯然不符合該型柴油機(jī)技術(shù)要求。

表1 TBD234系列柴油機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果

TBD234系列柴油機(jī)機(jī)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可知，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，與故障樹中其他原因無關(guān)。

圖4 TBD234系列柴油機(jī)機(jī)油壓力低的故障樹及排除方法

5 改進(jìn)措施及效果

如何提高機(jī)油壓力，又不會造成機(jī)油壓力異常波動的故障，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(jī)油泵改為現(xiàn)在TBD234 V6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，TBD234 V6型柴油機(jī)干式油底殼改濕式油底殼需要更換配件見表2。

表2 TBD234 V6型柴油機(jī)干式油底殼改濕式油底殼需要更換配件

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82 mm、厚度為29 mm,而濕式油底殼6缸柴油機(jī)平衡配重的扇形半徑為73 mm、厚度為45 mm；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(yùn)行。TBD234 V6型柴油機(jī)平衡配重示意圖見圖5。

圖5 TBD234 V6型柴油機(jī)平衡配重示意圖

將TBD234 V6型柴油機(jī)干式油底殼潤滑改為濕式，進(jìn)行座臺負(fù)荷試驗(yàn)，改進(jìn)后TBD234 V6型柴油機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果見表3，在額定轉(zhuǎn)速1 500 r/min時(shí)，滑油壓力始終穩(wěn)定保持在0.40 MPa以上；更換平衡軸配重后，柴油機(jī)未見異常振動,符合修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也滿足船方使用需求。

表3 改進(jìn)后TBD234系列柴油機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果

6 結(jié)束語

TBD234系列船用柴油機(jī)潤滑系統(tǒng)常見為濕式油底殼，其滑油壓力低的故障較為常見，滑油壓力波動故障較少，通過分析、排查和改裝，明確TBD234系列柴油機(jī)機(jī)油壓力波動是2只油泵工作不匹配、造成壓力泵抽空所致，而機(jī)油壓力低的原因?yàn)闄C(jī)油泵設(shè)計(jì)流量不夠，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，可為該系列柴油機(jī)用戶提供一定的參考。