船舶柴油機高壓油泵檢修工藝研究與應用

郭 勇，李吉端

（91184部隊，山東 青島 266000）

目前，各維修工廠對于船舶柴油機高壓油泵的修理以零件換新為主，缺乏維修與調試能力，在實際使用過程中，高壓油泵頻繁出現故障，已影響航行任務的完成。

近期，某大型船修后不久執行高速機動任務過程中，先是主機第4 缸高壓油泵柱塞發生卡滯，停車更換第4 缸高壓油泵柱塞后重啟設備，運行一段時間后第5 缸高壓油泵柱塞出現了卡阻情況，經敲擊柱塞彈簧后柱塞掉至正常位置，機器繼續工作，但隨著主機加速，第8 缸新換的高壓油泵柱塞又發生卡滯，只得停車更換，續航之后主機其他幾個缸的高壓油泵又相繼發生卡滯或卡阻現象。高壓油泵柱塞卡滯典型故障點如圖1 所示。為解決上述問題，對船舶柴油機高壓油泵檢修工藝進行了研究與改進。

圖1 高壓油泵柱塞卡滯典型故障點

1 高壓油泵的組成

高壓油泵由柱塞、套筒和出油閥閥座的精密偶件組成，各種功用都是由柱塞偶件直接完成的。柱塞偶件由套筒和柱塞組成，高壓油泵柱塞套筒示意圖如圖2所示。

圖2 高壓油泵柱塞套筒示意圖

柱塞套筒上有2 個油孔，一個是進油孔，另一個是回油孔，都與泵體上的低壓貯油室相通。柱塞頭部的圓柱形表面上銑有相通的直槽、環槽和斜槽，斜槽部分位于套筒的回油孔側。柱塞可在噴油凸輪與柱塞彈簧相互作用的套筒內上下往返運動，其連續上下運動，吸、壓油過程也就不斷進行。高壓油泵作用就是產生較高的噴油壓力（20 MPa 以上），壓力越高，霧化效果越好。現代柴油機噴射系統正向高壓化發展，對高壓油泵的設計、制造及維修提出了更高的要求[1]。

2 高壓油泵常見故障及原因

柱塞與套筒是一對精密偶件。在高壓且密封良好的條件下，柱塞在套筒中做自由往復運動，僅允許有微量滲油，使配合面保持潤滑。

磨損過度、拉毛、卡阻、卡滯是柱塞偶件的常見故障。磨損過度使偶件密封性下降，造成偶件漏油，噴油壓力下降，霧化不良，以致柴油機各缸供油不均，轉速不穩等。偶件材質和加工工藝是磨損過度的主要原因。偶件拉毛的常見原因是硬質雜質進入了偶件的配合面上，磨損過度或拉毛多出現在柱塞頭斜槽上部。卡阻和卡滯會引起該泵停止供油而使該缸停止燃燒。卡阻和卡滯的主要原因是燃油溫度變化引起柱塞偶件間隙變小或燃油中所含雜質太多[2]。

3 高壓油泵的常規檢修工藝方法

高壓油泵的檢查和維修一般按如下程序進行。

1）對高壓油泵適時進行拆檢清潔，清洗時需用輕柴油或煤油，清潔時不得使用棉紗。裝復時定位正確，保證各密封面處的吻合。

2）備車時采取手動供油的方法對各缸油泵進行逐個操作，以便于潤滑柱塞偶件，同步檢查柱塞及其相應運動部件的可靠性。

3）高壓油泵在經過拆檢并重新裝復之后，及時進行管路系統放氣，以確保各處都沒有油料滲漏[3]。

4）在運行中應密切關注高壓油管的脈動狀況，頻率應與供油時機保持一致。若高壓油管無脈動或脈動微弱，則系柱塞在開啟位置咬死或噴油器彈簧折斷所致；若脈動頻率或強度不斷變化，則柱塞有卡滯現象。

5） 更換存在故障的高壓油泵，重復上述動作。

這種檢修工藝方法簡單，僅僅能總結宏觀故障規律，排除部分故障，距以可靠性為中心的維修（RCM）要求還存在較大差距。

4 高壓油泵檢修技術的設計思路及實現

柴油機高壓油泵中的精密偶件技術指標要求嚴格，即使新件直接使用也往往不能達到需要的技術指標。因此應設計制定非常嚴格的維修工藝方法，確保精密部件尺寸控制、調試試驗和專用的試驗設備符合要求是維修技術關鍵所在。

4.1 檢修前的檢查測試工作

柴油機高壓油泵檢修在分解檢修前的準備主要是全面的檢測。維修前的檢測工作，可以從“看、聽、問、查、測”5 個環節著手進行。看主要零部件是否完整，有無明顯的外部損傷、變形，是否有自行調整或修理過的跡象等；聽柴油機有無各缸工作不均勻、異常響聲、怠速不正常等；問清楚柴油機的工作環境、工作運行時間，以及有關故障的情況；檢查有關零件的損傷和損壞的程度；在試驗臺上對高壓油泵進行測試，并做好測試記錄。

根據上述檢查和測試結果，判斷是局部分解還是全部分解，以便有計劃、有步驟地進行維修。

4.2 分解

由于高壓油泵總成中精密偶件較多，分解作業時必須保持工作場所高度清潔，必須在分解作業前了解各裝置及零部件的作用和相互位置，不能盲目大拆大卸。分解前可以將泵浸入煤油中，表面用毛刷清洗。使用專用工具，將各零部件按順序拆出并清洗干凈，用專用托盤存放。精密偶件應成對放置，不要與其他零件混淆。分解時注意不可用堿水作為清洗劑，不得在配合面或者安裝面使用夾具。在不得已的情況下，必須用銅皮或者軟墊加以保護。重要配合面應做好記號，待裝配時按記號安裝。分解時應使用專用工具，嚴禁野蠻敲打、扭撬。

4.3 檢驗與修理

在長期的高速運轉和高壓情況下，高壓油泵的各裝置及零部件會產生磨損、疲勞損傷、變形等，而檢驗與修理的目的就是使他們的配合特性和工作能力得到恢復。

1）柱塞偶件的檢驗。柱塞和柱塞套是高壓油泵主要的精密偶件，影響偶件性能的主要因素是配合面的磨損。柱塞和柱塞套磨損示意圖如圖3所示。

圖3 柱塞和柱塞套磨損示意圖

柱塞和柱塞套的配合間隙一般為0.001～0.003 mm，圓度和圓柱度不超過0.002 mm。換新標準為當間隙超過0.008 mm，就必須進行修理或更換，否則會對柴油機的工作性能產生影響，使柴油機轉速不穩、功率下降、油耗增加等。檢修中執行間隙超過0.005 mm，及時修理或更換，且可以通過對偶件的密封性測試和外觀檢查來判斷是否需要更換。并用幾種簡易方法來定性分析和判斷柱塞偶件的配合問題。

（1）滑動性檢驗。將柱塞偶件清洗后，使偶件倒置并與水平線成45°。然后，抽取柱塞全長的1／3 或1／2，用手指捻動輕輕松開，讓其邊轉動邊靠自身重力緩慢下滑，柱塞若能無阻滯并均勻地滑到底，即表明滑動性良好[4]。如果下降速率過快，則表示配合縫隙過大；如果下降到某個地方被卡住，則表示柱塞表面有機械污物及碰傷變形等[5]。

（2）吸力檢測。用食指蓋住柱塞套頂部，用大拇指和中指抵住進、回油孔，使柱塞處于中等或最大供油量位置，將偶件直立，然后將柱塞向下拉出約全長的1／2，若能感覺到有很強的吸力，而松手后柱塞能迅速回到原來位置，則可繼續使用；若磨損嚴重，拉出柱塞時吸力不強，松手后柱塞不能回到原來位置，應作報廢處理。

（3）柱塞徑部的密封性試驗。把浸潤了柴油的柱塞偶件拿在手里，先將柱塞斜槽使用段與回油口部位對齊，然后用指尖堵住柱塞套大端面孔和另一條進油孔，使柱塞留出5～7 mm 的行程，然后來回推拉柱塞做泵油動作，合格的偶件會讓手指受到空氣的壓縮，柱塞行程終了時，回油孔應發出“噗”的排氣聲；慢慢將柱塞推進，當柱塞端面達到回油孔上邊緣時，觀察回油孔內不應有油沫。

2）柱塞偶件的修理。柱塞偶件的維修重點是配對研磨，嚴格控制柱塞偶件的間距在0.003～0.005 mm 之間，不要求過小的配合間距，以防止柴油機大功率機動過程中燃油溫度變化引起的卡滯與磨損。對柱塞上的銹斑、磨損，用氧化鋁研磨膏研磨去除。研磨后要完成密封性測試。柱塞套如有銹斑或者輕微劃痕，可將其放在研磨平臺上進行研磨，研磨時不能用力過猛，要保證柱塞套的垂直，以防磨偏。對磨損較嚴重的柱塞偶件，可采用重新配組法修理。孔徑較大的柱塞套和直徑較小的柱塞可以進行鍍鉻，恢復尺寸后進行機械加工，再進行配組修復。

3）密封試驗。經過修復的柱塞偶件，須通過密封試驗才能使用。密封性試驗采用油壓法和氣壓法2種方法進行。用氣壓法時將出油閥偶件內通入0.4～0.5 MPa 的壓縮空氣，15 s 內不應漏氣，為了便于發現是否漏氣，用橡皮導管把空氣引入水中觀察。采用油壓法測試時，要把出油閥偶件安裝到專用的工具里，將試驗器的高壓油管接在出油閥緊座上，然后使壓力升高至25 MPa，此時頂桿螺釘要旋松，停止泵油后記錄油壓從25 MPa減少至10 MPa 所需要的時間，一般要求應不少于1 min。減壓凸緣密封性測試時，要將專用工具上的頂桿螺釘旋入，將出油閥提高0.3～0.5 mm。此時，試驗油壓由25 MPa 下降至10 MPa 所需的時間應不少于2 s。密封試驗時高壓油泵須正確裝配，檢驗所需油料、工具、儀表須清潔干凈[6]。油壓法試驗示意圖如圖4所示。

圖4 油壓法試驗示意圖

4.4 高壓油泵的裝配

高壓油泵密封試驗合格后即可與調速器總成裝配調試。裝配時應洗凈各零件，各配合摩擦表面應涂抹一層潤滑油，按分解時留下的標記和分解的相反過程進行裝配，即先拆卸的零件后裝，后拆卸的零件先裝，邊裝配邊檢查。裝配柱塞偶件時，柱塞的插入與拉出均應小心，不可碰撞。如果定位螺釘擰緊后，柱塞套既不能上下移動，也不能左右移動，說明定位螺釘未進入定位槽內應重新裝配；如果將定位螺釘擰緊之后，柱塞套既能上下移動，也能左右移動，說明定位螺釘太短，應重新選配定位螺釘。

對于高壓油泵總成，除了正確維修其零部件外，還應進行必要的調試試驗，以掌握其技術狀況，修正安裝誤差。在高壓油泵總成維修調試工作完成之后，即可安裝使用。

4.5 安裝及運行檢查

1）高壓油泵經拆檢重新裝復之后，進行燃油系統放氣，確保燃油系統及高壓泵內不得存有空氣，以免無法正常供油。

2）備車過程中對各缸油泵逐個進行手動供油，以便于潤滑柱塞偶件，并檢查柱塞以及其他運動部件的可靠性。

3）在運行中監測高壓油管的脈動狀況，頻率應與供油時機一致。如果高壓油管上無脈動或脈動微弱，則表明柱塞在開啟部位咬死或噴油器彈簧斷裂；如果脈動頻率或強度持續改變，則表明柱塞出現卡滯現象。

4）高壓油泵柱塞偶件間距為0.003～0.005 mm，對燃油潔凈度非常敏感。燃油系統若有微小雜質很容易導致柱塞偶件的磨損甚至卡滯，應注意檢查燃油精濾器的使用狀態，定期更換燃油濾芯，確保燃油系統無雜質。

5）檢查燃油供油壓力，避免供油壓力過低造成“缺油”，增加柱塞偶件磨損與卡滯的風險。

5 結束語

按原工藝方法，船舶所屬單位每年均有2～3臺機組發生卡阻或卡滯故障，每次處置費用30 萬余元，采用改進后工藝已維修大型船舶柴油機組高壓油泵10 余臺，均未發生卡阻或卡滯故障，節約經費150 萬余元。改進后工藝與原工藝相比，其經濟效益顯著提升，考慮所節省的修理周期，修理效益將更加可觀，實踐證明改進后的柴油機高壓油泵檢修工藝設計合理，值得經驗借鑒和推廣應用。