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軸承知識(shí)
發(fā)電柴油機(jī)飛輪端甩油故障分析及處理

馮偉 孫曉磊

(大連海事大學(xué)) 

導(dǎo)讀

針對(duì)某實(shí)船發(fā)電柴油機(jī)飛輪端甩油故障現(xiàn)象,對(duì)故障原因和故障處理措施進(jìn)行了分析,Z終確定滑油透氣管的液柱導(dǎo)致故障產(chǎn)生。

針對(duì)故障原因,闡述了故障預(yù)防及改造措施,一方面為輪機(jī)管理人員在輪機(jī)管理過(guò)程中提供參考建議,另一方面為設(shè)備設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中提供改進(jìn)措施。

一、故障描述

某輪于2008年投入營(yíng)運(yùn),配置3臺(tái)Auxpac520W4L20發(fā)電柴油機(jī)。

2016年1月17日,NO.2 發(fā)電柴油機(jī)出現(xiàn)故障:飛輪端有油液甩出。

發(fā)現(xiàn)飛輪端甩油后,對(duì)NO.2 號(hào)發(fā)電柴油機(jī)進(jìn)行停機(jī)處理,并進(jìn)行清潔和故障排查工作,并確認(rèn)甩出的油為滑油,此時(shí)啟動(dòng)備用發(fā)電機(jī)供系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 

在停機(jī)狀態(tài)下,對(duì)飛輪及與其相關(guān)的部件、管路進(jìn)行清潔,由于只有預(yù)潤(rùn)滑泵運(yùn)轉(zhuǎn),滑油壓力僅維持在2bar左右,壓力較低,經(jīng)過(guò)1天的觀察,未發(fā)現(xiàn)任何泄漏。

于是改變策略,啟動(dòng)NO.2號(hào)發(fā)電柴油機(jī)進(jìn)行運(yùn)行檢查,在運(yùn)行狀態(tài)下,機(jī)帶滑油泵運(yùn)轉(zhuǎn),滑油壓力上升至 5.5 bar 左右,在持續(xù)運(yùn)行 3h 內(nèi),滑油管路及其接頭均干燥,仍未發(fā)現(xiàn)滑油泄漏;在運(yùn)行3h 之后,發(fā)電柴油機(jī)開(kāi)始出現(xiàn)甩油現(xiàn)象。

由于飛輪處位置狹窄、光線不足,并且油滴四處飛濺導(dǎo)致飛輪附近的設(shè)備及管路均有油跡,肉眼無(wú)法判斷滑油的泄漏位置;

在繼續(xù)運(yùn)行2h后,甩出的滑油量具有減小的趨勢(shì)。

在啟動(dòng)運(yùn)行的5h時(shí)間內(nèi),油底殼中的油量沒(méi)有明顯減少。

此時(shí)為保障設(shè)備的安全,再次啟用備用發(fā)電柴油機(jī),并再次對(duì)NO.2 發(fā)電柴油機(jī)進(jìn)行停機(jī)處理并清潔。

二、故障原因分析

1.管路泄漏,滴落在飛輪附近,由飛輪或者飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)所帶動(dòng)的空氣打散并甩出。

如果滑油管路泄漏,在運(yùn)行初期就會(huì)出現(xiàn)甩油現(xiàn)象,并且在甩油發(fā)生前,在滑油管路或接頭處會(huì)有較為明顯的油滴滴落。

以上推論與實(shí)際現(xiàn)象不符,可以排除滑油管路泄漏的可能。 

2.油底殼內(nèi)的滑油由曲軸輸出端的軸封甩出 

(1)正常情況下,曲軸及連桿大端回轉(zhuǎn)的Z低點(diǎn)比油底殼滑油液面高5-10cm,如圖1中距離d 所示,此設(shè)計(jì)目的是防止曲軸及連桿大端拍擊和攪拌滑油。

發(fā)生故障時(shí),NO.2 發(fā)電柴油機(jī)油底殼液位為17cm,在說(shuō)明書(shū)所要求的范圍內(nèi) (7~19cm)。

所以,可以排除油底殼內(nèi)滑油直接由曲軸輸出 端軸封泄漏的可能。

(2)排除滑油直接泄露的故障原因之后,對(duì)曲軸箱內(nèi)充滿(mǎn)的高溫滑油油氣進(jìn)行分析。

高溫滑油油氣的產(chǎn)生原因主要包括以下三個(gè)方面: 

①高溫產(chǎn)生油氣 

②飛濺產(chǎn)生油氣 

③冷卻活塞的滑油和潤(rùn)滑連桿小端、凸輪軸、搖臂等部件的滑油落回油底殼內(nèi),也會(huì)形成油氣。 

在曲軸輸出端軸封處,滑油以?xún)煞N形態(tài)存在:高溫滑油油氣和飛濺的液態(tài)滑油。

該型號(hào)發(fā)電柴油機(jī)曲軸輸出端采用V-ring 密封,如圖2所示。

正常情況下,V-ring 可以阻擋高溫滑油油氣泄漏,并且軸封安裝有泄放管,會(huì)將V-ring 處的液態(tài)滑油泄放至油底殼。

但是在一定狀況下,滑油依然會(huì)由曲軸輸出端軸封泄漏,原因主要包括: 

①軸封泄放管阻塞。

如果軸封的泄放管阻塞,V-ring 處的液態(tài)滑油無(wú)法泄放,于是液態(tài)滑油無(wú)法回流至油底殼,此時(shí)曲軸箱內(nèi)處于正壓,液態(tài)滑油在壓力作用下由 V-ring 處泄漏。

然而在柴油機(jī)啟動(dòng)后,曲軸箱內(nèi)便處于正壓狀態(tài),V-ring 處便有飛濺的滑油,如果泄放管堵塞,在柴油機(jī)啟動(dòng)初期就會(huì)出現(xiàn)甩油現(xiàn)象。

以上推論與實(shí)際現(xiàn)象不符,證明推論不正確。

②V-ring 損壞。

如果 V-ring 損壞,高溫滑油油氣以及飛濺的液態(tài)滑油由軸封處泄漏,導(dǎo)致甩油現(xiàn)象。

但是 V-ring 損壞,在運(yùn)行初期就會(huì)出現(xiàn)甩油現(xiàn)象,且甩出滑油的量會(huì)較大,油底殼液位會(huì)明顯降低。

以上推論實(shí)際現(xiàn)象不符,所以 V-ring 損壞的可能較小。并且該型號(hào)發(fā)電柴油機(jī)軸封的拆檢較為復(fù)雜,檢查 V-ring 的難度較大。

③曲軸箱壓力過(guò)高。

曲軸箱不斷產(chǎn)生高溫油氣,因此,柴油機(jī)正常運(yùn)行期間,曲軸箱內(nèi)的壓力略高于大氣壓。

為防止曲軸箱壓力過(guò)高,柴油機(jī)配有滑油透氣系統(tǒng)?

在正常壓力下,V-ring 可以有效的密封滑油油氣以及液態(tài)滑油,然而當(dāng)曲軸箱壓力過(guò)高,高溫滑油油氣以及液態(tài)滑油在高壓差的 驅(qū)動(dòng)下,通過(guò)曲軸輸出端軸封的V-ring泄漏。

高溫滑油油氣由曲軸輸出端軸封處泄漏后,隨飛輪高速運(yùn)動(dòng),當(dāng)油氣遇到較冷的設(shè)備表面時(shí)冷卻為滑油,出現(xiàn)“甩油”現(xiàn)象。 

活塞環(huán)串氣、活塞頭裂縫、透氣管堵塞均會(huì)導(dǎo)致曲軸箱壓力過(guò)高。

而壓力的建立是需要時(shí)間的,因此,在運(yùn)行初期,曲軸箱內(nèi)壓力低,不會(huì)發(fā)生甩油,而當(dāng)曲軸箱內(nèi)壓力足夠高時(shí),高溫滑油油氣通過(guò)V-ring 泄漏,導(dǎo)致連續(xù)甩油,甩出滑油的量較小,油底殼液位不會(huì)有明顯變化。

以上推論與實(shí)際現(xiàn)象相符,所以,該原因的可能性較大。

該船沒(méi)有配備測(cè)量發(fā)電柴油機(jī)壓縮壓力的工具,活塞環(huán)串氣或活塞頭裂縫排查的難度較大。

滑油透氣管路的排查難度較小。

根據(jù)以上分析,將原因分析結(jié)果總結(jié)如下,如表1所示。

三、故障處理

根據(jù)以上分析,綜合故障因素的可能性和排查難度,決定首先對(duì)滑油透氣管路進(jìn)行檢查。 

再次啟動(dòng) NO.2 發(fā)電柴油機(jī),沿滑油透氣管自下而上的拆卸法蘭,透氣管內(nèi)徑約 76mm,其中下沉管段長(zhǎng)度約6米,容積約 27L。

逐一檢查透氣情況,在拆卸一段下沉管段的法蘭時(shí),有大量滑油流出,放出約30L滑油,并且滑油透氣管內(nèi)形成了“液栓”。

透氣管疏通后,NO.2 發(fā)電柴油機(jī)甩油現(xiàn)象消失。 

6個(gè)月后,對(duì) NO.2 發(fā)電柴油機(jī)進(jìn)行吊缸,對(duì)部件進(jìn)行檢查并發(fā)現(xiàn)缸套及活塞環(huán)的磨損量均在要求范圍內(nèi);活塞頭未發(fā)現(xiàn)裂縫。

因此,排除活塞環(huán)串氣或活塞頭裂縫的可能,進(jìn)一步確認(rèn),飛輪端甩油故障是由滑油透氣管“液栓”所導(dǎo)致。

四、預(yù)防及改造措施

1.液栓的形成機(jī)理及預(yù)防

高溫滑油油氣冷卻后變?yōu)橐簯B(tài)滑油,液態(tài)滑油聚集在透氣管路的下沉管段,形成“液栓”。 

預(yù)防“液栓”的形成主要是將冷凝的液態(tài)滑油泄放掉, 防止液態(tài)滑油在管路中聚集。

在設(shè)備的設(shè)計(jì)和建造時(shí),可以采取以下兩方面改進(jìn)措施: 

(1)選擇合適的透氣漏斗并正確安裝;

(2)透氣管路沿油氣流動(dòng)方向上傾斜布置,以便液態(tài)滑油泄放。

2.滑油透氣管路改造

根據(jù)以上分析,提出滑油透氣管路改造的3種方法: 

(1)改進(jìn)透氣漏斗,提高阻液效果,減小后續(xù)透氣管路滑油冷凝量; 

(2)透氣管管路改造,對(duì)水平和具有下傾角的管路進(jìn)行改造,以確保液態(tài)滑油泄放至污滑油艙; 

(3)在具有下傾角的管段安裝泄放閥,定期泄放透氣管內(nèi)滑油。 

結(jié)合實(shí)船情況,我們采取第3種改造方法,在下沉管段處焊接泄放閥,以方便定期進(jìn)行泄放。

來(lái)源:《中國(guó)水運(yùn)》

發(fā)布時(shí)間:2022-12-31


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