發(fā)電柴油機(jī)滑油異常消耗故障實(shí)例分析
2023-07-21駱秀金，工程師
（江蘇海服技術(shù)發(fā)展有限公司）
0 引言
安慶大發(fā)柴油機(jī)6DK-20是當(dāng)今世界先進(jìn)水平中速柴油機(jī)之一，由于其性能優(yōu)越、強(qiáng)化系數(shù)高、體積小、功率大、可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好、維修方便等特點(diǎn)，廣泛用作船舶發(fā)電柴油機(jī)，為全船設(shè)備提供電力服務(wù)，在船舶安全營運(yùn)中起著重要作用。安慶大發(fā)6DK-20柴油機(jī)高壓油泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，柱塞套筒偶件設(shè)計有燃油潤滑系統(tǒng)，還設(shè)計有單獨(dú)的滑油潤滑系統(tǒng)，工作穩(wěn)定，但管理要求高，一旦對設(shè)備不熟悉，疏于管理，會引起高壓油泵大量滑油泄漏，導(dǎo)致柴油機(jī)滑油消耗異常，威脅船舶安全，帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失。本文對發(fā)電柴油機(jī)6DK-20滑油異常消耗故障進(jìn)行分析，總結(jié)管理方法，避免同類型柴油機(jī)故障的重復(fù)發(fā)生。
1 設(shè)備簡介
1.1 概述和設(shè)備參數(shù)
發(fā)電機(jī)柴油機(jī)6DK-20屬于安慶大發(fā)系列，設(shè)備參數(shù)如表1所示，由安慶船用柴油機(jī)廠生產(chǎn)的直立、水冷、直接噴射式4沖程柴油機(jī)，裝有中冷器的廢氣渦輪增壓，直接啟動閥啟動，凸輪采用大直徑凸輪軸，其燃油凸輪與軸和正時齒輪與軸均為液壓緊固，氣缸和軸頸號碼1、2、3、4、5、6從功率輸出端數(shù)起，該機(jī)使用的滑油型號為580CF-4。
表1 設(shè)備參數(shù)
1.2 柴油機(jī)潤滑油系統(tǒng)
在柴油機(jī)潤滑系統(tǒng)的管理中，正確選擇合適的油品非常關(guān)鍵。不同類型的柴油機(jī)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和轉(zhuǎn)速也不同：若配合間隙大就需要使用粘度大的潤滑油；轉(zhuǎn)速高則需要摩擦副表面布油快，對應(yīng)的滑油粘度較低[1]。柴油機(jī)潤滑系統(tǒng)的作用是保證供給柴油機(jī)動力裝置各運(yùn)動部件的潤滑和冷器所需的潤滑油，起到減磨、冷卻、清潔、密封、防腐、減輕噪音、轉(zhuǎn)遞動力作用[2]。安慶大發(fā)柴油機(jī)6DK-20的潤滑油系統(tǒng)如圖1所示，潤滑油泵從柴油機(jī)的循環(huán)油柜通過濾器吸入滑油，送到滑油冷卻器，一路潤滑油經(jīng)過滑油冷卻器內(nèi)部冷卻，另一路旁通后通過溫度控制閥和冷卻的滑油混合后排出，排出口設(shè)有三通閥，確?；彤惓８邏簳r手動轉(zhuǎn)換三通閥到循環(huán)油柜，混合后的滑油經(jīng)過雙聯(lián)濾器過濾后送至設(shè)備各部件起到潤滑作用：1）再次通過潤滑油細(xì)濾器送至增壓器裝置潤滑軸承；2）通過曲軸內(nèi)部通道，滑油供應(yīng)至主軸承、曲柄銷、活塞銷、活塞頭進(jìn)行潤滑和冷卻；3）滑油供應(yīng)至凸輪軸、缸頭搖臂、進(jìn)排氣閥機(jī)構(gòu)進(jìn)行潤滑；4）滑油供應(yīng)至定時齒輪、調(diào)速器驅(qū)動機(jī)構(gòu)、冷卻水泵齒輪進(jìn)行潤滑；5）滑油供應(yīng)至進(jìn)排氣擺臂機(jī)構(gòu)進(jìn)行潤滑；6）滑油供應(yīng)至高壓油泵潤滑柱塞套筒偶件，這個設(shè)計在發(fā)電柴油機(jī)里很少見，也很容易被輪機(jī)管理者忽視。
圖1 潤滑油系統(tǒng)圖
1.3 柴油機(jī)的高壓油泵
高壓油泵內(nèi)部機(jī)構(gòu)（見圖2）設(shè)計了3個主要通道，圖中的A孔是燃油通道，B孔是燃油和滑油的泄漏監(jiān)測通道，C孔是滑油潤滑通道。燃油通過A孔進(jìn)入到高壓油泵本體后到達(dá)本體和套筒的上部環(huán)形空間，經(jīng)過圖2中套筒外的A1燃油潤滑孔穿過內(nèi)部鉆孔到達(dá)套筒內(nèi)的A2內(nèi)環(huán)形槽，潤滑柱塞套筒偶件。B孔的泄漏檢測通道是圖2中套筒內(nèi)部B2內(nèi)環(huán)形槽通過內(nèi)部鉆孔到達(dá)套筒外表面的B1孔，經(jīng)過B1再到達(dá)高壓油泵本體B孔，B孔經(jīng)過油管接到漏油警報，持續(xù)監(jiān)測發(fā)電機(jī)高壓泵的燃油漏泄情況。圖2中的C孔是來自滑油泵的高壓滑油接到高壓油泵本體和套筒間C1孔，經(jīng)過套筒內(nèi)部的鉆孔到達(dá)套筒內(nèi)表面的C2內(nèi)環(huán)形槽，潤滑柱塞偶件。由于在柱塞套筒和高壓油泵本體間設(shè)計有圖2中O1、O2、O3三道O形密封令，把燃油通道、泄漏檢測通道、滑油潤滑通道相互隔開，互不相通。不過在高壓油泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，柱塞套筒偶件做的再精密，也會存有工作間隙，加上柱塞套筒偶件長期運(yùn)行的正常磨損，A2內(nèi)環(huán)形槽處的燃油還是會少量滲漏到B2內(nèi)環(huán)形槽，同樣C2內(nèi)環(huán)形槽處的滑油也會滲漏到B2內(nèi)環(huán)形槽，柴油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)中，B泄油口微量泄漏是正?，F(xiàn)象。
2 故障現(xiàn)象
3臺發(fā)電柴油機(jī)長期有不同程度的系統(tǒng)滑油異常消耗現(xiàn)象，一直困擾著船舶管理人員，也威脅著船舶安全。通過查看柴油機(jī)檢修記錄簿中大修保養(yǎng)數(shù)據(jù)和輪機(jī)日志滑油消耗記錄，統(tǒng)計出3臺發(fā)電機(jī)系統(tǒng)潤滑油消耗數(shù)據(jù)，如表2所示。NO.1發(fā)電柴油機(jī)距離上次大修保養(yǎng)已運(yùn)行4052 h，每天系統(tǒng)滑油消耗30.4 L;NO.2發(fā)電柴油機(jī)距離上次發(fā)電機(jī)大修保養(yǎng)已運(yùn)行7120 h，每天系統(tǒng)滑油消耗59.8 L;NO.3發(fā)電柴油機(jī)距離上次大修保養(yǎng)已運(yùn)行8526 h，每天系統(tǒng)滑油消耗70.2 L,正常1臺發(fā)電柴油機(jī)的滑油每日消耗在10 L以內(nèi)。通過發(fā)電機(jī)滑油循環(huán)油柜油位的多次連續(xù)測量監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)NO.3號發(fā)電柴油機(jī)在不運(yùn)行時，滑油也有消耗。
圖2 高壓油泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
表2 3臺發(fā)電機(jī)系統(tǒng)潤滑油消耗數(shù)據(jù)
3 故障建模和檢查情況
船舶發(fā)電機(jī)大量的滑油消耗，長期找不出原因，給船東帶來了很大的經(jīng)濟(jì)損失，也加劇了地球能源短缺的速度，同時污染環(huán)境?？紤]NO.3發(fā)電柴油機(jī)吊缸檢修后工作時間，先檢查NO.3發(fā)電機(jī)的情況。通過圖1滑油系統(tǒng)圖可看出，透平軸承潤滑、主軸承、曲柄銷、活塞銷潤滑、活塞頭冷卻、凸輪軸承、缸頭搖臂、進(jìn)排氣閥機(jī)構(gòu)潤滑、定時齒輪、調(diào)速器驅(qū)動齒輪、冷卻水泵齒輪、進(jìn)排氣擺臂機(jī)構(gòu)潤滑后的滑油都返回滑油循環(huán)油柜，而滑油和外界相關(guān)聯(lián)導(dǎo)致滑油消耗的地方可能有4個方面：滑油冷卻器泄漏、進(jìn)排氣閥桿間隙過大、活塞環(huán)刮油環(huán)和缸套間隙過大、高壓油泵。參照圖3故障檢查流程模型，進(jìn)行故障查找。
圖3 故障檢查流程模型
1）檢查機(jī)身滑油的外漏情況，平時值班檢查時，要有泄漏就可以明顯發(fā)現(xiàn)，所以透平軸承潤滑、主軸承、曲柄銷、活塞銷潤滑，活塞頭冷卻、凸輪軸承、缸頭搖臂、進(jìn)排氣閥機(jī)構(gòu)潤滑、定時齒輪、調(diào)速器驅(qū)動齒輪、冷卻水泵齒輪、進(jìn)排氣擺臂機(jī)構(gòu)基本可以排出。
2）滑油冷卻器要是有泄漏，發(fā)電柴油機(jī)膨脹水箱可以看到滑油漂浮，NO.3發(fā)電柴油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時膨脹水箱沒有異常，基本可以排除。
3）如果由于缸內(nèi)燃燒狀況差，逐步導(dǎo)致其運(yùn)動部件磨損，氣閥閥桿在導(dǎo)管運(yùn)動過程中由于受顆粒的磨損，導(dǎo)致配合間隙增大，滑油進(jìn)入燃燒室而消耗。活塞環(huán)與缸套過度磨損后，導(dǎo)致活塞環(huán)“泵油”現(xiàn)象加劇，滑油會被壓入燃燒室[3]。理論上可以從煙色觀看，但實(shí)際中通過柴油機(jī)的排煙顏色判斷時，必須是大量潤滑油燃燒，煙色為淡藍(lán)色即滑油燃燒[4]?；拖倪_(dá)不到一定的量很難看出，可以通過吊缸保養(yǎng)進(jìn)行對零件和間隙進(jìn)行測量分析?？紤]NO.3發(fā)電柴油機(jī)已運(yùn)行8526 h，決定提前吊缸保養(yǎng)，活塞環(huán)、刮油環(huán)全部換新，進(jìn)排氣閥和導(dǎo)套密封圈全部換新，對發(fā)電柴油缸套、活塞環(huán)進(jìn)行測量，數(shù)據(jù)在允許磨損范圍內(nèi)，如表3和表4所示。NO.3發(fā)電柴油機(jī)吊缸保養(yǎng)后滑油消耗依然是每天70.2 L。吊完缸后發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)在不運(yùn)轉(zhuǎn)時滑油有消耗，油底殼油位下降。
表3 NO.3發(fā)電機(jī)缸套測量數(shù)據(jù)（mm)
表4 NO.3發(fā)電機(jī)活塞環(huán)搭扣間隙測量數(shù)據(jù)（mm)
4）偶件的潤滑方式主要是邊界潤滑，但在實(shí)際工作中，精密偶件在燃油高壓作用下會發(fā)生變形和橫向運(yùn)動，形成流體潤滑[5]。通過圖1潤滑油系統(tǒng)圖可以看出有單獨(dú)的潤滑油到高壓油泵，研究圖2高壓油泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖中可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)電柴油機(jī)高壓油泵設(shè)計了滑油潤滑內(nèi)部通道，在吊缸前忽略了這細(xì)微設(shè)計。發(fā)電柴油機(jī)吊缸檢修完成，滑油繼續(xù)消耗異常，仔細(xì)查閱資料和說明書才發(fā)現(xiàn)高壓油泵的柱塞套筒偶件有單獨(dú)的滑油潤滑，加上柴油機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時滑油油位也降低，更加懷疑高壓油泵了，拆開高壓油泵的泄漏總管，不斷有黑色重油連續(xù)泄漏，用強(qiáng)光手電仔細(xì)查看，泄漏總管黑色重油里還伴隨著滑油痕跡，因?yàn)楦咚偎臎_機(jī)滑油顏色較深，查看的時候不太明顯，需要仔細(xì)觀察。這時基本確定是高壓油泵有滑油泄漏，為了確定泄漏的缸數(shù)和泄漏量，6個缸的高壓油泵泄漏油管全部拆開，全部接上取樣器，分別測試柴油機(jī)運(yùn)行和停止時的24 h滑油泄漏量，定量定性分析泄漏情況，分析出3、4、6缸泄漏嚴(yán)重，1、2、5缸泄漏較輕，具體如表5所示。
表5 NO.3發(fā)電機(jī)高壓泵泄漏量數(shù)據(jù)（升/天）
5）拆檢高壓油泵發(fā)現(xiàn)圖2中套筒和高壓油泵本體的O1、O2、O3三道O形密封令全部有不同程度的老化。
4 故障分析
圖2中柱塞套筒偶件的第1道O型密封令O1老化，會導(dǎo)致密封令上面套筒和高壓油泵本體間的環(huán)形空間燃油，直接泄漏到O1和O2密封令之間。泄漏到O1和O2密封令間的燃油，通過圖2中相對應(yīng)位置的高壓油泵本體B泄油口連接到泄漏總管，回到泄油柜?；鸵彩峭瑯拥脑?，滑油先是通過圖2中高壓油泵本體上的C滑油進(jìn)口到達(dá)圖2中柱塞套筒偶件的C1孔，這時如果O2號密封令老化，滑油會直接泄漏到O1和O2密封令之間，和泄漏的燃油混合一起泄放到泄漏油柜。
5 故障解決并實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證
1)NO.3發(fā)電柴油機(jī)的3、4、6缸高壓油泵拆解，O型密封令全部換新，發(fā)電柴油機(jī)的實(shí)測滑油消耗數(shù)據(jù)，如表6所示，每24 h 15.5 L,這個時候問題已基本解決。
2)NO.3發(fā)電柴油機(jī)的1、2、5缸高壓油泵繼續(xù)拆解，O型密封令全部換新，發(fā)電柴油機(jī)的實(shí)測滑油消耗數(shù)據(jù)，如表6所示，每24 h 7.3 L,3號發(fā)電柴油機(jī)滑油消耗量恢復(fù)正常。
3)NO.1和NO.2發(fā)電柴油機(jī)的高壓油泵也全部拆解，O型密封令換新，發(fā)電柴油機(jī)的實(shí)測滑油消耗數(shù)據(jù)，如表6所示，NO.1發(fā)電柴油機(jī)每24 h 6.8 L,NO.2發(fā)電柴油機(jī)每24 h 7.2 L，滑油消耗全部恢復(fù)正常，困擾已久的滑油異常消耗故障完全解決。
表6 3臺發(fā)電機(jī)故障解決后滑油消耗實(shí)測數(shù)據(jù)
6 結(jié)語
為杜絕此類船用發(fā)電柴油機(jī)滑油異常消耗的故障，提出以下建議：
1）要合理正確使用輪機(jī)員積累的寶貴經(jīng)驗(yàn)，不能完全單一地憑經(jīng)驗(yàn)來處理所有問題，每條船舶的設(shè)備說明書都要仔細(xì)研讀，因?yàn)橥吞柕脑O(shè)備在不斷技術(shù)更新，說明書版本內(nèi)的部分內(nèi)容會有同步改進(jìn)。只有學(xué)習(xí)系統(tǒng)的理論知識和熟悉設(shè)備說明書，才能更快地發(fā)現(xiàn)問題并分析深層次原因，在解決故障時少走彎路，也能更加有效地管理機(jī)械設(shè)備。
2）船舶加強(qiáng)對高壓油泵的維護(hù)保養(yǎng)，做好設(shè)備和重要零部件運(yùn)行時間?計，定期進(jìn)行高壓油泵的拆解保養(yǎng)工作，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。平時加強(qiáng)發(fā)電柴油機(jī)的漏油警報的測試工作，確保漏油警報隨時可用。
3）公司體系管理要落實(shí)有效性，對重要設(shè)備的工作時間監(jiān)督要細(xì)化，重要設(shè)備和部件要堅持定期檢修，不可視情維修，保證設(shè)備安全可靠，保障船舶航行安全，保護(hù)海洋環(huán)境。
參考文獻(xiàn)：
[1]駱秀金.發(fā)電柴油機(jī)滑油異常消耗故障實(shí)例分析[J].船舶物資與市場,2023,31(06):83-86
（來源：輪機(jī)課堂）