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发电柴油机曲轴输出端总是甩油,原来又是“它”作怪

一、故障描述


某轮于2008 年投入营运,配置3 台Auxpac520W4L20发电柴油机。2016 年 1 月 17 日,NO.2 发电柴油机出现故障:飞轮端有油液甩出。发现飞轮端甩油后,对 NO.2 号发电柴油机进行停机处理,并进行清洁和故障排查工作,并确认甩出的油为滑油,此时启动备用发电机供系统正常运转。在停机状态下,对飞轮及与其相关的部件、管路进行清洁,由于只有预润滑泵运转,滑油压力仅维持在2 bar 左右,压力较低,经过 1 天的观察,未发现任何泄漏。于是改变策略, 启动 NO.2 号发电柴油机进行运行检查,在运行状态下,机带滑油泵运转,滑油压力上升至 5.5 bar 左右,在持续运行3h 内,滑油管路及其接头均干燥,仍未发现滑油泄漏;在运行 3h 之后,发电柴油机开始出现甩油现象。由于飞轮处位置狭窄、光线不足,并且油滴四处飞溅导致飞轮附近的设备及管路均有油迹,肉眼无法判断滑油的泄漏位置;在继续运行 2h 后,甩出的滑油量具有减小的趋势。在启动运行的5h 时间内,油底壳中的油量没有明显减少。此时为保障设备的安全,再次启用备用发电柴油机,并再次对 NO.2 发电柴油机进行停机处理并清洁。


二、故障原因分析


1.管路泄漏,滴落在飞轮附近,由飞轮或者飞轮转动所带动的空气打散并甩出。如果滑油管路泄漏,在运行初期就会出现甩油现象,并且在甩油发生前,在滑油管路或接头处会有较为明显的油滴滴落。以上推论与实际现象不符,可以排除滑油管路泄漏的可能。


2.油底壳内的滑油由曲轴输出端的轴封甩出


(1)正常情况下,曲轴及连杆大端回转的最低点比油底壳滑油液面高 5-10cm,如图 1 中距离 d 所示,此设计目的是防止曲轴及连杆大端拍击和搅拌滑油。发生故障时,NO.2 发电柴油机油底壳液位为     17cm,在说明书所要求的范围内

(7~19cm)。所以,可以排除油底壳内滑油直接由曲轴输出端轴封泄漏的可能。

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(2)排除滑油直接泄露的故障原因之后,对曲轴箱内充满的高温滑油油气进行分析。高温滑油油气的产生原因主要包括以下三个方面:


①高温产生油气


②飞溅产生油气


③冷却活塞的滑油和润滑连杆小端、凸轮轴、摇臂等部件的滑油落回油底壳内,也会形成油气。


在曲轴输出端轴封处,滑油以两种形态存在:高温滑油油气和飞溅的液态滑油。该型号发电柴油机曲轴输出端采用V-ring 密封,如图 2 所示。正常情况下,V-ring 可以阻挡高温滑油油气泄漏[1],并且轴封安装有泄放管,会将 V-ring 处的液态滑油泄放至油底壳。但是在一定状况下,滑油依然会由曲轴输出端轴封泄漏,原因主要包括:


①轴封泄放管阻塞。如果轴封的泄放管阻塞,V-ring 处的液态滑油无法泄放,于是液态滑油无法回流至油底壳,此时曲轴箱内处于正压,液态滑油在压力作用下由 V-ring 处泄漏。然而在柴油机启动后,曲轴箱内便处于正压状态,V-ring 处便有飞溅的滑油,如果泄放管堵塞,在柴油机启动初期就会出现甩油现象。以上推论与实际现象不符,证明推论不正确。


②V-ring 损坏。如果 V-ring 损坏,高温滑油油气以及飞溅的液态滑油由轴封处泄漏,导致甩油现象。但是 V-ring 损坏,在运行初期就会出现甩油现象,且甩出滑油的量会较大,油底壳液位会明显降低。以上推论实际现象不符,所以V-ring 损坏的可能较小。并且该型号发电柴油机轴封的拆检较为复杂,检查 V-ring 的难度较大。

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③曲轴箱压力过高。曲轴箱不断产生高温油气,因此, 柴油机正常运行期间,曲轴箱内的压力略高于大气压。为防止曲轴箱压力过高,柴油机配有滑油透气系统[2]。在正常压力下,V-ring可以有效的密封滑油油气以及液态滑油,然而当曲轴箱压力过高,高温滑油油气以及液态滑油在高压差的驱动下,通过曲轴输出端轴封的 V-ring 泄漏。高温滑油油气由曲轴输出端轴封处泄漏后,随飞轮高速运动,当油气遇到较冷的设备表面时冷却为滑油,出现“甩油”现象。


活塞环串气、活塞头裂缝、透气管堵塞均会导致曲轴箱压力过高[3]。而压力的建立是需要时间的,因此,在运行初期,曲轴箱内压力低,不会发生甩油,而当曲轴箱内压力足够高时,高温滑油油气通过 V-ring 泄漏,导致连续甩油,甩出滑油的量较小,油底壳液位不会有明显变化。以上推论与实际现象相符,所以,该原因的可能性较大。该船没有配备测量发电柴油机压缩压力的工具,活塞环串气或活塞头裂缝排查的难度较大。滑油透气管路的排查难度较小。

根据以上分析,将原因分析结果总结如下,如表 1 所示。

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三、故障处理




根据以上分析,综合故障因素的可能性和排查难度,决定首先对滑油透气管路进行检查。


再次启动NO.2 发电柴油机,沿滑油透气管自下而上的拆卸法兰,透气管内径约 76mm,其中下沉管段长度约 6 米,容积约  27L。逐一检查透气情况,在拆卸一段下沉管段的法兰时,有大量滑油流出,放出约 30L 滑油,并且滑油透气管内形成了“液栓”。透气管疏通后,NO.2 发电柴油机甩油现象消失。


6 个月后,对 NO.2 发电柴油机进行吊缸,对部件进行检查并发现缸套及活塞环的磨损量均在要求范围内;活塞头未发现裂缝。因此,排除活塞环串气或活塞头裂缝的可能,进一步确认,飞轮端甩油故障是由滑油透气管“液栓”所导致。


四、预防及改造措施


1.液栓的形成机理及预防


高温滑油油气冷却后变为液态滑油,液态滑油聚集在透气管路的下沉管段,形成“液栓”。预防“液栓”的形成主要是将冷凝的液态滑油泄放掉, 防止液态滑油在管路中聚集。在设备的设计和建造时,可以采取以下两方面改进措施:


(1)选择合适的透气漏斗并正确安装;


(2)透气管路沿油气流动方向上倾斜布置,以便液态滑油泄放。


2.滑油透气管路改造


根据以上分析,提出滑油透气管路改造的3 种方法:


(1)改进透气漏斗,提高阻液效果,减小后续透气管路滑油冷凝量;


(2)透气管管路改造,对水平和具有下倾角的管路进行改造,以确保液态滑油泄放至污滑油舱;


(3)在具有下倾角的管段安装泄放阀,定期泄放透气管内滑油。

结合实船情况,我们采取第 3 种改造方法,在下沉管段处焊接泄放阀,以方便定期进行泄放。


五、结束语


在故障原因分析的过程中,大多数人认为设备自身故障的可能性最大,滑油透气管堵塞的可能性很小。由于在分析故障时缺乏系统性观念,而忽略了附属系统对设备的影响,导致故障排查走了弯路。在船舶设备及系统出现故障时,应该进行系统的分析并加以排除。即使是设计建造方面的缺陷,也应该结合船舶的具体情况,加以改进,以确保船舶设备安全。


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