發電柴油機滑油異常消耗故障實例分析
2023-07-21
駱秀金，工程師
（江蘇海服技術發展有限公司）
0 引言
安慶大發柴油機6DK-20是當今世界先進水平中速柴油機之一，由于其性能優越、強化系數高、體積小、功率大、可靠性高、經濟性好、維修方便等特點，廣泛用作船舶發電柴油機，為全船設備提供電力服務，在船舶安全營運中起著重要作用。安慶大發6DK-20柴油機高壓油泵結構復雜，柱塞套筒偶件設計有燃油潤滑系統，還設計有單獨的滑油潤滑系統，工作穩定，但管理要求高，一旦對設備不熟悉，疏于管理，會引起高壓油泵大量滑油泄漏，導致柴油機滑油消耗異常，威脅船舶安全，帶來巨大經濟損失。本文對發電柴油機6DK-20滑油異常消耗故障進行分析，總結管理方法，避免同類型柴油機故障的重復發生。
1 設備簡介
1.1 概述和設備參數
發電機柴油機6DK-20屬于安慶大發系列，設備參數如表1所示，由安慶船用柴油機廠生產的直立、水冷、直接噴射式4沖程柴油機，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從功率輸出端數起，該機使用的滑油型號為580CF-4。
表1 設備參數
1.2 柴油機潤滑油系統
在柴油機潤滑系統的管理中，正確選擇合適的油品非常關鍵。不同類型的柴油機，其結構特點和轉速也不同：若配合間隙大就需要使用粘度大的潤滑油；轉速高則需要摩擦副表面布油快，對應的滑油粘度較低[1]。柴油機潤滑系統的作用是保證供給柴油機動力裝置各運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、轉遞動力作用[2]。安慶大發柴油機6DK-20的潤滑油系統如圖1所示，潤滑油泵從柴油機的循環油柜通過濾器吸入滑油，送到滑油冷卻器，一路潤滑油經過滑油冷卻器內部冷卻，另一路旁通后通過溫度控制閥和冷卻的滑油混合后排出，排出口設有三通閥，確保滑油異常高壓時手動轉換三通閥到循環油柜，混合后的滑油經過雙聯濾器過濾后送至設備各部件起到潤滑作用：1）再次通過潤滑油細濾器送至增壓器裝置潤滑軸承；2）通過曲軸內部通道，滑油供應至主軸承、曲柄銷、活塞銷、活塞頭進行潤滑和冷卻；3）滑油供應至凸輪軸、缸頭搖臂、進排氣閥機構進行潤滑；4）滑油供應至定時齒輪、調速器驅動機構、冷卻水泵齒輪進行潤滑；5）滑油供應至進排氣擺臂機構進行潤滑；6）滑油供應至高壓油泵潤滑柱塞套筒偶件，這個設計在發電柴油機里很少見，也很容易被輪機管理者忽視。
圖1 潤滑油系統圖
1.3 柴油機的高壓油泵
高壓油泵內部機構（見圖2）設計了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測通道，C孔是滑油潤滑通道。燃油通過A孔進入到高壓油泵本體后到達本體和套筒的上部環形空間，經過圖2中套筒外的A1燃油潤滑孔穿過內部鉆孔到達套筒內的A2內環形槽，潤滑柱塞套筒偶件。B孔的泄漏檢測通道是圖2中套筒內部B2內環形槽通過內部鉆孔到達套筒外表面的B1孔，經過B1再到達高壓油泵本體B孔，B孔經過油管接到漏油警報，持續監測發電機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，經過套筒內部的鉆孔到達套筒內表面的C2內環形槽，潤滑柱塞偶件。由于在柱塞套筒和高壓油泵本體間設計有圖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轉時，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行的正常磨損，A2內環形槽處的燃油還是會少量滲漏到B2內環形槽，同樣C2內環形槽處的滑油也會滲漏到B2內環形槽，柴油機正常運轉中，B泄油口微量泄漏是正常現象。
2 故障現象
3臺發電柴油機長期有不同程度的系統滑油異常消耗現象，一直困擾著船舶管理人員，也威脅著船舶安全。通過查看柴油機檢修記錄簿中大修保養數據和輪機日志滑油消耗記錄，統計出3臺發電機系統潤滑油消耗數據，如表2所示。NO.1發電柴油機距離上次大修保養已運行4052 h，每天系統滑油消耗30.4 L;NO.2發電柴油機距離上次發電機大修保養已運行7120 h，每天系統滑油消耗59.8 L;NO.3發電柴油機距離上次大修保養已運行8526 h，每天系統滑油消耗70.2 L,正常1臺發電柴油機的滑油每日消耗在10 L以內。通過發電機滑油循環油柜油位的多次連續測量監測，發現NO.3號發電柴油機在不運行時，滑油也有消耗。
圖2 高壓油泵內部結構圖
表2 3臺發電機系統潤滑油消耗數據
3 故障建模和檢查情況
船舶發電機大量的滑油消耗，長期找不出原因，給船東帶來了很大的經濟損失，也加劇了地球能源短缺的速度，同時污染環境。考慮NO.3發電柴油機吊缸檢修后工作時間，先檢查NO.3發電機的情況。通過圖1滑油系統圖可看出，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、進排氣閥機構潤滑、定時齒輪、調速器驅動齒輪、冷卻水泵齒輪、進排氣擺臂機構潤滑后的滑油都返回滑油循環油柜，而滑油和外界相關聯導致滑油消耗的地方可能有4個方面：滑油冷卻器泄漏、進排氣閥桿間隙過大、活塞環刮油環和缸套間隙過大、高壓油泵。參照圖3故障檢查流程模型，進行故障查找。
圖3 故障檢查流程模型
1）檢查機身滑油的外漏情況，平時值班檢查時，要有泄漏就可以明顯發現，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、進排氣閥機構潤滑、定時齒輪、調速器驅動齒輪、冷卻水泵齒輪、進排氣擺臂機構基本可以排出。
2）滑油冷卻器要是有泄漏，發電柴油機膨脹水箱可以看到滑油漂浮，NO.3發電柴油機正常運轉時膨脹水箱沒有異常，基本可以排除。
3）如果由于缸內燃燒狀況差，逐步導致其運動部件磨損，氣閥閥桿在導管運動過程中由于受顆粒的磨損，導致配合間隙增大，滑油進入燃燒室而消耗。活塞環與缸套過度磨損后，導致活塞環“泵油”現象加劇，滑油會被壓入燃燒室[3]。理論上可以從煙色觀看，但實際中通過柴油機的排煙顏色判斷時，必須是大量潤滑油燃燒，煙色為淡藍色即滑油燃燒[4]。滑油消耗達不到一定的量很難看出，可以通過吊缸保養進行對零件和間隙進行測量分析。考慮NO.3發電柴油機已運行8526 h，決定提前吊缸保養，活塞環、刮油環全部換新，進排氣閥和導套密封圈全部換新，對發電柴油缸套、活塞環進行測量，數據在允許磨損范圍內，如表3和表4所示。NO.3發電柴油機吊缸保養后滑油消耗依然是每天70.2 L。吊完缸后發現柴油機在不運轉時滑油有消耗，油底殼油位下降。
表3 NO.3發電機缸套測量數據（mm)
表4 NO.3發電機活塞環搭扣間隙測量數據（mm)
4）偶件的潤滑方式主要是邊界潤滑，但在實際工作中，精密偶件在燃油高壓作用下會發生變形和橫向運動，形成流體潤滑[5]。通過圖1潤滑油系統圖可以看出有單獨的潤滑油到高壓油泵，研究圖2高壓油泵內部結構圖中可以發現，發電柴油機高壓油泵設計了滑油潤滑內部通道，在吊缸前忽略了這細微設計。發電柴油機吊缸檢修完成，滑油繼續消耗異常，仔細查閱資料和說明書才發現高壓油泵的柱塞套筒偶件有單獨的滑油潤滑，加上柴油機停止運轉時滑油油位也降低，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泄漏，用強光手電仔細查看，泄漏總管黑色重油里還伴隨著滑油痕跡，因為高速四沖機滑油顏色較深，查看的時候不太明顯，需要仔細觀察。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，分別測試柴油機運行和停止時的24 h滑油泄漏量，定量定性分析泄漏情況，分析出3、4、6缸泄漏嚴重，1、2、5缸泄漏較輕，具體如表5所示。
表5 NO.3發電機高壓泵泄漏量數據（升/天）
5）拆檢高壓油泵發現圖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，會導致密封令上面套筒和高壓油泵本體間的環形空間燃油，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。滑油也是同樣的原理，滑油先是通過圖2中高壓油泵本體上的C滑油進口到達圖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 故障解決并實測數據驗證
1)NO.3發電柴油機的3、4、6缸高壓油泵拆解，O型密封令全部換新，發電柴油機的實測滑油消耗數據，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發電柴油機的1、2、5缸高壓油泵繼續拆解，O型密封令全部換新，發電柴油機的實測滑油消耗數據，如表6所示，每24 h 7.3 L,3號發電柴油機滑油消耗量恢復正常。
3)NO.1和NO.2發電柴油機的高壓油泵也全部拆解，O型密封令換新，發電柴油機的實測滑油消耗數據，如表6所示，NO.1發電柴油機每24 h 6.8 L,NO.2發電柴油機每24 h 7.2 L，滑油消耗全部恢復正常，困擾已久的滑油異常消耗故障完全解決。
表6 3臺發電機故障解決后滑油消耗實測數據
6 結語
為杜絕此類船用發電柴油機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員積累的寶貴經驗，不能完全單一地憑經驗來處理所有問題，每條船舶的設備說明書都要仔細研讀，因為同型號的設備在不斷技術更新，說明書版本內的部分內容會有同步改進。只有學習系統的理論知識和熟悉設備說明書，才能更快地發現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械設備。
2）船舶加強對高壓油泵的維護保養，做好設備和重要零部件運行時間?計，定期進行高壓油泵的拆解保養工作，避免不必要的經濟損失。平時加強發電柴油機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有效性，對重要設備的工作時間監督要細化，重要設備和部件要堅持定期檢修，不可視情維修，保證設備安全可靠，保障船舶航行安全，保護海洋環境。
參考文獻：
[1]駱秀金.發電柴油機滑油異常消耗故障實例分析[J].船舶物資與市場,2023,31(06):83-86
（來源：輪機課堂）
