TBD234 V6 型柴油机机油压力异常故障分析

机油压力是考核柴油机工作是否正常的一项关键指标。机油压力异常指的是油压过高、过低或不稳定。油压过高时，机油会向四处飞溅，接合面易漏油，在曲轴箱中容易受热氧化变质，也增加了机油的消耗;油压过低时，将会因轴承供油不足而使磨损增强，严重时会发生重大的机损和安全事故;油压不稳定、波动会导致摩擦副之间的油膜不理想，使之产生半干摩擦甚至干摩擦，从而造成运转部件的磨损，使用寿命降低，甚至机损。某浮船坞TBD234V6型柴油发电机组在W6级修理后动车调试时，机油压力出现了异常波动现象，严重影响了该型柴油机工作的可靠性。本文通过系统排查，分析和确定了故障原因，并介绍柴油机改进后的试验验证结果。一、故障描述某浮船坞配置3台TBD234系列柴油机组，2号TBD234V6型柴油机因故障轮换了一台同型机后，试验时发现其机油压力频繁变化，范围为480~550kPa，压力忽高忽低,压力表指针来回摆动。柴油机正常工作时机油压力应稳定无波动，该机明显存在波动异常的故障。该台轮换的柴油机在换机前经过W6级修理，主要内容为:所有汽缸盖按工艺要求修理，更换了所有橡胶件，更换了所有主轴瓦和连杆瓦，更换了活塞环、滑油泵，检修了曲轴、活塞连杆、冷却器、滤器、增压器、淡水泵、高压泵、喷油器等部件。二、TBD234系列柴油机润滑系统工作原理TBD234系列柴油机润滑系统由机油泵，机油滤清器，机油冷却器，旁通阀，减压阀和油道、油管组成。它的功用是把具有一定压力和一定温度范围内的清洁机油，连续不断地输送到柴油机各摩擦面和需要冷却的部位，减少摩擦功的损失，缓和机件的磨损,把机件因摩擦而产生的热量带走，并清洗摩擦表面的磨屑和杂质，保证各部件的正常工作。该型柴油机机油流向图如图1所示。图1

TBD234系列柴油机机油流向图其中，实线箭头为机油通常流向，虚线箭头为机油达到一定压力(0.6MPa）后增加的流向。三、故障原因分析根据柴油机润滑系统原理，机油压力异常波动的原因有以下几个方面。（1）机油压力表和传感器损坏。机油压力传感器里面有一个滑动电阻，利用机油压力推动滑动电阻的电位计移动，来改变机油压力表的电流，从而改变指针的位置。当机油压力表和传感器损坏时，指针将会来回波动。（2）油底壳机油量不足。柴油机启动前，需用油尺检查油底壳的机油量，油面处在油标尺上下限之间为宜。如果油量不足，机油泵吸空，空气进入润滑系统，就会造成机油压力异常波动。（3）机油滤清器脏堵时，减压阀（0.6MPa)会频繁开闭，开启时油压卸放，关闭时油压上升，会出现压力异常波动现象。（4）机油冷却器脏堵时，旁通阀(0.6MPa)会打开，机油不经冷却直接进入滤器，可能会引起压力异常。（5）旁通阀和减压阀弹簧变形或折断，开闭不灵。柴油机运转时，供油量剧增，会使阀门突然打开，机油压力下降，但因阀门开闭不灵，阀门可能无法及时回位，主油道要保持稳定的压力比较困难，出现油压忽高忽低的现象。（6）机油过脏过黏，堵塞吸油盘。当柴油机高速运转时，机油泵吸油量会因吸油盘阻力过大而明显减少，主油道供油不足，油压出现异常波动。（7）机油泵内部磨损，工作异常，造成滑油压力波动。四、故障排查过程针对故障原因，按照先外后内，由表及里，由简到繁，按系分段，有顺序有步骤地检查、分析、判断。若检查结果与初步判断相符合，则证明判断是正确的。具体排查步骤如下。（1）拆卸机油压力表和传感器进行检修，并计量校正，并未发现异常，排除仪表造成的油压波动现象。（2）柴油机启动前已检查了机油油位在油标尺上下限之间，排除了曲轴箱滑油液面过低引起机油泵吸空而造成油压波动的情况。（3）拆卸清洗机油清滤器座，更换滤筒，装复后动机测试,未能排除滑油压力异常波动故障。（4）拆卸清洗机油冷却器，装复动机测试，未排除滑油压力异常波动故障。（5）拆卸旁通阀和减压阀检修，未发现异常，排除阀件损坏引起的压力异常波动。（6）排空油底壳滑油，用内窥镜检查吸油盘，未见脏堵，更换机油，停机时检查油量，油面处于油标上下限之间，动机测试，滑油压力忽高忽低，异常波动。（7）吊机拆卸油底壳，检查发现该型柴油机为干式油底壳，而一般船用TBD234系列柴油机未采用该结构，TBD234V6型柴油机干式油底壳及油泵结构示意图如图2所示，内部配有2只油泵，一个是机油泵，一个是回油泵，2个泵均为齿轮泵，机油泵为两齿轮，回油泵为三齿轮。图2TBD234V6型柴油机干式油底壳及油泵结构示意图机油泵装在柴油机自由端左侧，由曲轴齿轮带动，一对油泵齿轮在曲轴齿轮带动下转动，吸入腔容积因齿牙不断分离而增大，机油从入口处进入泵体，充满齿槽。随着齿轮的转动被带到出口处，排出腔的容积因齿牙不断靠拢而减小，于是形成挤压而使压力升高，机油以一定压力泵入润滑系统。回油泵装在自由端右侧，也由曲轴齿轮带动，它是为干式油底壳的需要而设置的，通过2根进油管，把流回油底壳两端的机油，经回油泵送到油底壳中部的密闭部分，再由机油泵抽出。此次修理更换了机油泵。对比新旧2只机油泵可以发现，油泵外型存在一定差异，拆解后检查，油泵齿轮明显大小不一，新换油泵齿轮比原配油泵齿轮大，机油泵齿轮对比如图3所示，新泵排油量大于原泵，原泵排油量仅为75L/min[1]。图3机油泵齿轮对比而从1991年开始，TBD234V6型柴油机安装V8型柴油机的机油泵，增大了机油泵输出机油量[2]。由图2所示，回油泵从两侧吸油供给机油泵，机油泵抽油形成油压，以使油供给柴油机各需要润滑部位。因机油泵油量加大，而回油泵油量未变化，造成两泵工作不匹配，即机油泵抽吸能力增大，但回油泵未发生改变供给不足，机油泵抽空，所以造成机油压力异常波动。将原机油泵修复后，进行装机试验，发现机油压力波动异常故障消除。TBD234系列柴油机负荷试验结果见表1。表1中数据显示额定负荷时机油压力偏低。根据该型机厂家2001年版说明书和修理技术标准规定，额定功率时，机油压力值为0.40~0.60MPa。因柴油机转速不同，机油压力值相差较大，机油压力低于0.40MPa的现象较为普遍。厂家2011年版说明书作了相应修订，明确额定功率时，根据转速不同，滤清后机油压力分为3种情况:①1800r/min以下，要求0.35~0.60MPa;②1800~2100r/min，要求0.40~0.60MPa;③2100r/min上，要求0.45~0.60MPa。而该机额定转速为1500r/min，额定负荷(100%)时最低压力要求应不小于0.35MPa，表1中显示100%负荷时压力为0.31MPa，显然不符合该型柴油机技术要求。图4TBD234系列柴油机机油压力低的故障树及排除方法TBD234系列柴油机机油压力低的故障树及排除方法如图4所示，而通过前面的分析及排查过程，本柴油机机油压力低的原因很显然是滑油泵的排油量减小所导致，与故障树中其他原因无关。五、改进措施及效果如何提高机油压力，又不会造成机油压力异常波动的故障，经分析研究TBD234系列柴油机的结构原理,其可行性方案有2个:方案一是更换大流量的机油泵及回油泵;方案二是改进该机的润滑方式，取消回油泵及管路，将干式油底壳润滑改为湿式油底壳润滑，机油泵改为现在TBD234V6型柴油机所配的油泵。考虑到方案一配备2只油泵，工序较复杂，易出现故障;同时目前船用TBD234系列柴油机均采用湿式油底壳润滑，和其它船保持统一，方便维护。故决定采用方案二进行改进，厂家也同意采用这一方案，并提供了改进需要更换的配件，TBD234V6型柴油机干式油底壳改湿式油底壳需要更换配件见表2。特别注意，因干式油底壳6缸柴油机平衡配重的扇形半径为82mm、厚度为29mm，而湿式油底壳6缸柴油机平衡配重的扇形半径为73mm、厚度为45mm;若不更换该配件，湿式油底壳安装后，部分曲轴转角平衡配重将与油底壳碰触，无法盘车和运行。TBD234V6型柴油机平衡配重示意图见图5。图5TBD234V6型柴油机平衡配重示意图将TBD234V6型柴油机干式油底壳润滑改为湿式，进行座台负荷试验，改进后TBD234V6型柴油机负荷试验结果见表3，在额定转速1500r/min时，滑油压力始终稳定保持在0.40MPa以上;更换平衡轴配重后，柴油机未见异常振