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【船机帮】船用柴油机高压油泵的故障分析管理与维护

船机故障心莫慌,遇事不决船机帮

导读

喷油系统是柴油机运转的重要环节,高压油泵又是喷油系统的主要部件,它的状况直接影响着燃油的雾化质量,其设计和制造要求最高。

它如同人的心脏动作原理,在柴油机运转时,燃油通过吸油阀进入泵腔,又被上行的柱塞加压,直至达到喷油器的启阀压力,雾状的燃油由喷油器的雾化头喷入燃烧室,在短时间内与空气充分混合,燃油的雾化质量 和空气的混合比决定了柴油机的功率,燃烧的效率和噪声。 

目前船用柴油机大量使用粘度 380cst(摄氏 50℃)重质燃油,并正在向使用粘度 500cst(摄氏 50℃)重质燃油过渡。 

因此高压油泵的工作环境越来越恶劣,对高压油泵的细心管理和正确维护就显得越来越重要了。 

高压油泵能可靠的工作取决于柱塞和导套的配合间隙,通常柱塞和导套这一偶件间的径向间隙只有几微米,间隙过大,就会导致燃油的过量泄漏。

造成柴油机发火燃烧不正常, 甚至引发起动困难。

案例一

WCB 轮为巴拿马型散装船,主机型号为MITSUBISHI UEC45LA,最高转速158 转/min,指示功率 5,295kw,主机总运行时间有63,800 多小时,高压油泵也有 20,000 多小时没做检修保养。

当船抵达美国波特兰港前,主机减速进行试验时,结果发现各缸排气温度差别很大, 转速波动明显。

主机停车,船速降下后,再次启动主机,可是在集控室操纵难以启动,紧急转换到机旁操车,并加大油门才能启动,维持机旁操纵,直到抛好锚。

在机动用车期间,通过检查确认有两个缸的高压油管脉冲变弱明显;

高压油泵本体底部观察孔处泄漏量增多。

为什么所有的高压油泵柱塞和导套磨损会如此快?

分析判断很可能与在美国旧金山港加装的 650吨(380cst 在摄氏50℃)燃油有关(后据化验室光谱分析,认为该种燃油的光谱特性曲线不是燃油,很像是液压油成分),含有大量液压油的燃油,加热到 130℃左右时,润滑性能很差,所以连续使用该燃油才不足二十天,就造成了高压油泵的柱塞和导套偶件不同程度的快速磨损。

解体高压油泵发现柱塞表面大部分已变成黑色(正常应为光亮),径向间隙也超过极限值。

不得不将所有的高压油泵柱塞偶件换新,换新后虽然启动困难的故障解决了,但是主机在低速运行时,转速波动依然较大。

这个问题持续了半年多。 

我们查阅了检修高压油泵的所有记录,校正了各缸高压油泵的供油定时,核准油门齿条刻度大小,又将各缸的喷油器拆下泵压试验、检查等等,可问题仍然存在。

最后决定对高压油泵的密封情况再次全面检查,结果发现在未关闭高压油泵进回油阀时,拆下高压油管有大量的燃油溢出,这就表明高压油泵出油阀不能密封而导致泄漏。

因为在主机停车时,高压油泵柱塞不动作,泵腔内压力下降,出油阀在弹簧压力作用下应能自行关闭,状况良好的出油阀不会泄漏。

该高压油泵出油阀的阀芯与阀座为锥面密封,关闭密封是靠阀体顶部的弹簧作用,由于长期运行,反复撞击,在阀芯的锥形表 面上磨出了糟痕,这就造成了高压油泵内漏。

尤其是低速时内漏更甚,供油量不同,各缸负荷输出不均,转速波动大,各缸排气温度差别也大。

更换了四个缸的出油阀或弹簧后, 主机运行正常了。

所以在日常管理中,仔细观察高压油泵的性能变化,就能够发现其引发故障的征兆:

(1)高压油泵效率的变化:

性能好的高压油泵,一般单缸齿条调整1~2 格,气缸内的爆炸压力、排气温度都会明显变化。

否则就应考虑高压油泵的柱塞、导套是否磨损,出油阀是否泄漏。 

(2)从操纵台总油门操纵手柄刻度处观察在相同的转速下,油门刻度大小的变化,考虑到高压油泵供油量的不同,从而掌握高压油泵的工作效率。 

(3)从高压油泵本体底部观察孔(管)可观察漏油量的变化,进一步判断高压油泵柱塞偶件的密封状况。 

(4)低速运行时,更能检验柴油机的工作效率,在低速运行时测量和记录各缸参数的变化,若内漏,爆炸压力降低,而压缩压力不变。 

(5)在柴油机运行时,手摸高压油管感到脉冲较弱,说明内漏严重。 

(6)在柴油机运行时,高压油泵体发热,可听到泵内部噪声偏大,说明内漏严重。 

(7)在吊缸时会发现活塞顶、气缸套上部燃烧室处结碳严重,在排除喷油器的原因外,说明内漏严重,影响了燃油的雾化。

对 MAN-B&W MC、MCE、MCS 等机型的高压油泵进油阀为锥形密封设计,进油阀阀壳内置一个自动滑阀,随着泵内油压升高开启,当压力下降时在弹簧作用下关闭、密封, 但是长期的往复动作就会使得滑阀与阀座间磨损,滑阀的动作行程变大(行程极限值一般要求在 0.5mm 左右),间隙过 大必须换新。

如 MAN-B&W MC 机型,把进油阀和泄通阀 (puncture valve)组合在了一起,当主机要求停车时,泄通阀在安全空气的作用下,向下推压小活塞使进油阀打开,高压油泵内的柱塞虽然上下动作,但高压油泵内油压达不到喷油器的启阀压力,其旁通作用而不把燃油喷入气缸,起到及时停车的作用。

然而由于泄通阀不是经常动作,再加上燃油的粘性作用,经常会出现泄通阀内小活塞卡滞,造成打不开或关不严的现象。

所以必须在停车状态下关闭安全空气,拆下上部端盖使用专用丝杆旋进上下活络,或定期拆出用煤油清洗干净,并检查各道密封圈状况。

再者进油阀阀头(valve  spindle)与阀座的长期磨损也会造成进油阀阀头上部与泄油 阀内柱塞始终接触,致使泄放阀一直打开,燃油就不能通过喷油器喷入气缸。

所以阀头上部与柱塞间必须留有间隙值(大于0.1mm),若小于极限值就必须换新。

案例二

OCEAN C 轮主机型号为MAN-B&W  6L50MC,在机动运行时一直有单缸经常会不发火,那时手摸高压油管无脉动,该缸排气温度很低(相比正常的工作缸), 显示该高压油泵没有喷油。

拆检高压油泵上部的泄放阀,泄油阀工作正常,当转速增加时,该缸高压油管又有脉动,该缸排气温度也上升。

多次拆检,此故障依然存在,给船舶的安全运行带来隐患。

为此我们将高压油泵彻底解体,从原来曾未更换的部件逐一检查,测量、比较。

最终判断问题就是吸油阀的故障,从外观上看吸油阀的阀头和阀座接触面、弹簧虽然完好,没有损坏现象,但比较吸油阀的弹簧,发现该吸油阀的弹簧比新的吸油阀的弹簧软,根据该吸油阀的工作原理,当高压油泵的柱塞上行时产生油压和弹簧的张力使吸油阀关闭,燃油通过泄油阀、高压油管、喷油器喷入汽缸。 

而当吸油阀的弹簧张力不足时,高压油泵柱塞上行时,吸油阀不能关闭,燃油又通过吸油阀回到高压油泵的进油管,燃油不能产生高压克服喷油器的启阀压力喷入汽缸,也就引起单缸经常会不发火。

依据上述情况,我们又逐个拆检了高压油泵吸油阀,更换了不良的吸油阀内的弹簧,主机终于恢复了正常运行。

因此对于此类型的高压油泵的柱塞和导套偶件、泄油阀和进油阀整体件应定期拆检和清洗,确保高压油泵的正常工作。 

关于回油阀式的高压油泵结构就更复杂,管理上应有更高的要求。

如某轮主机为 SULZER RTA68 型,高压油泵为回油阀始终点调节式,当总运行时间为 40,000 多小时,就发现主机低速运行时工况变差,在对高压油泵进行检查调整时,发现个别缸出油阀(delivery valve)和泄油阀(spill  valve)有异常;

阀座和阀承压面上有磨损;

阀座周向颈环上和阀座表面有腐蚀麻点;

上部压力套有松动。

于是将所有磨损件换新并重新调整,原来进出港主机低速运行时,该缸排气温度较低,各缸温差大,转速波动的问题排除了。

又测取示功图与检修前的参数做进一步的比较分析,发现爆炸压力升高了,发火点也稍有变化,主机工况大大好转。

为了避免上述故障的发生,在日常管理工作中应做好以下几个方面:

(1)定期检查部件,根据不同类型的高压油泵的检修周期(厂家推荐的),应逐步实施检修,对老旧船的柴油机应适当缩短检查间隔(8,000h 为宜)。

(2)保持适当的燃油进机压力、温度和一定的回油背压。 

(3)加强燃油净化分离,减少燃油中磨料性金属和水分,以免造成穴蚀。 

(4)对高压油泵齿条和齿圈需润滑油连续注油润滑的,要调整适当的滑油量,不能断油。 

(5)换用轻油时要触摸高压油泵泵体,检查温度的变化;尤其在低速时倾听声音。

(6)应特别注意高压油泵内部运动部件的磨合状况,对柴油机停车时间较长,启动前要盘车,使高压油泵内和其驱动装置运动部件全面润滑。 

(7)尤其是机动状态时仍使用重油的主机(不进行轻重油转换操作),在停车时应保持燃油增压泵和循环油泵在适宜的压力下运转,手摸高压油泵泵体是否足够热,以便了解泵内各阀件状态和燃油循环状况。 

(8)保持燃油管路和泵体有良好的伴热,有效的保温隔热材料包裹,以及避免通风口直吹造成油温下降。 

(9)对检修后的高压油泵要手动泵压充油驱气,否则在缺油状况下短时间的运行就会使高压油泵干磨报废。 

(10)对装有VIT 可变定时机构的高压油泵,VIT 机构有总调和单调两种方式,通过单缸调节以保持在负荷变化时,各缸适当的爆炸压力;

经常清洗VIT 齿条,防止因柱塞与导套间的漏油造成卡滞,从而使VIT 机构失去作用。

(11)高压油泵的缓冲器经常会因SEAL-RING 磨损而漏油,在检查中发现检漏孔(管)有油漏出,就要及时拆检更换 SEAL-RING。 

(12)高压油泵上、下部的检漏孔(管)有油漏出时,说明高压油泵内套筒上的O型圈已损坏也要及时更换。 

总之,在平时的管理中我们要多检查,尽早发现、及时处理问题,做到用心、细心、尽心。

使高压油泵在最佳状态下工作,才能确保柴油机的正常运行。

本文原创作者系:

青岛远洋运输有限公司    任宝坤

END

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