发电柴油机飞轮端甩油故障分析及处理
2022-12-31冯伟 孙晓磊
(大连海事大学)
导读
针对某实船发电柴油机飞轮端甩油故障现象,对故障原因和故障处理措施进行了分析,Z终确定滑油透气管的液柱导致故障产生。
针对故障原因,阐述了故障预防及改造措施,一方面为轮机管理人员在轮机管理过程中提供参考建议,另一方面为设备设计和建造过程中提供改进措施。
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2bar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Z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。
(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,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。
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?
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。
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。
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。
来源:《中国水运》