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軸承知識

發電柴油機飛輪端甩油故障分析及處理

2022-12-31

馮偉 孫曉磊

(大連海事大學) 

導讀

針對某實船發電柴油機飛輪端甩油故障現象,對故障原因和故障處理措施進行了分析,最終確定滑油透氣管的液柱導致故障產生。

針對故障原因,闡述了故障預防及改造措施,一方面為輪機管理人員在輪機管理過程中提供參考建議,另一方面為設備設計和建造過程中提供改進措施。

一、故障描述

某輪于2008年投入營運,配置3臺Auxpac520W4L20發電柴油機。

2016年1月17日,NO.2 發電柴油機出現故障:飛輪端有油液甩出。

發現飛輪端甩油后,對NO.2 號發電柴油機進行停機處理,并進行清潔和故障排查工作,并確認甩出的油為滑油,此時啟動備用發電機供系統正常運轉。 

在停機狀態下,對飛輪及與其相關的部件、管路進行清潔,由于只有預潤滑泵運轉,滑油壓力僅維持在2bar左右,壓力較低,經過1天的觀察,未發現任何泄漏。

于是改變策略,啟動NO.2號發電柴油機進行運行檢查,在運行狀態下,機帶滑油泵運轉,滑油壓力上升至 5.5 bar 左右,在持續運行 3h 內,滑油管路及其接頭均干燥,仍未發現滑油泄漏;在運行3h 之后,發電柴油機開始出現甩油現象。

由于飛輪處位置狹窄、光線不足,并且油滴四處飛濺導致飛輪附近的設備及管路均有油跡,肉眼無法判斷滑油的泄漏位置;

在繼續運行2h后,甩出的滑油量具有減小的趨勢。

在啟動運行的5h時間內,油底殼中的油量沒有明顯減少。

此時為保障設備的安全,再次啟用備用發電柴油機,并再次對NO.2 發電柴油機進行停機處理并清潔。

二、故障原因分析

1.管路泄漏,滴落在飛輪附近,由飛輪或者飛輪轉動所帶動的空氣打散并甩出。

如果滑油管路泄漏,在運行初期就會出現甩油現象,并且在甩油發生前,在滑油管路或接頭處會有較為明顯的油滴滴落。

以上推論與實際現象不符,可以排除滑油管路泄漏的可能。 

2.油底殼內的滑油由曲軸輸出端的軸封甩出 

(1)正常情況下,曲軸及連桿大端回轉的最低點比油底殼滑油液面高5-10cm,如圖1中距離d 所示,此設計目的是防止曲軸及連桿大端拍擊和攪拌滑油。

發生故障時,NO.2 發電柴油機油底殼液位為17cm,在說明書所要求的范圍內 (7~19cm)。

所以,可以排除油底殼內滑油直接由曲軸輸出 端軸封泄漏的可能。

(2)排除滑油直接泄露的故障原因之后,對曲軸箱內充滿的高溫滑油油氣進行分析。

高溫滑油油氣的產生原因主要包括以下三個方面: 

①高溫產生油氣 

②飛濺產生油氣 

③冷卻活塞的滑油和潤滑連桿小端、凸輪軸、搖臂等部件的滑油落回油底殼內,也會形成油氣。 

在曲軸輸出端軸封處,滑油以兩種形態存在:高溫滑油油氣和飛濺的液態滑油。

該型號發電柴油機曲軸輸出端采用V-ring 密封,如圖2所示。

正常情況下,V-ring 可以阻擋高溫滑油油氣泄漏,并且軸封安裝有泄放管,會將V-ring 處的液態滑油泄放至油底殼。

但是在一定狀況下,滑油依然會由曲軸輸出端軸封泄漏,原因主要包括: 

①軸封泄放管阻塞。

如果軸封的泄放管阻塞,V-ring 處的液態滑油無法泄放,于是液態滑油無法回流至油底殼,此時曲軸箱內處于正壓,液態滑油在壓力作用下由 V-ring 處泄漏。

然而在柴油機啟動后,曲軸箱內便處于正壓狀態,V-ring 處便有飛濺的滑油,如果泄放管堵塞,在柴油機啟動初期就會出現甩油現象。

以上推論與實際現象不符,證明推論不正確。

②V-ring 損壞。

如果 V-ring 損壞,高溫滑油油氣以及飛濺的液態滑油由軸封處泄漏,導致甩油現象。

但是 V-ring 損壞,在運行初期就會出現甩油現象,且甩出滑油的量會較大,油底殼液位會明顯降低。

以上推論實際現象不符,所以 V-ring 損壞的可能較小。并且該型號發電柴油機軸封的拆檢較為復雜,檢查 V-ring 的難度較大。

③曲軸箱壓力過高。

曲軸箱不斷產生高溫油氣,因此,柴油機正常運行期間,曲軸箱內的壓力略高于大氣壓。

為防止曲軸箱壓力過高,柴油機配有滑油透氣系統?

在正常壓力下,V-ring 可以有效的密封滑油油氣以及液態滑油,然而當曲軸箱壓力過高,高溫滑油油氣以及液態滑油在高壓差的 驅動下,通過曲軸輸出端軸封的V-ring泄漏。

高溫滑油油氣由曲軸輸出端軸封處泄漏后,隨飛輪高速運動,當油氣遇到較冷的設備表面時冷卻為滑油,出現“甩油”現象。 

活塞環串氣、活塞頭裂縫、透氣管堵塞均會導致曲軸箱壓力過高。

而壓力的建立是需要時間的,因此,在運行初期,曲軸箱內壓力低,不會發生甩油,而當曲軸箱內壓力足夠高時,高溫滑油油氣通過V-ring 泄漏,導致連續甩油,甩出滑油的量較小,油底殼液位不會有明顯變化。

以上推論與實際現象相符,所以,該原因的可能性較大。

該船沒有配備測量發電柴油機壓縮壓力的工具,活塞環串氣或活塞頭裂縫排查的難度較大。

滑油透氣管路的排查難度較小。

根據以上分析,將原因分析結果總結如下,如表1所示。

三、故障處理

根據以上分析,綜合故障因素的可能性和排查難度,決定首先對滑油透氣管路進行檢查。 

再次啟動 NO.2 發電柴油機,沿滑油透氣管自下而上的拆卸法蘭,透氣管內徑約 76mm,其中下沉管段長度約6米,容積約 27L。

逐一檢查透氣情況,在拆卸一段下沉管段的法蘭時,有大量滑油流出,放出約30L滑油,并且滑油透氣管內形成了“液栓”。

透氣管疏通后,NO.2 發電柴油機甩油現象消失。 

6個月后,對 NO.2 發電柴油機進行吊缸,對部件進行檢查并發現缸套及活塞環的磨損量均在要求范圍內;活塞頭未發現裂縫。

因此,排除活塞環串氣或活塞頭裂縫的可能,進一步確認,飛輪端甩油故障是由滑油透氣管“液栓”所導致。

四、預防及改造措施

1.液栓的形成機理及預防

高溫滑油油氣冷卻后變為液態滑油,液態滑油聚集在透氣管路的下沉管段,形成“液栓”。 

預防“液栓”的形成主要是將冷凝的液態滑油泄放掉, 防止液態滑油在管路中聚集。

在設備的設計和建造時,可以采取以下兩方面改進措施: 

(1)選擇合適的透氣漏斗并正確安裝;

(2)透氣管路沿油氣流動方向上傾斜布置,以便液態滑油泄放。

2.滑油透氣管路改造

根據以上分析,提出滑油透氣管路改造的3種方法: 

(1)改進透氣漏斗,提高阻液效果,減小后續透氣管路滑油冷凝量; 

(2)透氣管管路改造,對水平和具有下傾角的管路進行改造,以確保液態滑油泄放至污滑油艙; 

(3)在具有下傾角的管段安裝泄放閥,定期泄放透氣管內滑油。 

結合實船情況,我們采取第3種改造方法,在下沉管段處焊接泄放閥,以方便定期進行泄放。

來源:《中國水運》

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