某轮主机,型号IHISULZER 7RTA76,7缸,额定转速85 r/min,额定功率17 173 kW。
该主机排气阀,由凸轮推动的液压驱动泵和阀杆顶端的液压缸驱动开启,凸轮与液压驱动泵柱塞间有顶升机构如图1。
图中,1是凸轮轴,2是凸轮,3是滚轮,4是顶杆,5是液压驱动泵衬套,6是液压驱动泵活塞,上方引出点划线去排气阀顶部的液压缸,7是滚轮导筒,8是滚轮导块,顶杆两侧的虚线是弹簧。
1.故障现象
主机累计运行大约35 800小时后,No.1~7缸排气阀液压驱动泵顶升机构的滚轮、销和布司陆续陆续开始损坏,船员找不到原因,更换备件和提高润滑油压力,但顶升机构仍损坏不断,以致不到一个月损坏9次,请求岸基支持。
公司派员现场调查。
(1)查看换下来的滚轮组件,见:
凸轮,表面拉毛,并有金属剥落。
滚轮,与凸轮接触面磨损量5~7 mm,最严重的超过10 mm,见图2。
滚轮销,严重拉毛。
滚轮布司,内侧与滚轮销咬死,外侧磨损严重。
(2)检查各缸从滚轮导套与滚轮导块之间流出的滑油量,不论盘车还是主机转速30 r/min航行打开凸轮轴箱手孔门检查,都是No.1、No.3、No.5、No.6、No.7等5缸较大,No.2和No.4两缸较少。
2.原因分析
可以肯定,损坏原因是润滑不良。
顶升机构滑润油,来自主机十字头滑油总管,经直径10 mm的节流板降压至0.7 MPa(船上轮机长就是扩大节流板孔径提高滑油压力的),经顶升机构滑油总管和滤器,分成7个支路到每个缸的顶升机构。
通到每个缸滚轮导筒的滑油:
①经滚轮导筒上的前后两只孔,润滑滚轮导筒和滚轮导块。
②从滚轮导块前后两只上下方向的长方形槽(槽内分别有孔与滚轮销座上的孔相通),到滚轮销座。
③从滚轮销座经滚轮销上的孔到滚轮销中心孔。
④从滚轮销中心孔,经滚轮销上的小孔到滚轮布司内侧润滑滚轮布司与滚轮销;再经滚轮布司上的小孔到滚轮布司外侧润滑滚轮布司与滚轮。滚轮布司,相对滚轮和滚轮销都有间隙。
润滑不良的可能原因,一是滑油压力不足,二是滑油流量不足。
滑油压力,船上轮机长已从原来的0.7 MPa分级次提高到0.9 MPa,应该足够了,但未消除故障。
滑油流量不足,可能流道不畅,或中途漏泄过多。
鉴于前面检查所见 从滚轮导筒与滚轮导块之间流出的滑油量,不论盘车还是主机转速30 r/min航行打开凸轮轴箱手孔门检查,都是No.1、No.3、No.5、No.6、No.7等5缸较大,No.2和No.4两缸较少 ,利用锚泊机会,拆检No.1、No.3、No.5、No.6、No.7等5个缸的排气阀液压驱动油泵及其顶升机构组件,进一步检查滑油流道和中途漏泄。
(1)滑油流道
从前面介绍的顶升机构润滑可知,从主机十字头滑油总管来的滑油分成7个支路到每个缸的顶升机构后,首先经滚轮导筒上的前后两只孔,润滑滚轮导筒和滚轮导块。
而滚轮导块与滚轮导筒,通过滚轮导块上的定位槽和滚轮导套上的定位销配合定位。若滚轮导块定位槽或滚轮导筒超常磨损,二者之间的间隙过大,引起滚轮导块在滚轮导筒转动偏移,则滚轮导筒上的油孔不能始终对准滚轮导块上的油孔,滑油不能 经滚轮导筒上的前后两只孔,到滚轮导块 ,则滚轮、滚轮销、滚轮布司等就可能因滑油流量减少而加剧磨损。
检查测量各缸滚轮导块定位槽与定位销,磨损痕迹正常,二者之间的间隙2.0~2.5 mm,未超过允许值。
(2)中途泄漏
前面介绍过,顶升机构的滑油,首先经滚轮导筒上的前后两只孔,润滑滚轮导筒和滚轮导块。若滚轮导块与滚轮导筒过度磨损,间隙超过极限值,滑油流失过多,就可能导致滚轮布司内侧和外侧润滑不良。
测量各缸滚轮导块与滚轮导筒之间的间隙均低于极限值(b1+b2=0.50)。
(3)意外发现
从液压驱动活塞下部的磨损痕迹看,No.1、No.3、No.5、No.6、No.7等5个缸液压驱动泵活塞在油缸内运动时始终有一个倾斜角,说明它与顶杆粘著(咬死,检修时用千斤顶才把二者拆开),而且二者的中心线不重合也不平行。
3.故障机理
驱动泵活塞与顶杆粘著且二者中心线不重合也不平行,顶杆上下运动时总向同一个方向倾斜,导致:
①滚轮导块运动时总向同一个方向倾斜,与滚轮导筒贴合不良,间隙和磨损不均匀,滑油流失过多。前述检查所见的 从滚轮导套与滚轮导块之间流出的滑油量,不论盘车还是主机转速30 r/min航行打开凸轮轴箱手孔门检查,都是No.1、No.3、No.5、No.6、No.7等5缸较大而No.2和No.4两缸较少 就是明证。
②到达滚轮销中心孔滑油减少且压力降低。
③滚轮布司内侧和外侧滑油减少和压力降低,滚轮布司内侧与滚轮销咬死:
当滚轮与凸轮摩擦阻力小于滚轮内孔与布司之间咬着力时,滚轮与凸轮由滚动摩擦变成滑动摩擦,发热粘著而剥落表面金属。
当滚轮与凸轮摩擦阻力大于滚轮内孔与布司之间咬着力时,滚轮转过一个角度。
待滚轮与凸轮摩擦阻力再度小于滚轮内孔与布司之间咬着力,滚轮内孔又与布司咬死,滚轮与凸轮又形成变成滑动摩擦而发热粘著和剥落表面金属。
不断如此重复,导致滚轮导块、滚轮导筒、滚轮销、滚轮布司、滚轮、凸轮等异常磨损。
4.故障的根本原因
驱动泵活塞与顶杆粘著的原因很多。对于设计良好的顶升机构,主要是保养不当。
驱动泵活塞与顶杆之间,间隙很小,相对运动小,温度较高,没有强制润滑,若不按适当的间隔期拆检、清洁,可能因锈蚀而咬死。
该轮的这一系列故障的根本原因,就是长期未拆检、清洁顶升机构和驱动排气阀的油泵。而No.2缸和No.4缸没有发生类似故障,则是因为曾分别在2005年10月和2008年4月换新了整套顶升机构以及驱动泵的活塞和顶杆。
5.处置
(1)防范措施
按适当间隔期拆检、清洁顶升机构和驱动排气阀的油泵。
鉴于主机说明书没有明确规定拆检周期,建议三年左右拆检一次。组装时,液压驱动泵活塞与顶杆之间涂上牛油以减少生锈咬死的机率。
(2)临时处理
可扩大主机十字头滑油总管通向顶升机构滑油总管的节流板孔径,提高顶升机构滑油压力和流量,但须防止十字头轴承滑油不足。
(3)修理
驱动活塞和顶杆,除锈,抛光清除粘著痕迹;
滚轮和滚轮布司,换新,滚轮销,抛光或换新;
凸轮,工作面抛光,等。
检修后装复,试车正常,至今航行超过6 000小时,排气阀顶升机构尚无故障。