新聞主題	康明斯柴油發(fā)電機潤滑系統(tǒng)的檢查

 

摘要：柴油發(fā)電機經(jīng)長期運行后，其潤滑系統(tǒng)的各零部件由于磨損或蝕損、堵塞等就會產(chǎn)生故障。其中機油泵是潤滑系統(tǒng)中最主要的部件，例如機油泵零件磨損就會使機油泵的出油量和出油壓力降低；機油泵各密封面、閥門等處蝕損、變形、彈簧的彈力減弱、油管破裂、凹癟及油管接頭損壞就會造成漏油；因此，應定期對潤滑系統(tǒng)進行檢查和性能試驗，目的是測量機油泵泵出流量隨著轉(zhuǎn)速（n）、油壓（PD）和油溫（Toil）變化而變化的關系，并評估機油泵是否有氣蝕和分析泄壓閥特性，以便查處柴油機機油泵的功能隱患。

 

一、機油泵結(jié)構(gòu)和原理

 

      機油泵的作用是將油底殼里的機油壓送到濾清器，并使機油經(jīng)過濾清器后仍能可靠地輸送到各個潤滑油道和各運動件的摩擦表面。目前，柴油機上采用的機油泵有齒輪式和轉(zhuǎn)子式兩種。本文以齒輪式機油泵為例，其外形和結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

1、齒輪式機油泵的結(jié)構(gòu)

      齒輪式機油泵主要由主動齒輪、從動齒輪、泵體、機油泵蓋、從動軸、主動軸推力軸承和傳動齒輪等零件組成。主動軸經(jīng)半圓鍵安裝在主動軸承上，主動軸承固定在泵體與機油泵的前蓋上。從動齒輪經(jīng)從動軸安裝在泵體內(nèi)。泵體與泵蓋之間的配合由兩個定位銷定位，在兩者之間裝有墊片并可通過改變厚度的方法來調(diào)整齒輪端面的間隙。

      若間隙過大，會導致機油壓力降低；反之，若間隙過小，則會導致機油泵轉(zhuǎn)動時摩擦阻力增大，加速齒輪的磨損，。在正常情況下，泵體與泵蓋之間的間隙應在0.05～0.115mm之間。傳動齒輪通過半圓鍵和螺母固定在主動軸的前端，主動軸的后端安裝有鋼絲擋圈，以防止主動軸脫落。傳動齒輪與泵蓋之間裝有推力軸承。

2、齒輪式機油泵的工作原理

      當柴油機運轉(zhuǎn)時，曲軸齒輪通過中間齒輪帶動機油泵傳動齒輪旋轉(zhuǎn)，機油泵內(nèi)部安裝的主動齒輪隨主動軸轉(zhuǎn)動，同時帶動從動齒輪向反方向轉(zhuǎn)動。主動齒輪與從動齒輪的齒牙嚙合，把泵體內(nèi)部隔成兩個獨立的密封空間。隨著齒輪的高速轉(zhuǎn)動，輪齒間的機油被帶到壓油腔處，使壓油腔處的機油不斷增多，壓力升高并從出油口壓送出去。吸油腔內(nèi)的機油被帶走，產(chǎn)生局部真空，油底殼內(nèi)的機油便不斷地被吸入補充到吸油腔中。機油泵的輸油壓力一般由機油濾清器上的限壓閥控制，若機油壓力過高，則限壓閥打開，使機油直接流入油底殼內(nèi)，以防止油路中的壓力過高和機油泵出現(xiàn)故障。 

 

圖1  機油泵等測模型圖

圖2  齒輪式機油泵結(jié)構(gòu)示意圖

 

二、機油泵的檢查

 

      柴油發(fā)電機潤滑系統(tǒng)的檢查的要點和程序即用目視、聽覺和手摸等簡單的方法進行外觀檢查檢，查時既要檢查局部也要注意設備整體。在檢查中發(fā)現(xiàn)的異常情況，對妨礙潤滑系統(tǒng)繼續(xù)工作的應作應急處理；對其他的則應仔細觀察并記錄，到定期維護時予以解決。潤滑系統(tǒng)的異常現(xiàn)象和故障，應在泵的起動前后和停機前的時刻檢查，這時檢查最容易發(fā)現(xiàn)問題。在起動時潤滑設備的操作必須十分注意，特別在冬天的寒冷地區(qū)等低溫狀態(tài)起動和長期停機后起動更要密切注意。

1、檢查主動、被動齒輪的齒隙  

      機油泵主、被動齒輪的正常配合間隙為（0.15～0.35）mm，極限值為0·75mm。檢查時將泵體上的泵蓋螺栓卸下，取下泵蓋，用厚薄規(guī)在主、被動齒輪相隔120°的三個嚙合點上測量其間隙，若超過上述規(guī)定的間隙值，應更換主、被動齒輪。若主過上述規(guī)定的間隙值，應更換主被動齒輪。若主動和被動齒輪的齒面如有毛刺，應用油石磨光。

2、檢查齒輪端面與泵蓋的間隙  

      機油泵解體后，用直尺和塞尺檢查齒輪或轉(zhuǎn)子端面到泵蓋端面的間隙，如圖3所示。在不解體時，可測泵軸的軸向移動量獲得此間隙，此間隙不得超過0.12mm。若間隔超過規(guī)定值，可用減少墊片的方法來調(diào)整。

3、檢查齒輪頂面與泵殼之間的間隙 

       用厚薄規(guī)插入齒輪頂面與泵殼之間進行測量檢查，如圖4所示。正常間隙為0.075mm，若超過0.1mm應更換新配件。

4、檢查限壓閥裝置  

      主要檢查它的彈簧是否過軟，鋼球是否有磨損、失圓或麻點過多等，否則應予更換。

5、機油泵的裝配與試驗  

      裝配時先在泵軸上涂以機油，將主動齒輪裝在泵軸上，然后，裝入被動齒輪。裝好后，主、被動齒輪應能靈活嚙合旋轉(zhuǎn)。調(diào)整好泵蓋與主、被動齒輪端面的間隙，并注意墊片的厚度，使間隙不超過規(guī)定值。最后將傳動齒輪裝在軸上，插入定位銷，再固緊螺絲。

      裝配后的機油泵應進行檢查和試驗，其試驗方法：將機油泵的進出油孔都浸入機油中，待灌滿機油后，用手指堵住出油口，另一只手按正常工作方向轉(zhuǎn)動齒輪，當手指感到有很大壓力堵不住時，表示機油泵裝瓦良好。然后，進行裝機試調(diào)壓力。當柴油發(fā)電機啟動后在額定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)時，觀察機油壓力表的油壓是否符合該機的規(guī)定值。如油壓過高或過低均應調(diào)整油壓調(diào)整裝置，使油壓達到正常為止。

圖3  機油泵外轉(zhuǎn)子與泵體間隙

圖4  機油泵齒頂間隙檢查

 

三、機油泵性能試驗

 

1、試驗準備

（1）試驗前測量相關的機油泵部件，零件測量參數(shù)：轉(zhuǎn)子外徑、轉(zhuǎn)子厚度、機油泵轉(zhuǎn)子腔內(nèi)徑、軸承銷直徑、襯套直徑、泄壓閥尺寸（柱塞直徑、套桶直徑和自由長度）；總成測量參數(shù)：端面間隙、轉(zhuǎn)子與齒輪腔徑向間隙、泄壓閥彈簧安裝長度。

（2）必須考慮產(chǎn)品公差的影響。如果需要，可以采用中等間隙的或特定間隙的機油泵樣品。為了估計最嚴重的機油泵內(nèi)部泄漏（例如：怠速低壓）而需要采用最大間隙機油泵。

（3）試驗用油必須是柴油機要用的機油或適合原柴油機的機油，可以考慮采用柴油機運行后的機油（例如在磨合后的柴油機中再加入后運行50到100小時的機油）。

（4）因為本試驗不考慮機油泵的耐久性，機油泵不需要鏈條，皮帶或齒輪驅(qū)動系統(tǒng)而直接驅(qū)動。所以必須算出曲軸和機油泵之間的速比。

（5）最好采用原柴油機的機油收集系統(tǒng)從儲油罐中抽機油。如果沒有可能，試驗臺的機油收集系統(tǒng)盡可能接近的模擬原柴油機的部件。根據(jù)最少裝油量的柴油機原狀態(tài)來確定機油泵與儲油罐中機油液面之間的距離。

（6）根據(jù)機油泵試驗原理框圖（如圖5所示）和壓力分布曲線（如圖6所示），并按照以下步驟進行試驗。

2、測量方法

（1）機油泵流量和壓力關系（速度特性）

      從柴油機轉(zhuǎn)速500rpm開始到柴油機最大轉(zhuǎn)速n_max每隔500rpm測量一組機油泵壓力、流量關系。柴油機的額定轉(zhuǎn)速（n_rated）和50%的額定轉(zhuǎn)速也應包括進測量轉(zhuǎn)速點內(nèi)。

      柴油機轉(zhuǎn)速：

n_Egine[rpm]=500，1000，1500，……50%的n_rated，……n_rated，n_max

      油泵出油壓力從P_min到P_max以1bar為間隔進行變化調(diào)節(jié)。

PD=P_min，1bar，2bar，3bar，……P_max

       最小出油壓力P_min可由變流量控制閥全開的最低壓力得到，如果主管工程師沒有提出特別要求值，最大出油壓力P_max為6bar。

      機油泵流量和壓力關系要進行下面3種油溫的測量：

Toil=40，90，120（140）℃±2℃

      注意：最高溫度Toil=140℃，只能在不違反部件和機油的規(guī)定的情況下才能采用。

      在測試過程中進入機油收集器的機油溫度Toil穩(wěn)在規(guī)定的值。在每個規(guī)定的油溫和機油泵轉(zhuǎn)速下將機油泵出油壓力從P_min調(diào)整到P_max而完成一次測定。既在記錄了下面量的穩(wěn)定值之后再次通過變流量控制閥的逐步關閉而繼續(xù)得到新的穩(wěn)定值。

式中，T_oil——機油溫度；

n——油泵轉(zhuǎn)速；

Ps——吸油壓力；

PD——出油壓力；

Q——流量；

M——扭矩（如果測試機油泵效率）；

P_dyn——油泵出口動態(tài)壓力。

      通常從最低油溫開始測完所有轉(zhuǎn)速后再重新測下一油溫是效率比較高的。

（2）泄壓閥特性

       測試可以對內(nèi)部帶泄壓閥的機油泵的泄壓閥靜態(tài)特性進行評估。這樣要采用下面特定的試驗條件進行試驗：

      泄壓閥的作用限制了最大的輸出壓力。當PD≥泄壓閥開啟壓力，變流量控制閥應當以很小的幅度進行關閉（使Pd以0.10 bar為幅度增加）。當變流量控制閥完全關閉（100%閉鎖流量）或出油壓力達到一個很高的限定值時達到最高的流動阻力。

（3）體積效率和機油泵總效率

      按下面公式計算體積效率：

ηvolumetric=Q[m³/s]/Q_theory[m³/s]

      理論泵流量：

Q_theory[m³/s]=V_pump[m³]·n[rpm]/60[sec/min]

      V_pump[m³]根據(jù)機油泵的形狀進行計算，參照AVL標準過程按附錄A進行測量。

      為了計算機油泵的效率，驅(qū)動機油泵的機械功：

P_M=M[Nm]·π/30·n[rpm]

      與液體輸出動能之比：

P_H[W]=Q[m³/s]·PD[N/m²]

      總效率為下面的比值：

η=P_H/P_M

（4）壓力波動

      在機油泵高壓出油管路直接裝上一個合適的石英壓力傳感器用來監(jiān)測機油泵動態(tài)壓力的波動P_dyn。

注意：試驗臺的設計，特別是管路或油泵后空腔對機油泵壓力波動的測試影響較大。如果試驗臺沒模擬柴油機條件進行設計，機油泵動態(tài)壓力的波動的測量只能作為注意事項和不同機油泵設計的比較值。

      對帶內(nèi)部泄壓閥的機油泵必須按下面所述對變流量控制閥進行調(diào)節(jié)，以得到相應的機油泵出口壓力：

① 在額定轉(zhuǎn)速下將變流量控制閥打開到有30%的分路流量。

② 在額定轉(zhuǎn)速下將變流量控制閥打開到有70%的分路流量。

      分路流量百分比是測得的流量與泄壓閥不開啟的轉(zhuǎn)速下情況測得流量值直線擬合到坐標軸的流量值之比。

注意：①和②的測試（不能與體積效率和機油泵總效率綜合在一起進行），經(jīng)常減少到只測最高的油溫，因為相對最小的機油粘度對出口機油壓力波動的阻尼最小。

3、試驗結(jié)果的內(nèi)容

      報告必須包括：部件的清單、部件的測量結(jié)果、總成的測量結(jié)果、試驗設備的草圖及按下面作出試驗結(jié)果。

（1）機油泵流量

      畫出不同轉(zhuǎn)速和油溫下的流量壓力曲線，如果測量了驅(qū)動力矩，用類似的方法畫出機械功P_M曲線。

（2）泄壓閥特性

      按（1）的方法進行繪圖，但對不同的油溫分別進行繪曲線。

（3）穩(wěn)定出油壓力的速度圖

      對于每一個溫度用一幅圖繪出流量Q和吸油壓力Ps相對于轉(zhuǎn)速的曲線。將流量轉(zhuǎn)速曲線與線性變化相比較得到增量，負增量隨著轉(zhuǎn)速和溫度急劇增大說明機油泵有氣蝕，吸油壓力給出了另外的信息：如果出現(xiàn)氣蝕，吸油壓力在額定功率和90℃的油溫下將降到在0.05和0.15之內(nèi)，必須重新設計機油集濾器。

（4）機油泵容積效率

      按（3）規(guī)定有機油泵容積效率相對柴油機轉(zhuǎn)速的曲線，為在機油溫度Toil=120℃測試不同輸出壓力。

（5）機油泵效率

      對每一個機油溫度，見（4）規(guī)定，用一個不同轉(zhuǎn)速下的機械功、液體動能、機油泵容積效率和總效率的曲線圖來表示。

（6）壓力波動

      選用合適的比例來畫出機油壓力的波動情況（例如：RMS-value）。按4.5規(guī)定按溫度不同畫出壓力波動-轉(zhuǎn)速曲線。對于壓力波動大的高轉(zhuǎn)速畫出合適的一段時間范圍的壓力-時間曲線。如果有合適的軟件，繪出P_dyn的F_ourier因子與轉(zhuǎn)速、頻率的三維圖。

 

圖5  機油泵試驗原理框圖

圖6  柴油機機油泵壓力分布曲線圖

 

總結(jié)：

      機油泵是柴油機的重要組成部分，它能夠?qū)C油從油底殼吸入，并通過管路送至柴油機各部位，確保各部位良好潤滑，減少摩擦損失，延長柴油機使用壽命。然而，隨著柴油機使用時間的增加，機油泵內(nèi)部的零部件就會磨損、老化，導致機油泵流量不足、壓力降低、噪音變大等問題，甚至出現(xiàn)完全不能工作的情況。這時，就需要對機油泵進行檢查、修理或更換，以確保柴油發(fā)電機正常運行。

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