新聞主題	康明斯柴油發(fā)電機潤滑系統的檢查

 

摘要：柴油發(fā)電機經(jīng)長(cháng)期運行后，其潤滑系統的各零部件由于磨損或蝕損、堵塞等就會(huì )產(chǎn)生故障。其中機油泵是潤滑系統中最主要的部件，例如機油泵零件磨損就會(huì )使機油泵的出油量和出油壓力降低；機油泵各密封面、閥門(mén)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(huì )造成漏油；因此，應定期對潤滑系統進(jìn)行檢查和性能試驗，目的是測量機油泵泵出流量隨著(zhù)轉速（n）、油壓（PD）和油溫（Toil）變化而變化的關(guān)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、機油泵結構和原理

 

      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(guò)濾清器后仍能可靠地輸送到各個(gè)潤滑油道和各運動(dòng)件的摩擦表面。目前，柴油機上采用的機油泵有齒輪式和轉子式兩種。本文以齒輪式機油泵為例，其外形和結構如圖1、圖2所示。

1、齒輪式機油泵的結構

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

      若間隙過(guò)大，會(huì )導致機油壓力降低；反之，若間隙過(guò)小，則會(huì )導致機油泵轉動(dòng)時(shí)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(dòng)齒輪通過(guò)半圓鍵和螺母固定在主動(dòng)軸的前端，主動(dòng)軸的后端安裝有鋼絲擋圈，以防止主動(dòng)軸脫落。傳動(dòng)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

      當柴油機運轉時(shí)，曲軸齒輪通過(guò)中間齒輪帶動(dòng)機油泵傳動(dòng)齒輪旋轉，機油泵內部安裝的主動(dòng)齒輪隨主動(dòng)軸轉動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)從動(dòng)齒輪向反方向轉動(dòng)。主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪的齒牙嚙合，把泵體內部隔成兩個(gè)獨立的密封空間。隨著(zhù)齒輪的高速轉動(dòng)，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。吸油腔內的機油被帶走，產(chǎn)生局部真空，油底殼內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(guò)高，則限壓閥打開(kāi)，使機油直接流入油底殼內，以防止油路中的壓力過(guò)高和機油泵出現故障。 

 

圖1  機油泵等測模型圖

圖2  齒輪式機油泵結構示意圖

 

二、機油泵的檢查

 

      柴油發(fā)電機潤滑系統的檢查的要點(diǎn)和程序即用目視、聽(tīng)覺(jué)和手摸等簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行外觀(guān)檢查檢，查時(shí)既要檢查局部也要注意設備整體。在檢查中發(fā)現的異常情況，對妨礙潤滑系統繼續工作的應作應急處理；對其他的則應仔細觀(guān)察并記錄，到定期維護時(shí)予以解決。潤滑系統的異?，F象和故障，應在泵的起動(dòng)前后和停機前的時(shí)刻檢查，這時(shí)檢查最容易發(fā)現問(wèn)題。在起動(dòng)時(shí)潤滑設備的操作必須十分注意，特別在冬天的寒冷地區等低溫狀態(tài)起動(dòng)和長(cháng)期停機后起動(dòng)更要密切注意。

1、檢查主動(dòng)、被動(dòng)齒輪的齒隙  

      機油泵主、被動(dòng)齒輪的正常配合間隙為（0.15～0.35）mm，極限值為0·75mm。檢查時(shí)將泵體上的泵蓋螺栓卸下，取下泵蓋，用厚薄規在主、被動(dòng)齒輪相隔120°的三個(gè)嚙合點(diǎn)上測量其間隙，若超過(guò)上述規定的間隙值，應更換主、被動(dòng)齒輪。若主過(guò)上述規定的間隙值，應更換主被動(dòng)齒輪。若主動(dòng)和被動(dòng)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子端面到泵蓋端面的間隙，如圖3所示。在不解體時(shí)，可測泵軸的軸向移動(dòng)量獲得此間隙，此間隙不得超過(guò)0.12mm。若間隔超過(guò)規定值，可用減少墊片的方法來(lái)調整。

3、檢查齒輪頂面與泵殼之間的間隙 

       用厚薄規插入齒輪頂面與泵殼之間進(jìn)行測量檢查，如圖4所示。正常間隙為0.075mm，若超過(guò)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(guò)軟，鋼球是否有磨損、失圓或麻點(diǎn)過(guò)多等，否則應予更換。

5、機油泵的裝配與試驗  

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

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

圖3  機油泵外轉子與泵體間隙

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(guān)的機油泵部件，零件測量參數：轉子外徑、轉子厚度、機油泵轉子腔內徑、軸承銷(xiāo)直徑、襯套直徑、泄壓閥尺寸（柱塞直徑、套桶直徑和自由長(cháng)度）；總成測量參數：端面間隙、轉子與齒輪腔徑向間隙、泄壓閥彈簧安裝長(cháng)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(shí)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，皮帶或齒輪驅動(dòng)系統而直接驅動(dòng)。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從儲油罐中抽機油。如果沒(méi)有可能，試驗臺的機油收集系統盡可能接近的模擬原柴油機的部件。根據最少裝油量的柴油機原狀態(tài)來(lái)確定機油泵與儲油罐中機油液面之間的距離。

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

2、測量方法

（1）機油泵流量和壓力關(guān)系（速度特性）

      從柴油機轉速500rpm開(kāi)始到柴油機最大轉速n_max每隔500rpm測量一組機油泵壓力、流量關(guān)系。柴油機的額定轉速（n_rated）和50%的額定轉速也應包括進(jìn)測量轉速點(diǎn)內。

      柴油機轉速：

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(jìn)行變化調節。

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(kāi)的最低壓力得到，如果主管工程師沒(méi)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(guān)系要進(jìn)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定的情況下才能采用。

      在測試過(guò)程中進(jìn)入機油收集器的機油溫度Toil穩在規定的值。在每個(gè)規定的油溫和機油泵轉速下將機油泵出油壓力從P_min調整到P_max而完成一次測定。既在記錄了下面量的穩定值之后再次通過(guò)變流量控制閥的逐步關(guān)閉而繼續得到新的穩定值。

式中，T_oil——機油溫度；

n——油泵轉速；

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(dòng)態(tài)壓力。

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

（2）泄壓閥特性

       測試可以對內部帶泄壓閥的機油泵的泄壓閥靜態(tài)特性進(jìn)行評估。這樣要采用下面特定的試驗條件進(jìn)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(kāi)啟壓力，變流量控制閥應當以很小的幅度進(jìn)行關(guān)閉（使Pd以0.10 bar為幅度增加）。當變流量控制閥完全關(guān)閉（100%閉鎖流量）或出油壓力達到一個(gè)很高的限定值時(shí)達到最高的流動(dòng)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]根據機油泵的形狀進(jìn)行計算，參照AVL標準過(guò)程按附錄A進(jìn)行測量。

      為了計算機油泵的效率，驅動(dòng)機油泵的機械功：

P_M=M[Nm]·π/30·n[rpm]

      與液體輸出動(dòng)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(dòng)

      在機油泵高壓出油管路直接裝上一個(gè)合適的石英壓力傳感器用來(lái)監測機油泵動(dòng)態(tài)壓力的波動(dòng)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(dòng)的測試影響較大。如果試驗臺沒(méi)模擬柴油機條件進(jìn)行設計，機油泵動(dòng)態(tài)壓力的波動(dòng)的測量只能作為注意事項和不同機油泵設計的比較值。

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

① 在額定轉速下將變流量控制閥打開(kāi)到有30%的分路流量。

② 在額定轉速下將變流量控制閥打開(kāi)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(kāi)啟的轉速下情況測得流量值直線(xiàn)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(jìn)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(dòng)的阻尼最小。

3、試驗結果的內容

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

（1）機油泵流量

      畫(huà)出不同轉速和油溫下的流量壓力曲線(xiàn)，如果測量了驅動(dòng)力矩，用類(lèi)似的方法畫(huà)出機械功P_M曲線(xiàn)。

（2）泄壓閥特性

      按（1）的方法進(jìn)行繪圖，但對不同的油溫分別進(jìn)行繪曲線(xiàn)。

（3）穩定出油壓力的速度圖

      對于每一個(gè)溫度用一幅圖繪出流量Q和吸油壓力Ps相對于轉速的曲線(xiàn)。將流量轉速曲線(xiàn)與線(xiàn)性變化相比較得到增量，負增量隨著(zhù)轉速和溫度急劇增大說(shuō)明機油泵有氣蝕，吸油壓力給出了另外的信息：如果出現氣蝕，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，必須重新設計機油集濾器。

（4）機油泵容積效率

      按（3）規定有機油泵容積效率相對柴油機轉速的曲線(xiàn)，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(gè)機油溫度，見(jiàn)（4）規定，用一個(gè)不同轉速下的機械功、液體動(dòng)能、機油泵容積效率和總效率的曲線(xiàn)圖來(lái)表示。

（6）壓力波動(dòng)

      選用合適的比例來(lái)畫(huà)出機油壓力的波動(dòng)情況（例如：RMS-value）。按4.5規定按溫度不同畫(huà)出壓力波動(dòng)-轉速曲線(xiàn)。對于壓力波動(dòng)大的高轉速畫(huà)出合適的一段時(shí)間范圍的壓力-時(shí)間曲線(xiàn)。如果有合適的軟件，繪出P_dyn的F_ourier因子與轉速、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(xiàn)圖

 

總結：

      機油泵是柴油機的重要組成部分，它能夠將機油從油底殼吸入，并通過(guò)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(cháng)柴油機使用壽命。然而，隨著(zhù)柴油機使用時(shí)間的增加，機油泵內部的零部件就會(huì )磨損、老化，導致機油泵流量不足、壓力降低、噪音變大等問(wèn)題，甚至出現完全不能工作的情況。這時(shí)，就需要對機油泵進(jìn)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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