新聞主題	康明斯柴油發電機潤滑系統的檢查

 

摘要：柴油發電機經長期運行后，其潤滑系統的各零部件由于磨損或蝕損、堵塞等就會產生故障。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，應定期對潤滑系統進行檢查和性能試驗，目的是測量機油泵泵出流量隨著轉速（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。從動齒輪經從動軸安裝在泵體內。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

      當柴油機運轉時，曲軸齒輪通過中間齒輪帶動機油泵傳動齒輪旋轉，機油泵內部安裝的主動齒輪隨主動軸轉動，同時帶動從動齒輪向反方向轉動。主動齒輪與從動齒輪的齒牙嚙合，把泵體內部隔成兩個獨立的密封空間。隨著齒輪的高速轉動，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。吸油腔內的機油被帶走，產生局部真空，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，若機油壓力過高，則限壓閥打開，使機油直接流入油底殼內，以防止油路中的壓力過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

 

      柴油發電機潤滑系統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察并記錄，到定期維護時予以解決。潤滑系統的異常現象和故障，應在泵的起動前后和停機前的時刻檢查，這時檢查最容易發現問題。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等低溫狀態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，若超過上述規定的間隙值，應更換主、被動齒輪。若主過上述規定的間隙值，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。若間隔超過規定值，可用減少墊片的方法來調整。

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。調整好泵蓋與主、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，進行裝機試調壓力。當柴油發電機啟動后在額定轉速下運轉時，觀察機油壓力表的油壓是否符合該機的規定值。如油壓過高或過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：端面間隙、轉子與齒輪腔徑向間隙、泄壓閥彈簧安裝長度。

（2）必須考慮產品公差的影響。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，皮帶或齒輪驅動系統而直接驅動。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從儲油罐中抽機油。如果沒有可能，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來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（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）

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

      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穩在規定的值。在每個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變流量控制閥的逐步關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——油泵出口動態壓力。

      通常從最低油溫開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測機油泵動態壓力的波動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到有30%的分路流量。

② 在額定轉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

      畫出不同轉速和油溫下的流量壓力曲線，如果測量了驅動力矩，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相對于轉速的曲線。將流量轉速曲線與線性變化相比較得到增量，負增量隨著轉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，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）規定，用一個不同轉速下的機械功、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規定按溫度不同畫出壓力波動-轉速曲線。對于壓力波動大的高轉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：

      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，以確保柴油發電機正常運行。

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