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柴油發(fā)電機的機油預(yù)潤滑系統(tǒng)原理和故障案例 |
摘要：康明斯公司在本文中針對應(yīng)急柴油發(fā)電機出現(xiàn)的預(yù)潤滑油泵壓力低缺陷，分析柴油發(fā)電機潤滑 油系統(tǒng)設(shè)置、工作原理，找出了導(dǎo)致柴油發(fā)電機預(yù)潤滑油泵壓力低缺陷的根本原因；通過對損壞部件進 行更換升級，消除了應(yīng)急柴油發(fā)電機預(yù)潤滑油泵壓力低故障，確保了柴油發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。
柴油發(fā)電機組啟動的條件之一是機油壓力需達(dá)到特定的數(shù)值才可以啟動，潤滑油系統(tǒng)必須保證潤滑油的可靠供應(yīng)，發(fā)動機的ecu中設(shè)置有保護功能，在主油道潤滑油壓力低于150kpa以下時無法啟動。柴油發(fā)電機在啟動之前，需要機油預(yù)潤滑的時間，傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機組啟動是通過直流預(yù)供油泵進行預(yù)供油，在平常不啟動時，直流預(yù)供油泵不進行供給，而在實際開機啟動時，需要較長的預(yù)潤滑時間；對于康明斯系列的柴油發(fā)電機預(yù)啟動時間為60s，數(shù)據(jù)中心項目的柴油發(fā)電機組要求15s快速啟機帶載，無法滿足該項指標(biāo)。
一、預(yù)潤滑系統(tǒng)工作原理
當(dāng)柴油發(fā)電機熱備用時，預(yù)潤滑油泵從油底殼中抽出潤滑油，其中一部分潤滑油通過一個過濾器送至 調(diào)速器的執(zhí)行機構(gòu)，另一部分潤滑油進入柴油發(fā)電機潤滑 油循環(huán)系統(tǒng)。柴油發(fā)電機啟動后 （轉(zhuǎn)速達(dá)到 350 r/min）， 預(yù)潤滑油泵停運，改由柴油發(fā)電機自身的機帶泵供油。 當(dāng)柴油發(fā)電機停運時 （轉(zhuǎn)速降至 90 r/min），預(yù)潤滑油泵自動啟動，向柴油發(fā)電機本體內(nèi)部供潤滑油。預(yù)潤滑油泵入口及出口管道均設(shè)置有一道止回閥，防止在柴油發(fā)電機正常運行 （此時預(yù)潤滑油泵停運 ） 時，機帶泵產(chǎn)生的高壓將預(yù)潤滑油泵進出口管道內(nèi)的潤滑油反壓回油底殼。預(yù)潤滑回路如圖 1 所示。預(yù)潤滑回路壓力傳感器 150MP 位于柴油發(fā)電機本 體預(yù)潤滑回路上，由于存在管阻損失，正常顯示的壓力為 0.5— 1.5 bar （根據(jù)潤滑油溫度變化）；若壓力低于 0.5 bar，則會產(chǎn)生壓力低報警。
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預(yù)潤滑油系統(tǒng)原理圖 |
二、預(yù)潤滑系統(tǒng)的分類
柴油發(fā)電機都具有滑油循環(huán)系統(tǒng)，包括由自己的動力帶動的潤滑油泵、管路、過渡器和冷卻器等。在運行時，能自行建立一定的滑油壓力，保證自身的滑油循環(huán)，使各主要潤滑部位都有良好的潤滑；停機后，滑油系統(tǒng)也停止工作。因此，經(jīng)較長時間停機后，應(yīng)有啟動前的預(yù)潤滑程序，確保在啟動時，各相互接觸的運動部件有必要的滑油，避免發(fā)生干摩擦。自動控制預(yù)潤滑有周期性自動潤滑和一次性注入式預(yù)潤滑兩種方式。
1、周期性自動預(yù)潤滑
周期性自動預(yù)潤滑是在柴油發(fā)電機滑泵之外，另設(shè)一電動油泵，作為柴油發(fā)電機潤滑油循環(huán)系統(tǒng)的另一個動力源。該電動油泵，應(yīng)能實現(xiàn)自動控制，當(dāng)柴油發(fā)電機停機后，就開始工作，保證每隔一定時間（例如4h）接通電源泵油工作一段時間（如10min），周期性地實現(xiàn)預(yù)潤滑，以待隨時啟動。當(dāng)柴油發(fā)電機投入運行后，自動預(yù)潤滑油泵的控制電源立即斷開，由柴油發(fā)電機自動潤滑。
2、一次性注入式潤滑
一次性注入式潤滑是在柴油發(fā)電機潤滑系統(tǒng)中，接入一個柱塞式滑油泵，其中儲滿滑油，當(dāng)機器接到啟動指令時，壓縮空氣先作用到柱塞式油泵，推動活塞，將其中所儲滑油，通過滑油管系，注入到機器需要潤滑的各部位，然后才開始啟動。啟動時燃油的控制。柴油發(fā)電機的噴油量是由調(diào)速器和控制手柄控制的。啟動時，調(diào)速油機將運行在高于最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速上，稱為點火轉(zhuǎn)速，以尚未正常工作，這時的燃油量可用手枘來限制。
在自動電站中，通常是將各臺柴油發(fā)電機的冷卻淡水管系連成一個整體，運行發(fā)電機組的冷卻水（約65℃）也循環(huán)于備用機的冷卻系統(tǒng)中，使備用發(fā)電機組處于預(yù)熱狀況，當(dāng)備用發(fā)電機組啟動成功后，可以較快地加速（甚至無需暖缸）直到額定轉(zhuǎn)速運行，這對于增強自動電站功能，保證供電連續(xù)性、可靠性是很有幫助的。
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預(yù)潤滑油泵結(jié)構(gòu)圖（周期性自動循環(huán)） |
三、預(yù)潤滑系統(tǒng)故障案例
1、故障現(xiàn)象
某數(shù)據(jù)中心3，4號發(fā)電機組自商運后，應(yīng)急柴油發(fā)電機多次執(zhí)行柴油發(fā)電機組低負(fù)荷試驗。試驗結(jié)束，柴油發(fā)電機停運，預(yù)潤滑油泵153PO啟動后，多次發(fā)生預(yù)潤滑回路油壓低報警，主控觸發(fā)柴油發(fā)電機機械故障報警，導(dǎo)致柴油發(fā)電機不可用，發(fā)電機組產(chǎn)生第1組IO?，F(xiàn)場在PLC上檢查柴油發(fā)電機預(yù)潤滑油泵出口壓力傳感器150MP，顯示只有0.1—0.2 bar（1 bar=0.1 MPa，低于0.5 bar報警），且該壓力值無上升趨勢；而正常情況下，此時的壓力應(yīng)該在0.8 bar左右。3，4號發(fā)電機組應(yīng)急柴油發(fā)電機預(yù)潤滑油泵壓力低缺陷頻發(fā)，嚴(yán)重影響了應(yīng)急柴油發(fā)電機的可靠性，也對發(fā)電機組反應(yīng)堆的安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生不良影響，亟需找到造成該缺陷的原因，并制定相應(yīng)的糾正措施。
2、故障原因分析和確認(rèn)
（1）在排除了一些系統(tǒng)方面的原因后，將故障點定位到泵體上安裝的泄壓閥上。若預(yù)潤滑油泵出口泄壓閥密封不嚴(yán)或回座不好，當(dāng)預(yù)潤滑油泵啟動后，泵出口的潤滑油通過泵體泄壓閥回流至泵入口，只有少量的潤滑油進入柴油發(fā)電機本體，導(dǎo)致壓力傳感器150MP顯示壓力低。泵體泄壓閥的結(jié)構(gòu)如圖3所示。
（2）對發(fā)生缺陷的泵進行解體檢查，檢查齒輪情況良好，無明顯的磨損現(xiàn)象。泄壓閥閥芯及閥座密封面良好，彈簧彈性無明顯變化；若閥門正?；刈?，不會出現(xiàn)內(nèi)漏的情況。
（3）在將閥芯導(dǎo)向桿從導(dǎo)向套中取出的過程中，發(fā)現(xiàn)有明顯的卡澀現(xiàn)象，閥芯導(dǎo)向桿很難從導(dǎo)向套中拔出；且將彈簧壓縮后，閥芯導(dǎo)向桿很難恢復(fù)到正常位置。檢查發(fā)現(xiàn)，閥芯導(dǎo)向桿表面有明顯的磨痕（見圖4左）。解體另一臺同樣運行了1個循環(huán)周期但未發(fā)生過壓力低缺陷的泵，也在閥芯導(dǎo)向桿同樣的位置發(fā)現(xiàn)了磨痕；但磨損程度較輕，彈簧壓下后，閥芯導(dǎo)向桿能回到正常位置。檢查新備件的情況，閥芯導(dǎo)向桿上并無磨痕存在（圖5），且閥芯導(dǎo)向桿與導(dǎo)向套之間動作靈活，無卡澀現(xiàn)象。
（4）通過觀察安裝在泵本體上的出口壓力表可知，在柴油發(fā)電機試驗結(jié)束停運瞬間，預(yù)潤滑油泵出口的壓力最高達(dá)到8.5 bar，超過了泄壓閥的開啟壓力（5.5 bar）。所以當(dāng)每次執(zhí)行柴油發(fā)電機試驗后，已開啟的泄壓閥由于閥芯導(dǎo)向桿磨損卡澀而不能正常回座，導(dǎo)致油泵出口的大部分潤滑油通過泄壓閥回流至泵入口，只有少量的潤滑油進入了柴油發(fā)電機本體， 造成了預(yù)潤滑油泵出口壓力低故障。
（5） 根據(jù)試驗現(xiàn)象可以判斷，在每次柴油發(fā)電機低 負(fù)荷運行試驗過程中，預(yù)潤滑油泵泄壓閥都會動作。 為確認(rèn)導(dǎo)致閥芯導(dǎo)向桿磨損的根本原因，模擬柴油 機預(yù)潤滑油泵的現(xiàn)場實際布置，制作了試驗裝置。將某數(shù)據(jù)中心大修期間柴油發(fā)電機檢修時更換下來的 舊潤滑油作為傳輸介質(zhì)，啟泵后多次手動關(guān)閉出口 止回閥 160VH，人為迫使泵出口超壓泄壓閥動作。 試驗結(jié)束后檢查泄壓閥閥芯導(dǎo)向桿，未發(fā)現(xiàn)磨損的 痕跡 。泄壓閥頻繁動作導(dǎo)致磨損的可能性被排除。
（6） 在將閥芯導(dǎo)向桿從導(dǎo)向套中拔出檢查過程中，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)向桿表面附著有少量磨損產(chǎn)生的金屬屑， 卡在導(dǎo)向桿和導(dǎo)向套之間，造成閥芯卡澀，閥門動 作后無法正?；刈?/span>
（7） 根據(jù)導(dǎo)向桿上 2 個磨損點的位置，結(jié)合閥 芯的結(jié)構(gòu)形式 。查詢相關(guān)文獻(xiàn)資料，分析 了導(dǎo)致磨損的根本原因。
由于導(dǎo)向桿和導(dǎo) 向套之間的間隙很小 （約 0.1 mm）, 受彈簧力影響，2 個部件之間有 2 個位 置始終緊密接觸，且預(yù)潤滑油泵常年運轉(zhuǎn)，受振動 影響，接觸面上會發(fā)生微動磨損。
微動是指機械零部件中緊密配合的接觸表面在 機械振動等交變載荷作用下產(chǎn)生微米量級振幅的微小相對運動。微動磨損是指承受局部接觸載荷或固定作用力的接觸副因外界振動引起的微小相對移動而使接觸表面產(chǎn)生的磨損。磨損產(chǎn)生的金屬屑仍附著在導(dǎo)向桿表面，卡在導(dǎo)向桿與導(dǎo)向套之間，無法排出。在柴油發(fā)電機停運的瞬間，泵出口壓力高于泄壓閥開啟壓力，泄壓閥動作后，由于導(dǎo)向桿卡澀，且此時泵出口壓力較大，抵消了部分彈簧力，導(dǎo)致閥芯無法正?；刈?，一直卡在一個小開度狀態(tài)。大部分的潤滑油通過泄壓閥回流至泵入口，致使柴油發(fā)電機停運后出現(xiàn)預(yù)潤滑油泵壓力低缺陷。
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預(yù)潤滑油泵閥芯結(jié)構(gòu)圖 |
3、處理方法
經(jīng)過分析、試驗并與柴油發(fā)電機廠家反復(fù)溝通，制定了如下處理方案。由于泄壓閥閥芯上的插接結(jié)構(gòu)始終存在磨損卡澀的風(fēng)險，結(jié)合閥芯密封面結(jié)構(gòu)為錐形、自帶導(dǎo)向作用，并參考其他廠家的齒輪泵結(jié)構(gòu)，提出了閥芯的改進方案——取消閥芯上的插接結(jié)構(gòu)，將彈簧直接套在導(dǎo)向桿與導(dǎo)向套上。將改進后的閥芯安裝到試驗臺架上進行試驗，啟泵后多次手動關(guān)閉預(yù)潤滑油泵出口止回閥，迫使泄壓閥多次動作，運行均正常。
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