TBD234 V6型柴油机机油压力异常故障分析

肖 勇

(福建省白马船厂，福建 福安 355011)

机油压力是考核柴油机工作是否正常的一项关键指标。机油压力异常指的是油压过高、过低或不稳定。油压过高时，机油会向四处飞溅，接合面易漏油，在曲轴箱中容易受热氧化变质，也增加了机油的消耗；油压过低时，将会因轴承供油不足而使磨损增强，严重时会发生重大的机损和安全事故；油压不稳定、波动会导致摩擦副之间的油膜不理想，使之产生半干摩擦甚至干摩擦，从而造成运转部件的磨损，使用寿命降低，甚至机损。

某浮船坞TBD234 V6型柴油发电机组在W6级修理后动车调试时，机油压力出现了异常波动现象，严重影响了该型柴油机工作的可靠性。本文通过系统排查，分析和确定了故障原因，并介绍柴油机改进后的试验验证结果。

1 故障描述

某浮船坞配置3台TBD234系列柴油机组，2号TBD234 V6型柴油机因故障轮换了一台同型机后，试验时发现其机油压力频繁变化，范围为480～550 kPa，压力忽高忽低，压力表指针来回摆动。柴油机正常工作时机油压力应稳定无波动，该机明显存在波动异常的故障。

该台轮换的柴油机在换机前经过W6级修理，主要内容为:所有汽缸盖按工艺要求修理，更换了所有橡胶件，更换了所有主轴瓦和连杆瓦，更换了活塞环、滑油泵，检修了曲轴、活塞连杆、冷却器、滤器、增压器、淡水泵、高压泵、喷油器等部件。

2 TBD234系列柴油机润滑系统工作原理

TBD234系列柴油机润滑系统由机油泵，机油滤清器，机油冷却器，旁通阀，减压阀和油道、油管组成。它的功用是把具有一定压力和一定温度范围内的清洁机油，连续不断地输送到柴油机各摩擦面和需要冷却的部位，减少摩擦功的损失，缓和机件的磨损，把机件因摩擦而产生的热量带走，并清洗摩擦表面的磨屑和杂质，保证各部件的正常工作。该型柴油机机油流向图如图1所示。其中，实线箭头为机油通常流向，虚线箭头为机油达到一定压力(0.6 MPa)后增加的流向。

图1 TBD234系列柴油机机油流向图

3 故障原因分析

根据柴油机润滑系统原理，机油压力异常波动的原因有以下几个方面。

1)机油压力表和传感器损坏。机油压力传感器里面有一个滑动电阻，利用机油压力推动滑动电阻的电位计移动，来改变机油压力表的电流，从而改变指针的位置。当机油压力表和传感器损坏时，指针将会来回波动。

2)油底壳机油量不足。柴油机启动前，需用油尺检查油底壳的机油量，油面处在油标尺上下限之间为宜。如果油量不足，机油泵吸空，空气进入润滑系统，就会造成机油压力异常波动。

3)机油滤清器脏堵时，减压阀(0.6 MPa)会频繁开闭，开启时油压卸放，关闭时油压上升，会出现压力异常波动现象。

4)机油冷却器脏堵时，旁通阀(0.6 MPa)会打开，机油不经冷却直接进入滤器，可能会引起压力异常。

5)旁通阀和减压阀弹簧变形或折断，开闭不灵。柴油机运转时，供油量剧增，会使阀门突然打开，机油压力下降，但因阀门开闭不灵，阀门可能无法及时回位，主油道要保持稳定的压力比较困难，出现油压忽高忽低的现象。

6)机油过脏过黏，堵塞吸油盘。当柴油机高速运转时，机油泵吸油量会因吸油盘阻力过大而明显减少，主油道供油不足，油压出现异常波动。

7)机油泵内部磨损，工作异常，造成滑油压力波动。

4 故障排查过程

针对故障原因，按照先外后内，由表及里，由简到繁，按系分段，有顺序有步骤地检查、分析、判断。若检查结果与初步判断相符合，则证明判断是正确的。具体排查步骤如下。

1)拆卸机油压力表和传感器进行检修，并计量校正，并未发现异常，排除仪表造成的油压波动现象。

2)柴油机启动前已检查了机油油位在油标尺上下限之间，排除了曲轴箱滑油液面过低引起机油泵吸空而造成油压波动的情况。

3)拆卸清洗机油清滤器座，更换滤筒，装复后动机测试，未能排除滑油压力异常波动故障。

4)拆卸清洗机油冷却器，装复动机测试，未排除滑油压力异常波动故障。

5)拆卸旁通阀和减压阀检修，未发现异常，排除阀件损坏引起的压力异常波动。

6)排空油底壳滑油，用内窥镜检查吸油盘，未见脏堵，更换机油，停机时检查油量，油面处于油标上下限之间，动机测试，滑油压力忽高忽低，异常波动。

7)吊机拆卸油底壳，检查发现该型柴油机为干式油底壳，而一般船用TBD234系列柴油机未采用该结构，TBD234 V6型柴油机干式油底壳及油泵结构示意图如图2所示，内部配有2只油泵，一个是机油泵，一个是回油泵，2个泵均为齿轮泵，机油泵为两齿轮，回油泵为三齿轮。机油泵装在柴油机自由端左侧，由曲轴齿轮带动，一对油泵齿轮在曲轴齿轮带动下转动，吸入腔容积因齿牙不断分离而增大，机油从入口处进入泵体，充满齿槽。随着齿轮的转动被带到出口处，排出腔的容积因齿牙不断靠拢而减小，于是形成挤压而使压力升高，机油以一定压力泵入润滑系统。回油泵装在自由端右侧，也由曲轴齿轮带动，它是为干式油底壳的需要而设置的，通过2根进油管，把流回油底壳两端的机油，经回油泵送到油底壳中部的密闭部分，再由机油泵抽出。

图2 TBD234 V6型柴油机干式油底壳及油泵结构示意图

此次修理更换了机油泵。对比新旧2只机油泵可以发现，油泵外型存在一定差异，拆解后检查，油泵齿轮明显大小不一，新换油泵齿轮比原配油泵齿轮大，机油泵齿轮对比如图3所示，新泵排油量大于原泵，原泵排油量仅为75 L/min[1]。而从1991年开始，TBD234 V6型柴油机安装V8型柴油机的机油泵，增大了机油泵输出机油量[2]。由图2可知，回油泵从两侧吸油供给机油泵，机油泵从中间抽油形成油压，以使油供给柴油机各需要润滑部位。因机油泵油量加大，而回油泵油量未变化，造成两泵工作不匹配，即机油泵抽吸能力增大，但回油泵未发生改变供给不足，机油泵抽空，所以造成机油压力异常波动。

图3 机油泵齿轮对比

将原机油泵修复后，进行装机试验，发现机油压力波动异常故障消除。TBD234系列柴油机负荷试验结果见表1，表1中数据显示额定负荷时机油压力偏低。根据该型机厂家2001年版说明书和修理技术标准规定，额定功率时，机油压力值为0.40～0.60 MPa。因柴油机转速不同，机油压力值相差较大,机油压力低于0.40 MPa的现象较为普遍。厂家2011年版说明书作了相应修订,明确额定功率时，根据转速不同，滤清后机油压力分为3种情况：①1 800 r/min以下，要求0.35～0.60 MPa；②1 800～2 100 r/min，要求0.40～0.60 MPa；③2 100 r/min以上，要求0.45～0.60 MPa。而该机额定转速为1 500 r/min，额定负荷(100%)时最低压力要求应不小于0.35 MPa，表1中显示100%负荷时压力为0.31 MPa，显然不符合该型柴油机技术要求。

表1 TBD234系列柴油机负荷试验结果

TBD234系列柴油机机油压力低的故障树及排除方法如图4所示，而通过前面的分析及排查过程可知，本柴油机机油压力低的原因很显然是滑油泵的排油量减小所导致，与故障树中其他原因无关。

图4 TBD234系列柴油机机油压力低的故障树及排除方法

5 改进措施及效果

如何提高机油压力，又不会造成机油压力异常波动的故障，经分析研究TBD234系列柴油机的结构原理，其可行性方案有2个：方案一是更换大流量的机油泵及回油泵；方案二是改进该机的润滑方式，取消回油泵及管路，将干式油底壳润滑改为湿式油底壳润滑，机油泵改为现在TBD234 V6型柴油机所配的油泵。

考虑到方案一配备2只油泵，工序较复杂，易出现故障；同时目前船用TBD234系列柴油机均采用湿式油底壳润滑，和其它船保持统一，方便维护。故决定采用方案二进行改进，厂家也同意采用这一方案，并提供了改进需要更换的配件，TBD234 V6型柴油机干式油底壳改湿式油底壳需要更换配件见表2。

表2 TBD234 V6型柴油机干式油底壳改湿式油底壳需要更换配件

特别注意，因干式油底壳6缸柴油机平衡配重的扇形半径为82 mm、厚度为29 mm,而湿式油底壳6缸柴油机平衡配重的扇形半径为73 mm、厚度为45 mm；若不更换该配件，湿式油底壳安装后，部分曲轴转角平衡配重将与油底壳碰触，无法盘车和运行。TBD234 V6型柴油机平衡配重示意图见图5。

图5 TBD234 V6型柴油机平衡配重示意图

将TBD234 V6型柴油机干式油底壳润滑改为湿式，进行座台负荷试验，改进后TBD234 V6型柴油机负荷试验结果见表3，在额定转速1 500 r/min时，滑油压力始终稳定保持在0.40 MPa以上；更换平衡轴配重后，柴油机未见异常振动,符合修理技术标准，也满足船方使用需求。

表3 改进后TBD234系列柴油机负荷试验结果

6 结束语

TBD234系列船用柴油机润滑系统常见为湿式油底壳，其滑油压力低的故障较为常见，滑油压力波动故障较少，通过分析、排查和改装，明确TBD234系列柴油机机油压力波动是2只油泵工作不匹配、造成压力泵抽空所致，而机油压力低的原因为机油泵设计流量不够，并提出了相应的改进措施，可为该系列柴油机用户提供一定的参考。