中速柴油机高压油泵柱塞穴蚀故障分析.docx

一

船舶概况

“HAIJIU111”号救助拖轮主要执行海上应急救援抢险任务。

该型救助船主推进系统由2套独立的瓦锡兰W9L32中速柴油机、齿轮箱、离合器、传动轴系及可变螺距螺旋桨等组成。

每台主机通过增速齿轮和离合器带动轴带发电机和大功率对外消防泵。

救助拖轮的任务特点是平时海上抛锚待命，遇到救助任务需在短时间内备车起锚赶往事发现场。

为适应救助船的任务特点，主机燃油使用国产0#柴油。

二

瓦锡兰W9L32型柴油机高压油泵结构及工作原理

瓦锡兰W9L32型柴油机的高压油泵具有一套根据发动机负载和转速增减燃油供给量的调节机构，如图1所示。?

图1高压油泵结构图

1、2、13、23-螺栓；3-顶盖；4、29-销；5-防穴蚀螺栓；6-控制套筒；7-弹簧板；8、16、18-弹簧；9-弹簧座；10-定位环；11-卡环；12-密封环；14-法兰；15-推杆；17-弹簧盘；19-螺栓/销；20-顶柱；21-锁紧板；22-套筒；24-调节螺钉；25-柱塞；26-柱塞套筒；27-齿条；28-主供油阀/弹簧；30-稳压阀/弹簧；31-螺母；32-密封环、支撑环；33-定位环；34-导向销；35-导向塞

油泵通过齿条27连接到由调速器控制的控制轴上。

柱塞25在滚轮和推杆15推动下上行，在弹簧8作用下下行。

柱塞以预定的冲程在套筒26中往复运动，向喷油器输送高压燃油。

柱塞的侧面有一条螺旋槽（回油槽）。

通过调节柱塞螺旋槽相对于回油口的位置，柱塞可以控制喷射量。

当柱塞处于最低位置即下死点时，燃油经进油口进入柱塞偶件的油腔。

凸轮轴旋转通过推杆推动柱塞上行，当柱塞上缘正好完全盖住低压油口时，燃油加压开始。

随着柱塞继续上行至柱塞的螺旋槽与低压油口相连时，高压燃油经螺旋槽与低压油相通，供油过程完成。?

根据发动机的负载，通过转动柱塞来增加或减少喷入的燃油量。

燃油齿条连接到调速器的调节机构。

如果移动了油泵齿条，与油泵齿条啮合的控制套筒6会随之转动。

由于控制套筒作用于柱塞上，柱塞会随着控制套管一起转动，从而有效冲程将发生变化，喷射的燃油量会相应增加或减少。

主供油阀28和恒压阀30位于油泵顶盖中。?

顶盖中的主供油阀28起到将高压燃油排到高压油管的作用。

柱塞压缩燃油至高压，迫使主供油阀28打开。

一旦柱塞的有效冲程结束，出油阀就会由弹簧带回到初始位置并阻挡燃油通道，从而防止燃油的逆流。

有效冲程结束后，燃油从高压喷射孔经稳压阀30流回以便瞬间降低主供油阀28和喷嘴之间的剩余压力，此过程保持各喷油管路间恒定的压力。

三

故障现象

在一次主机大修中，对18台高压油泵进行解体，发现16个柱塞头部靠近斜线槽处有较严重的穴蚀情况。

其他2个柱塞也存在穴蚀情况，只是程度稍轻。参见图2和图3。

图2发生穴蚀的高压油泵柱塞头部

图3发生穴蚀的柱塞头部细节

四

穴蚀机理分析

该型高压油泵为终点调节式回油孔调节喷油泵。?

1.穴蚀的机理

回油开始瞬间，回油孔开度较小，高压燃油节流，流速急剧变快。

而且油流与回油流道脱离形成涡流，压力急剧降低，形成低压区，部分油液汽化生成气泡。?

随着燃油回流，回油孔开度又变大，燃油流速降低，压力升高。

原先汽化生成的小气泡被挤压破灭，在回油孔对应的柱塞表面形成高度真空。?

旁边的燃油高速冲击在柱塞表面，形成穴蚀。

回油孔对应的柱塞表面正是斜槽的上方，因此穴蚀位置多发生在斜槽的上方。

而且在常用负荷时与回油孔相对的柱塞表面处最严重,使柱塞表面的金属受到破坏，外形尺寸发生改变，柴油机性能下降，甚至柱塞损坏。?

2.影响柱塞偶件穴蚀的主要因素

(1)喷油器喷油压力。

喷油压力越高，停止喷油时产生的回油动能越大，产生震动、穴蚀危害越大。?

(2)燃油卸载速度。

对流动穴蚀，穴蚀破坏强度正比于燃油卸载速度。?

(3)材料特性及表面状态。?

(4)燃油品种和使用温度。

不同品种的燃油在不同的温度下，其蒸发压力、粘度和表面张力各不相同。

在较高的燃油温度下，穴蚀破坏程度增加，这是由于在较高温度下，燃油粘度和表面张力的因素随温度升高而降低，使气泡破裂速度加快。

五

5解决柱塞穴蚀故障的措施

为了确认和和排除穴蚀故障，维修工程师对影响柱塞偶件穴蚀的因素进行了逐项排查。?

1.检查和校验了喷油器喷油压力，均在600Bar，无异常。

2.检查出油阀、恒压阀以及回油压力。

出油阀及恒压阀无异常磨损，弹簧无变形和断裂现象。

用专用工具检查了出油阀及恒压阀的密封情况，密封良好。

燃油进机压力也在说明书规定范围之内，排除了增加燃油卸载速度的可能。?

3.检查柱塞偶件。

发现除了穴蚀部位，其他部位表面良好，材料特性是瓦