0  引   言

一般中速大功率柴油机分为机带泵和机不带 泵两种方式 。机带泵的驱动借助于柴油机曲轴齿 轮 ,  经齿轮传动机构至水泵传动轴 ,  水泵轴安装 水泵叶轮 。机带泵的运行状态与柴油机的运行工 况一致 , 尤其是船用柴油机 ,  运行工况按螺旋桨 推进工况变化 。传动系统零件的制造 、安装质量 直接影响水泵的运行状态 ,  如水泵出现漏水现 象 ,  长期运行下将导致柴油机冷却系统不能正常 工作。

1  故障现象

PC2 .5V型柴油机在试车过程中淡水泵 、海水  泵从漏水检测孔中漏水的现象时有发生﹔  而 PC2 . 5  (6)  V近几年来一直存在海水泵 、淡水泵间歇  性不同程度漏水 ,  有时海水泵 、淡水泵均漏 ,  有  时仅海水泵或淡水泵漏水 。统计分析近几年的漏  水故障及本次发生的漏水故障 ,  故障现象分为以  下几种:

       (1)  柴油机运行前有滴状漏水 ,  运行后漏水 加剧﹔

       (2)  低工况  (20%)  运行不漏 ,  随着负荷的 升高 , 漏水现象从滴状变成线状 , 继而加剧﹔

       (3)  低工况  (50%)  运行不漏 ,  随着负荷的 升高 , 有滴状漏水﹔

       (4)  淡水泵漏水比海水泵漏水的几率大 ,  据 近几年的漏水故障统计 , 淡水泵漏水率为80%。

2  故障原因分析

2.1  柴油机水泵传动系统结构

PC2.5V柴油机海水泵 、淡水泵结构及工作原 理如图 1 、图 2 所示 。海水泵和淡水泵安装在柴油 机左侧罩壳 , 左侧罩壳与机身连接 。水泵轴安装在 左侧罩壳上 ,  曲轴齿轮  ( 168 齿)  依次经中间齿轮        ( 105 齿) 、辅助传动轴齿轮  (36 齿) 、水泵齿轮        (35 齿)  传动至水泵轴 。水泵轴两端分别安装海水 泵和淡水泵的叶轮 , 水泵轴带动水泵叶轮工作。

PC系列柴油机机带海水泵和淡水泵的结构与 其他柴油机的不同 , 其水泵轴为两个水泵共用 。一 般柴油机机带泵其海水泵和淡水泵均为单独水泵 轴 , 两个水泵不共轴 , 为独立驱动 , 且海水泵 、淡 水泵均为部件供应 , 安装至整机前均已经过运行试 验 , 包括密封性和性能试验。

2.2  故障原因分析

根据水泵安装结构图 , 从涉及水泵传动的各零 件的零件质量、装配质量两方面着手检查 , 初步确 定导致水泵漏水的原因。装配涉及零件包括: 左侧 罩壳、水泵托架、传动轴、水泵轴、调整垫片、机 械密封、叶轮、35 人字齿内花键  (与水泵轴外花键 配合)  等。装配质量包括: 静环安装后其密封面与 水泵轴的垂直度 , 水泵轴传动齿轮啮合平稳性等。

近几年针对各水泵漏水的具体故障 , 虽然当时 解决了漏水故障 , 但未找全导致水泵漏水的所有因 素 , 起不到防控作用 。为了彻底解决 PC系列机海 水泵 、淡水泵漏水问题 ,  对已解决的问题进行总 结 , 对新漏水情况进行重新分析 ,  以使该型柴油机 海水泵 、淡水泵的漏水故障能得到系统解决 。具体 分析如下:

       (1) 左侧罩壳是安装水泵的骨架壳体 , 其结构 为薄壁铸件 ,  同时外形尺寸较大 , 加工及储存易变 形 。安装孔与端面不垂直会使水泵轴与端面产生偏 斜 , 水泵轴运动时将引起水泵动环密封接触不良 , 导致漏水 。传动轴孔轴线与水泵轴孔轴线不平行可 能引起齿轮传动不平稳 , 导致水泵漏水 。该零件曾 是前期水泵漏水的主要因素之一。

       (2)  水泵托架安装在左罩壳两侧 ,  水泵轴传 动定位部分安装在两侧水泵托架的内孔 ,  因此 , 水 泵托架两端面平行度 、中间孔与两端面的垂直度超 差可能使水泵轴与端面产生偏斜 , 水泵轴运动时将 引起水泵动静环密封面接触不良 , 导致漏水。

       (3)  水泵壳密封法兰座孔配合面平面度差 , 引 起调整垫片与底孔接触不良 , 密封失效 , 导致漏水。

       (4)  调整垫片两端面平行度差可能引起调整 垫片与底孔接触不良 , 密封失效 , 导致漏水;  同时 调整垫片也会导致水封静环安装不到位或安装歪 斜 。该零件曾是前期水泵漏水的主要因素之一。

       (5)  机械密封静环两端面平行度偏大 , 安装后密封端面与传动轴线偏斜 , 是导致故障发生的原因 之一。该零件曾是前期水泵漏水的主要因素之一。

       (6)  叶轮的平衡量过大 , 水泵运行时 ,  水泵 轴运转不平稳 , 导致水泵漏水 。是前期水泵漏水的 主要原因之一。

       (7)  左侧罩壳与水泵托架组件共同形成水泵 安装的基础壳体 , 测量水泵轴与水泵托架端面的垂 直度  (图 1) ,  即以水泵轴为基准 , 测量水泵托架 两端面跳动 , 跳动量偏大 , 可能导致水泵轴在运动 过程中与水封产生运动偏斜 , 水封的密封面动态接 触不良 , 最终导致水泵漏水。

       (8)  机械密封在实际安装后其压缩量超出规 定范围 。机械密封安装工作尺寸是由调整垫片的厚 度决定的 , 而调整垫片的厚度根据预先测量的相关 尺寸理论计算确定 , 参见图 3 。调整垫片的厚度选 用直接影响机械密封的安装压缩量 , 而压缩量过大 或过小 , 均会导致水泵漏水。

       (9)  静环的安装质量 。静环安装歪斜和安装 不到位 , 也是影响水泵漏水的主要原因。

图 3  水泵装配过程控制及调整垫片尺寸确定示意图

3  改进方案

       (1)  对左侧罩壳进行检测和返修 ,  使其满足 技术要求。

       (2)  水泵托架满足图纸要求 ,  但其形位公差 偏上限。

       (3)  优化水泵辅助传动装置的装配方法 ,  减 小组件安装后水泵托架  ( 淡水泵和海水泵)  的端 面跳动  (以水泵轴为基准) , 工艺内控制值≤0 .04 mm, 参见图 1 。如果各零件尺寸及形位公差合格 , 自由装配的结果托架端面跳动最大为 0 .11 mm。

由于前期淡水泵漏水概率大且本次也为淡水泵 漏水  (海水泵不漏) , 所以装配时 , 先安装淡水泵 侧零件 , 再安装海水泵侧零件 。水泵传动轴 、水泵 轴安装后 , 螺栓最终紧固前 , 传动轴齿轮  (36 齿) 和水泵轴齿轮  (35 齿)  预先啮合数圈 , 使其自动 找正 。装配过程改变螺栓紧固顺序为: 淡水泵侧水 泵托架→海水泵侧水泵托架→淡水泵侧传动轴轴承 盖→海水泵侧传动轴轴承盖 。装配过程依靠调整保 证托架端面跳动的工艺内控制值≤0 .04 mm。

       (4)  设计检测和研磨工具 。安装前检查水泵 壳密封法兰座孔配合面平面与该检测工具的贴合 度 ,  以保证安装后调整垫片与密封法兰座孔配合面 的接触精度。

       (5)  保证与调整垫片尺寸 D相关尺寸的测量 准确性 ,  即间接保证了机械密封的压缩量在规定范 围内 , 参见图 3 。

       (6)  调整垫片材质为不锈钢 ,  因垫片厚度太

薄 , 采用磨削加工不易保证其两端面平行度 , 故改 变调整垫片的加工方法 , 控制调整垫片两端面平行 度 , 工艺内控≤0 .02 mm。

       (7)  安装前测量叶轮的平衡量 ,  工艺内控叶 轮的平衡量 。但叶轮为进口件 , 其平衡量没有技术 文件规定。

       (8)  采用静环安装工具 ,  保证静环安装过程 均匀施力 , 静环不产生歪斜 , 测量尺寸 G (图3) , 确认静环安装是否到位; 测量静环端面跳动 , 控制 静环密封面与水泵轴的垂直度  (图3) 。

采取相应检查和安装措施后 , 辅助传动机构及 水泵装机安装后运行 , 淡水泵漏水情况有所改善 , 但漏水故障没有彻底消除。

排查上述安装过程记录发现: 传动齿轮 36 齿 和 35 齿啮合齿隙值虽然在规定范围内 , 但圆周方 向测量值最大相差 0 .11 mm; 其余各项均符合工艺 内控规定要求 。如此可确定: 柴油机运行过程齿轮 传动不平稳是导致水泵漏水的主要原因之一 。具体 改进方案如下:

       (1)  从整机上拆除辅助传动机构重新装配 ,  圆 周方向测量 8 点 , 工艺内控测量值之差≤0.05 mm。

       (2)  辅助传动机构安装至整机 , 保证 36 齿与 105 齿啮合间隙 ,  圆周方向测量 8 点 , 工艺内控测 量值之差≤0 .05 mm。

重新复装本台机 , 按第 1 次和第 2 次实施方案 装配辅助传动机构和水泵 , 开机运行后 , 淡水泵漏 水问题解决 。在本台机之后 ,  以同样方法控制零件 要素和装配要素 , 又经 2 台机装机后运行验证 , 没有发生海水泵和淡水泵漏水故障 ,  至此 PC2-5V柴 油机海水泵 、淡水泵漏水问题得到系统解决。

4  预防措施

       (1)  提高左侧罩壳的加工质量 ,  尤其重点控 制传动轴孔系与两端面的垂直度要求 ,  以及传动轴 孔系与水泵轴孔系的平行度要求 , 保证齿轮传动的 平稳性 。控制装配组件托架的端面跳动 , 避免水泵 轴与端面发生偏斜 ,  保证水泵动静环密封面接触 良好。

       (2)  在各装配零件合格的条件下 ,  优化辅助 传动机构装配方法 , 减少装配累积误差 ,  控制 36 齿和 35 齿啮合齿隙均匀性及水泵托架相对于端面 跳动量。

       (3)  水泵壳密封法兰座孔配合面接触不良是 导致水泵漏水的原因之一 。装配前使用检测工具检 测 , 若不合格 , 使用专用研磨工具研磨 , 控制进口 件质量带来的安装风险。

       (4)  机械密封静环两端面平行度偏大可能是 导致水泵漏水的原因之一 , 须提高采购件的质量 , 安装前复检 , 保证机械密封合格。

       (5)  水泵叶轮安装前进行叶轮静平衡量复检。

       (6)  控制静环安装过程 ,  是防止水泵漏水关 键措施之一 。关键安装步骤如下  (参见图3) 。

①静环安装前测量水泵壳密封法兰座孔配合面 与水泵轴的垂直度  (百分表测量其端面跳动); 检 查调整垫片加工质量 ,  尤其是两端面平行度及倒 角 ; 用红丹油检查调整垫片与密封法兰座孔配合面 的贴合精度。

②安装过程使用静环安装专用工具 , 避免安装 歪斜。

③静环安装后 , 检查静环密封端面与水泵轴的 垂直度  (百分表测量其端面跳动) 。

5  结   论

基于本次12PC2-5V柴油机水泵漏水原因分析 以及解决方案的实施与验证 ,  系统总结出该型机近 几年水泵漏水的原因 , 并提出了相应的预防措施。由于 PC2-6V系列机的海水泵与淡水泵的结构与 PC2-5V的相同 , 故总结出的预防措施也可应用于 PC2-6V系列机。

参考文献

[1]   刘正林 ,  张和平.简明内燃机维修手册  [M] .北京:机械工业出版社 来源柴油机，作者屈君，孙元元