油液分析在船用調(diào)距槳液壓油乳化故障中的應用

孫國亮,曹新玉,韓文玉

（中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇江陰214431）

油液分析在船用調(diào)距槳液壓油乳化故障中的應用

孫國亮,曹新玉,韓文玉

（中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇江陰214431）

針對某船主機調(diào)距槳液壓油出現(xiàn)乳化故障，在故障定位過程中應用精密水分分析儀和光譜分析儀對調(diào)距槳液壓油進行了水分和元素含量測試，結合數(shù)據(jù)分析確定了發(fā)生故障的原因。通過監(jiān)測修復后調(diào)距槳中液壓油水分含量，指出了油液分析技術是設備監(jiān)測與故障診斷的一種重要技術手段。

調(diào)距槳;液壓油;乳化;油液分析

油液分析主要通過監(jiān)測設備在用油的性能變化，獲得設備潤滑和磨損狀態(tài)的信息，評價設備工況和預測故障，并確定故障原因。作為設備的管理者，我們能通過監(jiān)測油液的性能變化來控制機械設備的“血液”質量，油液分析不僅可以通過正確選擇油品種類并確定合理的換油周期，更重要的是能夠指導維修，并大大節(jié)約維修費用[1]。

本文應用精密水分分析儀和光譜分析儀對出現(xiàn)液壓油乳化故障的船用主機調(diào)距槳進行了檢測，結合調(diào)距槳運行機理和測試數(shù)據(jù)分析，對故障原因進行了定位。通過對調(diào)距槳拆解維修和修復后運行狀態(tài)監(jiān)測，驗證了油液分析的正確性。

1 故障現(xiàn)象

2016年6月11日，某船在遠洋航行中，輪機人員在日常更換右推進裝置（編號為“1#”）調(diào)距槳液壓油濾芯時，發(fā)現(xiàn)油液有所乳化；之后檢查左推進裝置（編號為“2#”）液壓油，亦存在乳化現(xiàn)象，新油和乳化油外觀情況對比見圖1。然后分別檢查兩臺調(diào)距槳的液壓油箱、重力油箱，4個油箱的油位無明顯變化；更換液壓油后進行運行檢查，油液狀態(tài)正常，2臺主機及調(diào)距槳恢復正常運行。持續(xù)對液壓油取樣觀察，2016年6月19日兩臺主機調(diào)距槳的液壓油再次出現(xiàn)乳化現(xiàn)象。

圖1 液壓油外觀情況Fig.1 Appearance of hydraulic oil

2 原因分析

該船主機調(diào)距槳為5葉可調(diào)螺距螺旋槳，由荷蘭LIPS公司設計生產(chǎn)，其螺距的改變通過獨立液壓系統(tǒng)驅動槳葉安裝盤面下的曲柄銷實現(xiàn)，系統(tǒng)結構見圖2。

圖2 調(diào)距槳系統(tǒng)構成Fig.2 System of the CPP

調(diào)距槳主要是由重力油箱、液壓泵站、OD-BOX配油器、可調(diào)距螺旋槳等組成。工作過程為：液壓油由泵站經(jīng)OD-BOX進入槳轂，推動活塞運動，帶動槳葉轉動。槳轂活塞內(nèi)部為液壓油高壓側，活塞外部為低壓側，活塞運動過程中，高壓側有少量液壓油泄漏進入低壓側，通過大軸內(nèi)部通道，經(jīng)OD-BOX回到重力油柜，然后溢流回到液壓泵站。液壓油熱交換通過淡水冷卻器。

根據(jù)調(diào)距槳結構和液壓系統(tǒng)組成、原理，調(diào)距槳液壓油乳化直接原因是液壓系統(tǒng)進入水分并超過油液乳化臨界值。調(diào)距槳液壓系統(tǒng)進水主要有3種可能途徑：（1）液壓油冷卻器泄漏，冷卻淡水進入液壓系統(tǒng)；（2）系統(tǒng)油箱中由于溫差變化形成凝水累積并超過油液乳化臨界值；（3）槳轂密封磨損至失效狀態(tài)進而導致外部海水進入槳轂內(nèi)并隨回油進入液壓系統(tǒng)。

依次對進水原因進行分析：

（1）對兩臺調(diào)距槳液壓系統(tǒng)中油冷卻器淡水一側泵壓2h，未見壓力下降，排除冷卻器泄漏。

（2）機艙溫度約45℃，其晝夜溫差范圍一般不超過10℃，即機艙晝夜空氣溫度變化較小不足以形成大量凝水；冷卻淡水溫度設定值36℃，溫差范圍不超過4℃，基本可排除凝水累積原因造成液壓油乳化故障，實際亦未觀察到液壓油箱、重力油箱內(nèi)壁出現(xiàn)凝水。

（3）排除了以上兩種可能，基本可以斷定油液中水分源自槳轂與槳葉安裝法蘭面之間的密封失效而導致海水進入槳轂內(nèi)部。

3 液壓油測試與分析

3.1 測試方案

3.1.1 取樣主機調(diào)距槳出現(xiàn)液壓油乳化故障后，分別在1#、2#調(diào)距槳的重力油柜、液壓泵站、OD-BOX處取樣，采用負壓取樣泵抽取的方式[2]。2016年6月11日至6月19日，換油后至第二次出現(xiàn)液壓油乳化故障期間，取樣8次，取樣周期為24h，共采集油樣48個。

3.1.2 分析方法及儀器根據(jù)液壓油乳化故障情況，采用以油液水分分析為主，光譜分析為輔的方法。試驗儀器主要有日本三菱公司生產(chǎn)的精密水分分析儀、美國Baird公司的Spectro M型發(fā)射光譜儀。其中：

（1）水分分析：通過檢測液壓油中的水分含量，了解液壓油的進水污染程度；

（2）光譜分析：通過檢測液壓油中所含固體顆粒污染物的成分及含量，判定設備磨損狀態(tài)及水質情況。

3.2 測試結果與分析

3.2.1 測試結果1#、2#主機調(diào)距槳水分測試見表1。

表1 液壓油水分含量測試結果Tab.1 Test result of moisture in hydraulic oil

將6月19日的1#重力油柜、2#重力油柜樣品中沉積水與新油按照一定比例混合，進行了光譜元素分析，測試結果見表2。

表2 液壓油光譜元素含量測試結果Tab.2 Test result of spectral analysis

3.2.2 數(shù)據(jù)分析由表1可知，6月11日更換液壓油后，兩臺調(diào)距槳仍出現(xiàn)不斷進水的現(xiàn)象，至6月19日液壓油中含水量達0.5%，并已出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，根據(jù)液壓油質量要求，需要再次換油[3]。由表2可知，經(jīng)過光譜分析，油樣中Na+、Mg2+濃度達到2800×10-6、2400×10-6，接近海水Na+（約30000× 10-6）、Mg2+（約2500×10-6）濃度，因此,判定乳化液底部應為海水。至此，確認海水進入調(diào)距槳液壓系統(tǒng)[4]。

4 狀態(tài)驗證

2016年6月30日，該船進塢進行檢修，確認左槳2#、4#槳葉密封失效導致油液滲漏，右槳2#槳葉密封失效導致油液滲漏，見圖3。驗證了此前油液分析對調(diào)距槳液壓油乳化故障部位定位的準確性。

圖3 調(diào)距槳拆檢情況Fig.3 Appearance of the CPP

針對故障定位情況，對磨損槳葉密封面進行研磨，更換槳葉密封圈，對現(xiàn)場安裝工藝進行監(jiān)督，確保安裝質量；槳葉密封圈更換完畢后，對系統(tǒng)油箱、管路進行串油清潔并更換液壓油；調(diào)距槳裝復完畢后利用航行試驗，對調(diào)距槳液壓系統(tǒng)螺距調(diào)節(jié)頻度和靈敏度進行了檢查。

2016年9月至11月，在該船遠洋航行期間，繼續(xù)對調(diào)距槳液壓油情況進行取樣監(jiān)測，取樣部位為1#、2#調(diào)距槳液壓泵站油箱，取樣周期為200h，取樣方法為負壓泵抽取，共采集油樣18個。利用精密水分分析儀對油樣進行了水分測試，水分含量變化規(guī)律見圖4。

圖4 液壓油水分含量變化規(guī)律Fig.4 Tendency of moisture in hydraulic oil

由圖4可知，修復后的兩臺調(diào)距槳液壓油中水分含量在100×10-6至200×10-6之間變化，未出現(xiàn)大量進水的情況，其水分含量指標也滿足使用要求。

5 結語

此例主機調(diào)距槳液壓油乳化故障的定位過程，客觀真實地反映了油液分析技術在設備故障排除過程中的重要地位。通過油液分析，設備管理者能夠實時掌握設備運行狀態(tài)，對設備故障進行預判，使得設備的維護保養(yǎng)工作從“事后維修”階段向“預防維修”階段發(fā)展。

［1］粟斌，田高友，易如娟，等.在用油液監(jiān)測技術發(fā)展現(xiàn)狀及思考［J］.用油全方位，2012，8（4）：8-12.

［2］孫國亮，李建榮.測量船動力設備油液監(jiān)測方法研究［J］.化學工程師，2016，（1）：73-75.

［3］楊其明，嚴新平，賀石中.油液監(jiān)測分析現(xiàn)場實用技術［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

［4］關子杰.潤滑油與設備故障診斷技術［M］.北京：中國石化出版社，2002.

Application of oil analysis in hydraulic oil emulsification of marine controllable pitch propeller

SUN Guo-liang,CAO Xin-yu,HAN Wen-yu
（China Satellite Maritme Tracking and Control Department,Jiangyin 214431,China）

Aimed at the hydraulic oil emulsification of marine controllable pitch propeller,the moistrue and spectral analysis were used to test the hydraulic oil during the diagnose process.Based on the analysis results,the reason of the fault was confirmed.By monitoring the moisture in hydraulic oil of the controllable pitch propeller after repaired,showed that oil analysis is an important technology method in machine condition monitoring and fault diagnosis.

controllable pitch propeller；hydraulic oil；emulsification；oil analysis

TH117

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170379

2017-03-15

孫國亮（1985-），男，工程師，2008年畢業(yè)于國防科技大學材料學專業(yè)，碩士，主要從事輪機設備管理與故障診斷工作。