船舶柴油機高壓油泵檢修工藝研究與應用

郭 勇，李吉端

（91184部隊，山東 青島 266000）

目前，各維修工廠對于船舶柴油機高壓油泵的修理以零件換新為主，缺乏維修與調(diào)試能力，在實際使用過程中，高壓油泵頻繁出現(xiàn)故障，已影響航行任務的完成。

近期，某大型船修后不久執(zhí)行高速機動任務過程中，先是主機第4 缸高壓油泵柱塞發(fā)生卡滯，停車更換第4 缸高壓油泵柱塞后重啟設備，運行一段時間后第5 缸高壓油泵柱塞出現(xiàn)了卡阻情況，經(jīng)敲擊柱塞彈簧后柱塞掉至正常位置，機器繼續(xù)工作，但隨著主機加速，第8 缸新?lián)Q的高壓油泵柱塞又發(fā)生卡滯，只得停車更換，續(xù)航之后主機其他幾個缸的高壓油泵又相繼發(fā)生卡滯或卡阻現(xiàn)象。高壓油泵柱塞卡滯典型故障點如圖1 所示。為解決上述問題，對船舶柴油機高壓油泵檢修工藝進行了研究與改進。

圖1 高壓油泵柱塞卡滯典型故障點

1 高壓油泵的組成

高壓油泵由柱塞、套筒和出油閥閥座的精密偶件組成，各種功用都是由柱塞偶件直接完成的。柱塞偶件由套筒和柱塞組成，高壓油泵柱塞套筒示意圖如圖2所示。

圖2 高壓油泵柱塞套筒示意圖

柱塞套筒上有2 個油孔，一個是進油孔，另一個是回油孔，都與泵體上的低壓貯油室相通。柱塞頭部的圓柱形表面上銑有相通的直槽、環(huán)槽和斜槽，斜槽部分位于套筒的回油孔側(cè)。柱塞可在噴油凸輪與柱塞彈簧相互作用的套筒內(nèi)上下往返運動，其連續(xù)上下運動，吸、壓油過程也就不斷進行。高壓油泵作用就是產(chǎn)生較高的噴油壓力（20 MPa 以上），壓力越高，霧化效果越好?，F(xiàn)代柴油機噴射系統(tǒng)正向高壓化發(fā)展，對高壓油泵的設計、制造及維修提出了更高的要求[1]。

2 高壓油泵常見故障及原因

柱塞與套筒是一對精密偶件。在高壓且密封良好的條件下，柱塞在套筒中做自由往復運動，僅允許有微量滲油，使配合面保持潤滑。

磨損過度、拉毛、卡阻、卡滯是柱塞偶件的常見故障。磨損過度使偶件密封性下降，造成偶件漏油，噴油壓力下降，霧化不良，以致柴油機各缸供油不均，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)等。偶件材質(zhì)和加工工藝是磨損過度的主要原因。偶件拉毛的常見原因是硬質(zhì)雜質(zhì)進入了偶件的配合面上，磨損過度或拉毛多出現(xiàn)在柱塞頭斜槽上部?？ㄗ韬涂鹪摫猛Ｖ构┯投乖摳淄Ｖ谷紵??？ㄗ韬涂闹饕蚴侨加蜏囟茸兓鹬技g隙變小或燃油中所含雜質(zhì)太多[2]。

3 高壓油泵的常規(guī)檢修工藝方法

高壓油泵的檢查和維修一般按如下程序進行。

1）對高壓油泵適時進行拆檢清潔，清洗時需用輕柴油或煤油，清潔時不得使用棉紗。裝復時定位正確，保證各密封面處的吻合。

2）備車時采取手動供油的方法對各缸油泵進行逐個操作，以便于潤滑柱塞偶件，同步檢查柱塞及其相應運動部件的可靠性。

3）高壓油泵在經(jīng)過拆檢并重新裝復之后，及時進行管路系統(tǒng)放氣，以確保各處都沒有油料滲漏[3]。

4）在運行中應密切關(guān)注高壓油管的脈動狀況，頻率應與供油時機保持一致。若高壓油管無脈動或脈動微弱，則系柱塞在開啟位置咬死或噴油器彈簧折斷所致；若脈動頻率或強度不斷變化，則柱塞有卡滯現(xiàn)象。

5） 更換存在故障的高壓油泵，重復上述動作。

這種檢修工藝方法簡單，僅僅能總結(jié)宏觀故障規(guī)律，排除部分故障，距以可靠性為中心的維修（RCM）要求還存在較大差距。

4 高壓油泵檢修技術(shù)的設計思路及實現(xiàn)

柴油機高壓油泵中的精密偶件技術(shù)指標要求嚴格，即使新件直接使用也往往不能達到需要的技術(shù)指標。因此應設計制定非常嚴格的維修工藝方法，確保精密部件尺寸控制、調(diào)試試驗和專用的試驗設備符合要求是維修技術(shù)關(guān)鍵所在。

4.1 檢修前的檢查測試工作

柴油機高壓油泵檢修在分解檢修前的準備主要是全面的檢測。維修前的檢測工作，可以從“看、聽、問、查、測”5 個環(huán)節(jié)著手進行。看主要零部件是否完整，有無明顯的外部損傷、變形，是否有自行調(diào)整或修理過的跡象等；聽柴油機有無各缸工作不均勻、異常響聲、怠速不正常等；問清楚柴油機的工作環(huán)境、工作運行時間，以及有關(guān)故障的情況；檢查有關(guān)零件的損傷和損壞的程度；在試驗臺上對高壓油泵進行測試，并做好測試記錄。

根據(jù)上述檢查和測試結(jié)果，判斷是局部分解還是全部分解，以便有計劃、有步驟地進行維修。

4.2 分解

由于高壓油泵總成中精密偶件較多，分解作業(yè)時必須保持工作場所高度清潔，必須在分解作業(yè)前了解各裝置及零部件的作用和相互位置，不能盲目大拆大卸。分解前可以將泵浸入煤油中，表面用毛刷清洗。使用專用工具，將各零部件按順序拆出并清洗干凈，用專用托盤存放。精密偶件應成對放置，不要與其他零件混淆。分解時注意不可用堿水作為清洗劑，不得在配合面或者安裝面使用夾具。在不得已的情況下，必須用銅皮或者軟墊加以保護。重要配合面應做好記號，待裝配時按記號安裝。分解時應使用專用工具，嚴禁野蠻敲打、扭撬。

4.3 檢驗與修理

在長期的高速運轉(zhuǎn)和高壓情況下，高壓油泵的各裝置及零部件會產(chǎn)生磨損、疲勞損傷、變形等，而檢驗與修理的目的就是使他們的配合特性和工作能力得到恢復。

1）柱塞偶件的檢驗。柱塞和柱塞套是高壓油泵主要的精密偶件，影響偶件性能的主要因素是配合面的磨損。柱塞和柱塞套磨損示意圖如圖3所示。

圖3 柱塞和柱塞套磨損示意圖

柱塞和柱塞套的配合間隙一般為0.001～0.003 mm，圓度和圓柱度不超過0.002 mm。換新標準為當間隙超過0.008 mm，就必須進行修理或更換，否則會對柴油機的工作性能產(chǎn)生影響，使柴油機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)、功率下降、油耗增加等。檢修中執(zhí)行間隙超過0.005 mm，及時修理或更換，且可以通過對偶件的密封性測試和外觀檢查來判斷是否需要更換。并用幾種簡易方法來定性分析和判斷柱塞偶件的配合問題。

（1）滑動性檢驗。將柱塞偶件清洗后，使偶件倒置并與水平線成45°。然后，抽取柱塞全長的1／3 或1／2，用手指捻動輕輕松開，讓其邊轉(zhuǎn)動邊靠自身重力緩慢下滑，柱塞若能無阻滯并均勻地滑到底，即表明滑動性良好[4]。如果下降速率過快，則表示配合縫隙過大；如果下降到某個地方被卡住，則表示柱塞表面有機械污物及碰傷變形等[5]。

（2）吸力檢測。用食指蓋住柱塞套頂部，用大拇指和中指抵住進、回油孔，使柱塞處于中等或最大供油量位置，將偶件直立，然后將柱塞向下拉出約全長的1／2，若能感覺到有很強的吸力，而松手后柱塞能迅速回到原來位置，則可繼續(xù)使用；若磨損嚴重，拉出柱塞時吸力不強，松手后柱塞不能回到原來位置，應作報廢處理。

（3）柱塞徑部的密封性試驗。把浸潤了柴油的柱塞偶件拿在手里，先將柱塞斜槽使用段與回油口部位對齊，然后用指尖堵住柱塞套大端面孔和另一條進油孔，使柱塞留出5～7 mm 的行程，然后來回推拉柱塞做泵油動作，合格的偶件會讓手指受到空氣的壓縮，柱塞行程終了時，回油孔應發(fā)出“噗”的排氣聲；慢慢將柱塞推進，當柱塞端面達到回油孔上邊緣時，觀察回油孔內(nèi)不應有油沫。

2）柱塞偶件的修理。柱塞偶件的維修重點是配對研磨，嚴格控制柱塞偶件的間距在0.003～0.005 mm 之間，不要求過小的配合間距，以防止柴油機大功率機動過程中燃油溫度變化引起的卡滯與磨損。對柱塞上的銹斑、磨損，用氧化鋁研磨膏研磨去除。研磨后要完成密封性測試。柱塞套如有銹斑或者輕微劃痕，可將其放在研磨平臺上進行研磨，研磨時不能用力過猛，要保證柱塞套的垂直，以防磨偏。對磨損較嚴重的柱塞偶件，可采用重新配組法修理?？讖捷^大的柱塞套和直徑較小的柱塞可以進行鍍鉻，恢復尺寸后進行機械加工，再進行配組修復。

3）密封試驗。經(jīng)過修復的柱塞偶件，須通過密封試驗才能使用。密封性試驗采用油壓法和氣壓法2種方法進行。用氣壓法時將出油閥偶件內(nèi)通入0.4～0.5 MPa 的壓縮空氣，15 s 內(nèi)不應漏氣，為了便于發(fā)現(xiàn)是否漏氣，用橡皮導管把空氣引入水中觀察。采用油壓法測試時，要把出油閥偶件安裝到專用的工具里，將試驗器的高壓油管接在出油閥緊座上，然后使壓力升高至25 MPa，此時頂桿螺釘要旋松，停止泵油后記錄油壓從25 MPa減少至10 MPa 所需要的時間，一般要求應不少于1 min。減壓凸緣密封性測試時，要將專用工具上的頂桿螺釘旋入，將出油閥提高0.3～0.5 mm。此時，試驗油壓由25 MPa 下降至10 MPa 所需的時間應不少于2 s。密封試驗時高壓油泵須正確裝配，檢驗所需油料、工具、儀表須清潔干凈[6]。油壓法試驗示意圖如圖4所示。

圖4 油壓法試驗示意圖

4.4 高壓油泵的裝配

高壓油泵密封試驗合格后即可與調(diào)速器總成裝配調(diào)試。裝配時應洗凈各零件，各配合摩擦表面應涂抹一層潤滑油，按分解時留下的標記和分解的相反過程進行裝配，即先拆卸的零件后裝，后拆卸的零件先裝，邊裝配邊檢查。裝配柱塞偶件時，柱塞的插入與拉出均應小心，不可碰撞。如果定位螺釘擰緊后，柱塞套既不能上下移動，也不能左右移動，說明定位螺釘未進入定位槽內(nèi)應重新裝配；如果將定位螺釘擰緊之后，柱塞套既能上下移動，也能左右移動，說明定位螺釘太短，應重新選配定位螺釘。

對于高壓油泵總成，除了正確維修其零部件外，還應進行必要的調(diào)試試驗，以掌握其技術(shù)狀況，修正安裝誤差。在高壓油泵總成維修調(diào)試工作完成之后，即可安裝使用。

4.5 安裝及運行檢查

1）高壓油泵經(jīng)拆檢重新裝復之后，進行燃油系統(tǒng)放氣，確保燃油系統(tǒng)及高壓泵內(nèi)不得存有空氣，以免無法正常供油。

2）備車過程中對各缸油泵逐個進行手動供油，以便于潤滑柱塞偶件，并檢查柱塞以及其他運動部件的可靠性。

3）在運行中監(jiān)測高壓油管的脈動狀況，頻率應與供油時機一致。如果高壓油管上無脈動或脈動微弱，則表明柱塞在開啟部位咬死或噴油器彈簧斷裂；如果脈動頻率或強度持續(xù)改變，則表明柱塞出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象。

4）高壓油泵柱塞偶件間距為0.003～0.005 mm，對燃油潔凈度非常敏感。燃油系統(tǒng)若有微小雜質(zhì)很容易導致柱塞偶件的磨損甚至卡滯，應注意檢查燃油精濾器的使用狀態(tài)，定期更換燃油濾芯，確保燃油系統(tǒng)無雜質(zhì)。

5）檢查燃油供油壓力，避免供油壓力過低造成“缺油”，增加柱塞偶件磨損與卡滯的風險。

5 結(jié)束語

按原工藝方法，船舶所屬單位每年均有2～3臺機組發(fā)生卡阻或卡滯故障，每次處置費用30 萬余元，采用改進后工藝已維修大型船舶柴油機組高壓油泵10 余臺，均未發(fā)生卡阻或卡滯故障，節(jié)約經(jīng)費150 萬余元。改進后工藝與原工藝相比，其經(jīng)濟效益顯著提升，考慮所節(jié)省的修理周期，修理效益將更加可觀，實踐證明改進后的柴油機高壓油泵檢修工藝設計合理，值得經(jīng)驗借鑒和推廣應用。