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故障检修与技术维护 |
解决柴油机润滑油消耗量过大的方法 |
摘要：柴油发电机运转时，机油有一定的消耗，并且随着其工作环境及负载的不同而有所变化，但当润滑油消耗量远大于额定消耗量时，则表明为过量消耗。润滑油过量消耗、不仅不经济，而且还会导致柴油发电机各部件严重磨损和早期损坏等事故。因此，康明斯公司认为保持柴油发电机机油适量的消耗，是持续发挥柴油发电机性能的必要条件，是延长其使用可靠性的重要保障。
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图1 机油消耗量过大的原因分析 |
柴油发电机润滑系统中的机油在运转过程中起到很重要的作⽤，机油量应能在充满过滤器、冷却器、机器各油腔及管系等所有系统空间后，在机油盘中的润滑油仍然⾼出机油泵的抽油⼝的⾼度。柴油发电机机⼯作中，机油少量进⼊缸内燃烧，随着使⽤时间的延长，机油量会缓慢减少，应定时补充。当机油消耗量过⼤时，不但增加成本，⽽且影响柴油机的正常⼯作，造成排⽓冒蓝烟。因此，机油的消耗不仅反映柴油机的经济性，也是衡量柴油机总体性能的指标。
一、机油消耗大的原因
机油消耗分为机油泄露在发动机的外部和机油泄露在发动机的内部（泄露在燃烧室并燃烧消耗）两种方式，如图1所示。
1、润滑油性能不佳
如果机油的挥发性和抗泡性不佳、润滑油消耗量就会过久，图3曲线图表明，油的馏分范围越轻，挥发性越大，润滑油的消耗也越大。另外，油温、机体温度过高也会造成润滑油挥发过大、润滑油消耗增加。
润滑油的抗泡性是指润滑油在激烈的搅拌过程中抗泡沫形成的能力。如果抗泡性较差，在工作时就会产生较多泡沫，这样会导致润滑油的密封性和润滑效能下降，而且形成绝热层使传热效果下降，从而加速缸壁、活塞和环壁的磨损，引起机油的上窜，增大润滑油的消耗。
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图2 机油消耗大示意图 |
图3 机油挥发性与消耗的关系曲线图 |
2、润滑油粘度等级选择不当
据调查资料显示，因润滑油粘度等级（如图4所示）选用不当引起柴油发电机过度磨损是造成润滑油过量消耗的主要因素之一。
（1）油的粘度过高时，其残炭含量较大，凝点较高，热氧化安定性、低温起动性、润滑性、洗消作用及泵送性也较差，极易引发活塞（环）与缸壁间产生半干（干）摩擦而导致活塞环（气缸）过度磨损、弹力减弱、粘环及油环回油孔被沉积物堵塞等，造成大量润滑油窜人燃烧室引起过量消耗。
（2）润滑油粘度低，流动性、冷却性及洗消作用较好，但粘度低于一定值时，油消耗会大大增加。因为低粘度润滑油挥发性高，同时密封性也较差，造成大量消耗及泄漏。同时，粘度过低的润滑油，由于承载能力低，易使油膜产生破裂，从而引起润滑油压力明显下降，使之不能有效输送到各工作部位，导致机件得不到正常的润滑，加速气缸、活塞环的磨损。
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图4 机油粘度等级表 |
图5 机油的粘度与消耗关系曲线图 |
3、润滑系统泄漏
润滑系统各油路接头、油管、衬垫、油封等处的漏油，均会增大润滑油的消耗量。应加强对气缸垫、气门阀座、导管密封圈及喷油器等机件的密封性检查，并保持其良好的技术性能。
4、油底壳润滑油油面过高
如果油底壳内的油面过高，曲轴旋转时，曲柄、平衡块和连杆大头会激溅过多的润滑油飞落到气缸壁上，而且由于油环在高速滑动时的刮油性能下降，使油环刮不净气缸壁上多余的润滑油，造成部分润滑油窜人燃烧室中烧掉。这不仅增加了润滑油的消耗量，而且使燃烧室积炭增多，加速了活塞、活塞环和气缸套的磨损，增大了活塞环胶结和喷油器喷孔堵塞的可能性。
5、润滑油压力过高
如图6所示，润滑油压力过高时，润滑油的挥发性等方面也发生相应变化。实验表明，润滑油压力越高，润滑油的消耗量也越大。因此，在使用过程中，应将机油压力调整至规定值。
6、冷却液温度过高
如图7所示，如果柴油发电机工作时冷却液温度过高，就会引起润滑油的粘度降低，造成润滑油的挥发加快，从而增加润滑油的消耗量。冷却液温度与润滑油消耗关系。应定期清洁冷却系统，检查节温器等部件，使冷却液温度保持在正常范围内。
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图6 机油压力与机油消耗关系曲线图 |
图7 水温与机油消耗关系曲线图 |
7、活塞环磨损
造成活塞环组磨损的主要原因有高的滑动速度和加速度（滑动速度一般为：7～16ｍ/ s；加速度为12000～15000ｍ/s2）；柴油机负荷和较高的燃烧压力（使活塞环与缸壁间，活塞侧面与缸套间以及环与环槽间承受很高不均衡的压力。如图8 所示）；尤其是汽缸上部、第一道压缩环及活塞环壁，因润滑条件恶劣，再加上受到爆发冲程高温高压气流的冲击，以及使用操作不当等因素的影响，约有40％ 左右的柴油机在磨合运转期间，均发现有不同程度的异常磨损现象。
（1）气环过度磨损
柴油发电机工作时，气环随活塞作高速往复运动，存在气环泵油作用。当活塞环端面间隙正常时，气环的泵油量是有限的当气环端面因磨损使间隙过大或者破裂时（检测如图9），活塞环的泵油作用会大大增强，使得润滑油从开口间隙进入燃烧室燃烧，润滑油的消耗量明显增多。
（2）油环过度磨损或断裂
油环的功用是将气缸表面多余的机油刮下，不让它窜入燃烧室，同时使气缸壁上的油膜均匀分布，从而改善活塞的润滑条件。当油环过度磨损或断裂时，油环刮油作用减弱或消失，致使气缸壁上的润滑油窜入燃烧室，增大润滑油的消耗量另外，当油环胶结咬死在环槽中，也会使其失去刮油作用。
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图8 柴油机活塞环上的压力分布情况 |
图9 活塞环间隙测量 |
8、气缸套与活塞配合间隙过大
当汽缸壁与活塞第一道环壁的磨损量超过正常间隙的20％时，其机油 的耗量将增加2倍以上（如图10所示），而与活塞环径向磨损的3次方成正比。
由于磨损使气缸套与活塞的配合间隙过大，将导致活塞在气缸内上下运动时产生偏摆，活塞下行时，大量的润滑油进入活塞环与环槽活塞上行时，将过量的润滑油压入燃烧室造成消耗。当空气滤清器失效，润滑油选用不当或污染变质，燃油的品质差或燃烧不良时均会引起过度磨损。
柴油发电机运转过程中，当气缸热变形超过某一限度时，活塞、活塞环不能充分适应气缸的变形量，在局部也会出现较大的间隙造成大量的润滑油窜人燃烧室。同时，气缸变形还将导致活塞环在气缸内高速滑动时的运动状态发生变化，产生轴向和径向的扭曲和变形，增大磨损量，更加速了润滑油的消耗。造成气缸变形的原因主要有以下几点：缸套壁厚不均匀或装配过盈量大；缸套装入缸体后上平面凸出量过大（湿式缸套）；气缸盖螺栓松动或紧固时扭力不均；柴油发电机爆燃以及气缸套加工精度低，材质不良或壁厚不均匀。因此，在维修和装配时要加强对气缸及其他配合间隙的检查（图11）。
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图10 缸壁、活塞环壁间隙与机油耗量关系曲线图 |
图11 气缸检查
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9、气门导管过度磨损或油封损坏
柴油发电机工作时，如果气门导管过度磨损或油封损坏，将导致气缸盖顶部大量的润滑油漏入进、排气腔及滞留在气门导管和气门杆间隙内。在进、排气过程中，由于气体流速较大产生很大的负压，使漏入进、排气腔和滞留在气门导管内的润滑油被吸入气缸内或排到大气中去，造成润滑油过量消耗。
10、涡轮增压器损坏
涡轮增压器的压气机叶轮和中间壳之间的O形密封圈和密封环损坏时，会导致润滑油从涡轮增压器中间壳经压气机叶轮室进入气缸。另外，当增压器回油管堵塞、变形或其他原因造成的回油不畅时，增压器中司壳内的润滑油压力增大，以致润滑油从增压器两端密封环处漏出。以上两种情况都会导致润滑油消耗量过大。
11、转速及运转模式变化
试验表明，随着转速的增高，机油耗量明显上升（如图12所示）。
因为活塞、活塞环在与汽缸作相对高速滑动时，其温度会骤升，从而导致活塞环的弹力及气密 性下降；同时，高速滑动的刮油环，由于惯性的作用，其控制机油上窜的机能将明显下降；而且高速 滑动的活塞环还会出现异常的“颤振”和“悬浮’现象。另外，不同的运转模式，机油消耗量也有较大差异。如柴油机启动、停机频繁；反复多次加减速 以及经常在发动机制动状态下运转时，其机油耗量将比稳定转速下的消耗量增加10%--30%。
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图12 柴油机转速与机油耗量关系曲线图. |
二、预防机油消耗过多的措施
柴油发电机的机油消耗，正常标准是燃油消耗的2%～3％。所以需要降低机油消耗，应采取如下措施。
1、正确选用机油
要按照康明斯生产厂家的规定，按说明书选用康明斯机油粘度等级。
不同质量、粘度等级的机油，其添加剂的成份、类型以及粘温特性等性能有较大的差异。所以， 在选用时必须根据柴油机的性能、结构、工况以及运行条件等因素合理选用。
（1）一般新机（大修后）、技术状态良好的柴油机，在保证正常润滑的条件下，应优先选用粘温特 性好、品质高、清洗能力强的中高档的多级机油。反之，机油的粘度可适当提高一些。
（2）不同质量、粘度等级及不同使用类型的机油禁止混用；加注前一般应不少于48h的沉淀；同 时，加注时应严格控制其数量，防止油平面过高。
（3）定期检查曲轴箱内机油的数质量，并做好定期更换。禁止在机油已经变质的情况下，直接将 新油注入曲轴箱。
（4）加注的场所必须无污染、无风沙；器皿必须干净、卫生；防止水、尘埃等污染物混入。
2、保养好曲轴箱通气孔，废气不要窜入曲轴箱
柴油发电机曲轴箱加油口盖上有一小孔，这个通气孔的作用是使曲轴箱与大气相通。当柴油发电机工作时，活塞顶部的气体通过气缸与活塞、活塞环之间渗漏到曲轴箱，使曲轴箱的压力加大。由于经常保持气孔与大气相通，曲轴箱内的压力就不会上升，渗漏也就减少。
大量废气窜入曲轴箱，会造成曲轴箱中压力增大，使机油渗漏严重，污染机油。因此，要做到如下几点：
（1）保证活塞环的开口间隙、边间隙。
（2）保证气门杆与气门导管的正确间隙。
（3）经常检查气缸、活塞、活塞环等的磨损情况，超过极限时立即更换。
3、保证活塞环的技术状态
首先保证活塞环的开口间隙和边间隙。其次保证油环和活塞环槽小油孔的畅通。活塞环分压缩环和油环两种，压缩环主要起密封作用；而油环起刮油作用，即将气缸壁上的机油刮下，通过油环中的油孔，重新进入曲轴箱，不致使机油进入活塞顶燃烧。所以保养活塞连杆部件时，一定要注意油环油孔、活塞环槽油孔畅通无阻。
4、正确安装活塞环（图3）
（1）镀铬的压缩环要安装在第一道活塞环槽中。
（2）有扭力环的，其方向不要装反。
（3）活塞环开口不要对准燃烧室，上下环的开口要错开。
（4）活塞环要在环槽中试装，否则会发生卡死现象。
（5）正式安装时，活塞、气缸壁、活塞环上要涂一薄层干净的机油。
5、气缸阻水圈不要漏水
缸套阻水圈如果漏水，会有大量的热水流入油底壳，使阻水圈失去弹性，老化变质。禁止使用有毛边、气孔、砂眼、裂纹等的阻水圈。安装时，阻水圈应全部进入槽中，不得扭曲、挤偏，位置要端正。
6、机油压力和温度要适当
机油压力过高和过低，表明润滑系统有故障，或曲柄连杆系磨损，或机油变稀、变稠、老化变质等，所以在工作中要经常检查机油压力是否正常。机油温度过低，机油黏度加大，影响润滑；机油温度过高，机油变稀，润滑性能下降，所以柴油发电机的机油温度一定要在70～85℃之间。
7、保养好润滑系统
保养好机油滤清器，可以保证机油清洁，使柴油发电机各机件得到良好的润滑。对它们的保养必须按时、按号、按操作规程进行。
机油的更换周期应按出厂说明书规定执行。更换机油时必须按规定清洗油道和油底壳。
8、防止渗漏
机油渗漏不但使机油消耗增加，而且会使柴油发电机脏污，应该积极采取措施防止机油渗漏。
通过对滑油消耗的途径及消耗过量的原因分析，须在增强轮机管理⼈员责任⼼的基础上，熟悉其性能参数，并在实际运⾏过程中采取各项措施确保润滑油的正常润滑和冷却作⽤，并在润滑油不达标时及时更换，只有这样才能保证船舶安全稳定⾼效运⾏，降低故障的发⽣率和延长柴油机的使⽤寿命。
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