【案例】副机ABB增压器TPS48-61D：轴封漏油故障分析与处理
上海海事大学船用电喷柴油机培训课题组
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某轮副机增压器为重庆ABB江津涡轮增压器，型号为TPS48-61D。该型副机在我公司船队中被大量应用，经常发生滑油通过油封渗漏、造成积炭的问题。本文分析该故障产生原因、处理措施和改造后的效果，并总结改造机理和工程意义。
一、轴系密封结构分析及初步处理措施
该增压器的轴承部件结构如图1所示，图中32108和21002为轴承两端的密封环，泄漏就在此处发生。
图1 增压器轴系零件图
该环为钢制环，弹性较大，靠弹性实现外环面的密封。说明书中该环的名称为Piston ring，直译为活塞环，具有类似柴油机活塞环的作用。在轴的旋转运动中，该环要实现对润滑油的密封必须要承担动密封面的密封，密封面为环的端面。环面与轴径是静密封，靠环的弹性和环面的机械加工精度实现与32221(Bearing cover）的紧密贴合。同时，该环的环面密封还可以保证轴的轴向窜动情况下的密封。
最简单的改进方法是提高该密封环及其结合面的表面加工精度，增加环片的弹力。由于该环经常出问题，公司从原厂订制环片。在每次安装前，轮机长都仔细检查接触面等，每一安装步骤都按说明书进行，但该机型仍经常发生此故障。
二、润滑油供油压力对润滑性能的影响
该型增压器轴承采用动压润滑，当轴颈旋转将润滑油带入轴承摩擦表面时，由于润滑油的黏性作用，足够高的旋转速度使润滑油被带入轴和轴瓦配合面间的楔形间隙内而形成流体动压效应，即在承载区内的油膜中产生压力。当压力与外载荷平衡时，轴与轴瓦之间形成稳定的油膜，从而实现流体动力润滑。实现动压润滑需要满足的条件有：摩擦表面具有收敛楔；轴颈具有足够的转速；润滑油具有适当的黏度；外载不得超过最小油膜所能承受的限度。
动压润滑不像静压润滑那样需要靠外界压力产生油膜压力以平衡外载荷，对供油压力的要求不高，供油压力只要能够持续供油即可。供油压力对承载力有影响，但不大[1]。供油压力主要影响供油流量，流量大小会影响油液带走热量的多少，从而影响油液温度。油液温度会影响油液黏度，黏度对动压润滑很重要，黏度过低会导致动压油膜形成困难[2]。滑油温度的高低反映了滑油的流量大小，过小的流量不能带走轴承摩擦产生的热量。
这种密封方式的密封效果和供油压力息息相关。说明书中副机系统滑油压力的要求是4.0～5.5千克，该机滑油压力一直为5.5千克，处于允许值的最高边界值。说明书中透平滑油的压力要求是2.0～4.5千克。压力高易导致滑油泄漏。由于动压润滑的原理，采用的降低滑油压力的方法从理论上讲是可以防止密封故障的。专业公司提供了控制供油压力的方法以解决该问题。后经咨询厂家和船级社得知，只要保证供油压力符合说明书要求，同时滑油温度也不超过说明书要求即可。为彻底解决这一问题，我公司委托专业公司进行了改造。据该公司介绍，他们已经成功进行了多台该机型的改造，效果良好。因为此问题具有一定的共性，特总结后供轮机管理界参考。
三、改造与效果分析
1. 改造方案及运行数据记录
透平滑油压力表安装位置位于透平前端，其读数为系统的滑油压力。为读取透平内部滑油压力，壳体开孔加装压力表，以观测透平内的滑油压力。为了防止滑油泄漏，在透平上加装节流孔，加装方法如图2所示。
图2 流道加装节流板
为分析改造效果，记录了改造后2 069多小时的副机运行数据，每两小时观测记录一次，结果见表1。
表1 副机运行参数表
从表1可以看出，随着功率的增加，透平滑油压力减小，变化范围符合说明书的要求，各方面工况良好。副机额定功率为1 360千瓦，发电机的额定功率是1 290千瓦，当船舶加装冷藏箱比较多的时候发电机功率可达到900～1 100千瓦，这时透平滑油压力在2.4到2.5千克，属于正常范围。目前增压器已运行2 069小时，运行工况正常，副机工况热工均正常。
2. 数据分析
在系统压力不变的情况下，影响增压器滑油压力的因素主要是滑油黏度，而滑油黏度取决于滑油温度。根据表1，可以分析出功率与滑油进出口温差的关系，如图3所示。图中纵坐标为滑油进出口温差，单位是摄氏度；横坐标为发电机功率。从图中可以看出，两者基本为线性关系。这说明滑油温度主要取决于机器的输出功率，和其他因素关系不大。滑油牌号是SINOPEC 4030，因为条件所限，我们没有实测该滑油的黏温特性。
图3 功率与滑油进出口温差关系图
增压器滑油的温差变化和滑油的压力关系如图4所示，可以看出滑油温升越高，压力越低。
图4 增压器滑油温差与滑油压力关系图
滑油温度与滑油压力的关系如图5所示，滑油温度越高，压力越低。结合图3可以得出结论：滑油的压力由滑油黏度（文中列出的自变量为温度，间接反映了黏度的变化）决定，和其他因素无关。
图5 增压器滑油出口温度与滑油压力关系图
改造后的结果表明，对供油压力的调整并未使得动压润滑出现问题，同时解决了轴封漏油的问题。
四、结语
为解决增压器轴承的滑油泄漏问题，采取了加装节流孔降低滑油压力的方法，既降低了泄漏的风险，又满足了轴承润滑对滑油的要求。由于时间短，技术投入不足，目前没有找到节流降低供油压力的临界点，但目前的节流量已经降低了滑油泄漏的风险。具体的风险量化数据待我公司大量安装改造后再统计。
在后续的管理工作中，我公司将继续关注该问题，增加对增压器轴径的检查频率，确保轴径的表面光洁度、轴径磨损尺寸在规定范围内；增加对轴承温度的监控，防止由于滑油供油压力的下降造成流量下降进而导致轴承散热效果不佳对轴承产生损害。通过日常监控观察轴承温度，再对比轴承磨损量，保证散热效果满足要求。
根据改造公司提供的资料了解到，该改造方案已经实施了很长时间，效果良好。按照说明书合理调节滑油压力、避免轴承在压力上限值运行的改造措施是可行的，可为业界解决类似问题提供参考。
作者简介：
曹文亮，轮机长，中外运集装箱运输有限公司
杨德平，中外运集装箱运输有限公司