卡特彼勒G3520型燃气发电机组曲轴抱瓦的原因分析及预防措施

卡特彼勒G3520型燃气发电机组曲轴抱瓦的原因分析及预防措施

发表时间：2018-07-05T16:11:27.293Z 来源：《电力设备》2018年第9期作者：宛永军[导读] 摘要：燃气发电项目是近年来兴起的煤层气综合利用的重要方式之一，其对于提高能源的综合利用水平和环境保护都具有重要意义，其中燃气发电机组是这一项目的核心、是电厂正常运行的关键。（中煤昔阳公司瓦斯发电厂山西晋中 045300）摘要：燃气发电项目是近年来兴起的煤层气综合利用的重要方式之一，其对于提高能源的综合利用水平和环境保护都具有重要意义，其中燃气发电机组是这一项目的核心、是电厂正常运行的关键。文章以卡特彼勒G3520型燃气发电机组为研究对象，就曲轴抱瓦的原因和预防措施展开探讨。

关键词：G3520型；燃气发电机组；曲轴抱瓦；原因；预防措施发动机曲轴烧瓦是一种严重的故障，造成这一故障的主要原因是发动机的机械负荷和热负荷过大，曲轴轴颈与轴瓦之间未能形成有效润滑油膜，出现局部干摩擦，引发粘着摩损，使轴瓦表面的软金属剥落、撕裂，又形成磨料磨损，最终使轴瓦变形。轴颈表面受到烧蚀、划痕、失圆等不同程度的损伤，互相焊粘，此就是烧瓦抱轴。造成发动机烧瓦抱轴的主要原因有三个方面，分别是：一是油液的影响，二是曲轴轴颈与轴瓦配合间隙的影响，三是轴瓦散热冷却程度的影响。

一、油液的影响润滑油液不仅能形成润滑油膜，而且承担着轴颈、轴瓦表面的冷却、清洁作用。油液影响曲轴烧瓦主要表现在油压、油温和润滑油质量等方面。

（一）油压

油压过低会造成轴瓦表面缺油，使破裂的油膜无法修复，从而出现轴瓦与轴颈干摩擦，导致高温烧瓦。油压过低会降低润滑油带走轴颈、轴瓦所吸收的部分热量，致使轴颈、轴瓦表面温度过高发生局部干摩擦，引发粘着摩损导致高温烧瓦。

油压过低降低了润滑油对轴颈轴瓦表面的清洗，带不走由于零件磨损造成的金属细沫和其它杂质，使轴颈、轴瓦表面产生划痕。造成油压过低的原因： 1、机油泵出力不足机油泵的齿轮啮合程度决定油泵的出力，油泵轴承、齿轮组损坏都会造成齿轮啮合不好而使机油泵出力不足，另外机油泵的动力传动齿轮损坏也会造成机油泵转速变化而导致机油泵出力不足，机油泵泄压阀如果发生卡涩（不复位）会使机油在泵体内循环，也将直接影响机油泵出力。

2、油道管路密封不严或破损机油泵入口前管路如果出现密封不严或破损，会在机油泵运行中吸入空气，进一步使油管路存在气滞留，这些气泡能造成降低机油的润滑能力，机油泵出口后油管路发生突然性破裂或渗漏，会造成油压瞬间下降，影响轴颈、轴瓦润滑。

3、机油入口滤网和油管路堵塞机油入口滤网和油管路堵塞会严重影响机油的供给，致使轴颈、轴瓦表面温度过高发生局部干摩擦，引发粘着摩损导致高温烧瓦。

4、预润滑不足

机组停运时，机体内各部件及主油道内存的油会自然回流至油底壳内，预润滑就是为了将润滑油送至各润滑表面，使机组停运时附着在各部件润滑油上的固体颗粒和杂质以及油管路中的空气在机组启动之前就有时间汇集到油底壳和机油滤清器中，以减少机组运转后的磨损，保证机组在启动时已有良好的润滑。

5、顺序阀失灵

顺序阀安装在主机油总油道与活塞冷却油嘴总油道之间，在发动机主机油道没有建立油压之前，顺序阀关闭，不允许机油流往活塞冷却油嘴总油道，这种设计可以缩短主油道油压建立时间，从而提高发动机启机时轴颈与轴瓦油膜建立。如果顺序阀失灵关闭不严，就会延长发动机主机油道建立油压时间，使轴颈与轴瓦在启机瞬间不能形成油膜保护。

6、油量加注过量油量加注过量，能使曲轴浸在机油中，这既降低了发生的功率，进一步还迫使空气泡进入机油中，这些气泡（泡沫）能造成降低机油的润滑能力，降低机油压力，使曲轴油膜产生破裂。（二）油温

机油的温度直接影响机油的粘度，粘度即通常所说的稀稠度，它是机油最主要的参数，也是机油分类的主要依据，它表示同一种油层之间相对运动时，机油层间分子内摩擦力的大小，通常用运动粘度来表示。油温偏高、偏低都直接影响油膜的质量。机油在使用过程中，经常与发动机的高温零件接触，引起机油温度升高，降低油温靠的是冷油器，冷油器换热效果不佳，将导致油温升高、油液粘度下降、氧化变质，由此影响机油流量，机油压力下降，进一步使轴颈和轴瓦的润滑条件变化，很容易引起烧瓦现象。 G3520C发动机油温提升靠的是缸套水温度和机械零部件温度来传递，特别是在冷机启动阶段，启机前预润滑使用的是环境温度下未经加热的润滑油，当油温过低时，润滑油粘度过大，流动性差，油道内充填的高粘度润滑油在启机瞬间，进入曲轴的油量过少且粘度高，不能建立很好的油膜，容易使轴颈与轴瓦直接接触，加快曲轴与轴瓦的磨损和损坏。解决这一问题最好的办法就是启机前暖机，暖机是指对发动机冷却系统、润滑油系统进行预热。启动缸套水加热循环泵、预润滑油泵，给机体各部件加温和各运动摩擦表面供应润滑的过程，是油温通过水温——机体部件——润滑油升温的过程。暖机的目的是：通过对气缸等各部件的预热，减少机组启动后由于温度突变产生的热应力；改善启动性能和发火性能；减少气缸内的低温腐蚀和因热应力影响轴颈、轴瓦油膜的建立。G3520C机组暖机靠的是缸套水加热实现，对润滑油预加热起不到很好效果，如果将预润滑系统进行加热处理或将润滑油温度预热至38℃左右，以便杂质分离和防止油泥沉淀在管壁上，并可减轻预润滑油泵、机油泵的负荷。使机组在启动时各摩擦表面油膜能更好的建立。（三）润滑油质量

润滑油由石油精炼而得的馏分矿物油为基础油与各种功能的添加剂混合组成。基础油的组成与粘度以及所含添加剂的类型与浓度基本上决定了润滑油的使用性能。

1、润滑油的性能指标

润滑油的性能指标主要有粘度、粘度指数、闪点、凝点、残炭、灰分、酸值、腐蚀性、抗氧化安定性、热氧化安定性、总碱值、抗乳化度、机械杂质和水分等10余种。这些指标均安国家规定的试验方法进行测定，它们基本上反应出润滑油品质的优劣。

粘度是润滑油的重要指标。一般来说润滑油粘度大，摩擦阻力增加，机械效率降低；粘度小，在较高温度下难于在金属表面形成可靠的油膜，以至磨损增大。因此发动机润滑油粘度过大、过小都是不适宜的。它在很大程度上决定着两摩擦表面楔形油膜的形成。

润滑油粘度随温度的升高而降低，这种性能称为润滑油的粘温特性。对于发动机在不同季节冷车启动和正常运转时，润滑油的工作温度不同，其粘度大小也不相同，这对保证可靠的润滑影响极大，因而仅以测定温度下的粘度来判断润滑油的品质是不够的，还必须注意粘度随温度变化的规律。不同润滑油的粘度特性是不同的，如有的润滑油温度每升高10℃，粘度能减少3/4，有的润滑油则减少一半。若润滑油的粘度随温度变化程度小，它就能在比较大的温度范围内满足要求，这种润滑油的粘度特性就好。

2、润滑的分类

在发动机润滑中，按表面的润滑情况可分为以下几种润滑形式

（1）边界润滑

两运动表面被一种具有分层结构和润滑性能的薄油膜分开，这层薄油膜厚度通常只有0.1um以下，称为边界膜。在边界润滑中，其界面的润滑性能主要取决于薄油膜的性质，其摩擦系数只取决于摩擦表面的性质和边界膜的结构形式，而与润滑油的粘度无关，润滑边界膜可由润滑油中的极性分子吸附在零件表面形成吸附膜或由润滑油添加剂中的某些元素与摩擦表面的化学反应所形成反应膜。机组上一般开放性的零件都是边界润滑。

（2）液体润滑

两运动表面被一层一定厚度（通常为1.5—2um以上）的润滑油液膜隔开，由液膜的压力平衡外载荷。其润滑性能完全取决于液膜流体的粘度，而与两表面材料无关。这种润滑的摩擦阻力低，磨损少，可显著延长零件的使用寿命。曲轴与轴瓦润滑即属于液体润滑（3）混合润滑

摩擦表面上同时存在着液体润滑和边界润滑（称为半液体润滑）或同时存在着干摩擦和边界润滑（称为半干摩擦），都叫混合润滑。

气缸润滑即属于混合润滑

3、形成液体润滑的方法

根据液体润滑，液膜压力的产生方式可分为液体动压润滑和液体静压润滑两种。

（1）液体动压润滑

动压润滑由摩擦表面的几何形状和相对运动，借助于液体的动力学作用，形成楔形油膜，产生油楔压力以平衡外载荷。在正常运动中，只要供油连续，轴颈就会完全被由润滑油动力作用而产生的油楔抬起，同时在轴瓦与轴颈之间形成一定偏心度，轴颈所受负荷由油楔中产生的油压所平衡。此油楔的形成及其产生的压力主要于以下因素有关。

a、摩擦表面的运动速度

转速越高，越容易形成油楔。显然当发动机刚启动时，难以形成完整油楔。

b、润滑油粘度

粘度适当容易形成油楔，若粘度因润滑油牌号不当或变质而过小，润滑油就不易被轴颈带动，并且易从轴瓦两端流出，而粘度过大则难以涂布。

C、轴承负荷

负荷越高，越难以形成油楔，尤其在冲击负荷作用下，将可能破坏已形成的油楔。

d、轴承间隙

间隙过小，润滑油不易进入接触表面使轴颈浮起，间隙过大，润滑油容易从轴承两端溢出，所以轴承间隙必须适当。此外，轴承的油槽位置也影响油楔压力。

e、轴颈、瓦面表面光洁度

如工作表面光洁程度高，很薄的油膜就能完全隔开两个摩擦面，容易形成液体动压润滑。

（2）液体静压润滑

静压润滑是从外部向摩擦表面供给有一定压力的液体，借助于液体的静压力产生油膜以平衡外载荷。

油液质量主要表现为油液的粘度、含水量、含硫量、抗氧化添加剂含量和杂质含量等。粘度不足油膜的抗冲击能力下降，容易被压破，引起局部干摩擦。水分的渗入，使油液乳化变质，润滑减摩作用下降，还容易生锈腐蚀。硫的存在，直接和轴瓦表面减摩合金反应，形成硫化铅，使轴瓦表面变黑，金属剥落，形成麻坑。杂质的存在，使液体摩擦中出现磨料磨损。

为此，在更换润滑油液时，务必按机组规范所要求的品种，选好润滑油液。同时还应按保养规范定期检查机油质量，该更换时切莫拖延时间，再有，消除润滑系统以外的故障隐患，防止机油受到污染，具体工作包括

a、每天检查冷却水水量，防止冷却水漏进油底壳

b、对缸压不足，串气明显的气缸，及时更换活塞环乃至活塞、缸套防止串气高温使油液过早老化。

C、定期保养加油口、换气口过滤网，防止灰尘、杂质混入油液。

d、在磨合期，选用油液质量级别要满足发动机厂家的使用要求，如果选用质量级别过低或油质低劣的油液，则不能满足发动机最基本的润滑要求。同时，发动机在磨合期轴瓦间隙小，轴、瓦间易产生金属磨屑和大量的热，这就要求润滑油要有更好的流动性，即较小的粘度，这样更容易带走金属屑，起到更好的冷却作用，避免了烧瓦事故发生。

二、轴颈与轴瓦配合间隙的影响

（一）设备自身影响

曲轴在轴瓦的支撑下，在高温、重载下做高速运转，曲轴和轴瓦不仅需要有高精度的加工形状和表面加工质量，同时还需要有高精度的装配质量。大小合适的轴、孔配合间隙是以两个“高精度”的具体表现。同时，油楔浮力的建立，油膜的形成都依赖这合理的配合间隙来保