“金海油3”轮WHPX型重油分油机故障分析
前言
众所周知，当今大中型船舶的中低速主推进柴油机几乎全部燃用劣质低级重燃料油，即所谓重油，其含有从裂化器，诸如减粘劣化器，热裂化器和催化裂化器来的残余物和馏出物。特别是随着对原油提炼方法的升级及开采时原油本身含有较重类型原油的增多，都加大了对重油的净化难度。而对于船舶，燃油的净化主要靠分油机来完成。船用燃油分油机在机舱中所占空间不大，但其在船舶动力装置中的地位却是显得非常重要。它对运转中的柴油机燃油进行处理，去除水分，杂质，从而达到燃油净化的目的，同时分油机在船舶动力装置中还可以用于加热重油。分油机分离效果的好坏直接决定着进入柴油机高压油泵的燃油的品质的好坏，从而影响主机的运行状况。但由于其是靠本身的高速旋转达到对燃油的净化的，通常其转速达6400r/min以上，因此其各部件工作条件比较恶劣，同时其内部结构比较复杂，使分油机故障成了机舱里比较常见的故障，如分油机出水口跑油，排渣口跑油等。而且一旦产生故障，经常是由多种原因共同引起的，这给分析和查找故障原因带来了一定的难度。而且在日常管理中，一旦分油机出现故障，就盲目将其拆开清洗，如装复正常，也就不再琢磨，研究。久而久之，而真正能确切判断故障，搞清原理的并不多。
一 分油机故障现象
“金海油3”轮NO 2重油分油机为a-laval WHPX型分油机,为可控部分排渣自清式分油机,其分离密度为：820kg//15℃—991 kg//15℃。如图 ( 1 ) 。如果该机运转时工作正常,其出水口S（5）应只能出分离出来的水,而在一次定期清洁检查,装复完毕后使用时,发现该分油不能正常工作。具体现象为：启动分油机待电动机达到正常的转速后,分油机进行水封,开始供油,分油机工作正常，出油口R（4）有燃油流出。但在几分钟后,很快发现了燃油从出水口流出。当时随即停分油机,对分油机进行自动排渣。然后又对分油机进行分油操作，仍然是在分油正常后不久就出现了出水口跑油的现象。仔细地检查了电动机的转速,进油的温度,以及高置水柜的水位后，又按正确地步骤，重新启动重油分油机，依然如此。于是拆开滤器进行了清洁,然后再把摩擦片全部更新。考虑到配水系统的水垢阻塞会引起跑油,又对分离筒解体对配水盘上的水垢进行了清洁,清通了泄水孔，主密封环环槽，检查了复位弹簧等部件。装复，虽然症状有所改善，但仍未彻底排除，过不了多长时间再次发现出水口有燃油流出。
二 该分油机结构及工作原理
1 基本组成结构
如图(1)所示为该分油机分离筒和自动排渣系统的结构。这种分油机由分水机改为分杂机只需将重力还改为分杂盘即可。分离筒本体（J）和筒盖（F）用大锁紧环把它们紧在一起。筒内安装配油器（D），配油锥体（VV）和分离盘组（G），待分油流过配油器，配油锥体，在分离盘组内进行分离。分离盘最上端为顶盘E，其颈部与液位环C形成油腔（aa），向心泵（U）将油腔中的净油泵出分离筒。分出的水沿分离盘组的外缘上升，经顶盘流至油腔上部的水腔（a）溢过重力环（AA）由向心泵（T）泵出。分出的渣朝筒内四周运动，汇集在分离盘组外缘的渣空间（ii），通过排渣口（I）定时排出。重力环或分杂盘被小锁紧圈（B）固定在分离筒盖上，此锁紧圈也构成小腔的上盖。其自动排渣系统主要由滑动底盘（K），滑动圈(L)，配水盘(Z)及工作水系统等组成。
图 1
2 基本工作过程
该分油机的工作过程可以自动控制也可以手动控制，具体叙述如下：
1 当要进行分油作业时，起动分油机，待达到额定转速后，打开水阀（16），密封和补
偿水进口（P2）进水，密封水经配水盘下部的密封水腔（Y2）。由于此时在弹簧（O）的的作用下，滑动圈将泄水阀（X）关闭，密封水腔形成密封状态。在分离筒高速运转的情况下，滑动底盘下方的压力大于上方的压力，从而使滑动底盘紧压在分离筒盖上，使其保持密封，以进行分油作业。
2．2 分离筒密封好后，便可开启进水口（10）进水封水（若分杂可免次项工作）。待分离筒水封好后[一般以出水口（5）有少量水流出为准]，便可进油，进行正常分油作业。若在分油过程中，密封水有少量泄漏，水阀（16）便打开，从密封和补偿水进口（P2）进水进行补偿。
2．3 当要排渣时，进油口（1）停止进油，进水口（10）进置换水，进行分离筒内部冲洗和赶油，以利排渣和减少排渣时油的损失。然后打开水阀（15），开启工作水进口（P2）进水，经配水盘进入开启水腔（Y1），直至滑动圈上部开启水压力大于下部弹簧（O）弹力。此时滑动圈向下移动，打开泄水阀（X）使滑动底盘下部密封水腔的密封水泄出。滑动底盘此时在其上部的压力作用下迅速下落，打开排渣口排渣。
3 作分水机工作时其工作原理
这种分油机由分水机改为分杂机只需将重力还改为分杂盘即可。当燃油携带大颗粒的杂质和水滴进入分离盘空间以后，立即在离心惯性力作用下被甩向外边；一部分杂质和水滴被燃油液流带向转轴中心，经过与分杂机中相同的路径，沿分离盘的下表面被分离出来；干净的燃油则沿分离盘的上表面流至转轴中心处，再由排出口流出分离筒。这样在高速旋转的分离筒中，由于油和水的密度不同，油和水分层时一定有一个油水分界面，即图（2）中y-y线所表示的与转轴中心相距e的圆柱面。分界面以内的空间被油占据，分界面以外的空间为水和杂质。油水分界面的位置十分重要，它直接影响然油的分离质量，其最佳位置应在分离盘的外边缘，从而使燃油能利用分离通道的全部长度，达到最有效的分离目的。若分界面向内（转轴中心）移动进入分离盘组件，则造成分离盘组件阻塞，被油携带的若干水滴和细小杂质颗粒将分离不出去而随油一起排出分离筒，降低了分离效果。若分界面外移，一方面会降低从水中分离油的效果，从而造成水中带油，另一方面有可能破坏水封，造成然油由出水口流出，即出水口跑油。而图（2）中y-y即为最佳分界面位置。
图 2 图 3
三 分油机出水口跑油的原因分析
从分油机的工作原理和过程,可以推出分油机出水口跑油现象大致可以分两种情况：
1 油水分界面外移致分离盘外，其原因有：
1．1 重力环选择不当
即重力环内径过大。油水分界面的位置是重力环内径确定的，重力环内径的大小直接影响油水分界面的位置。而重力环内径的大小是根据燃油的密度来确定的，用密度大的油品，应选用内径小的比重环，若选用的重力环内径大，则油水分界面外移，造成出水口跑油；若选用的重力环内径过小，则油水分界面内移造成燃油分离效果变差。选择重力环的原则是：在不破坏水封的条件下，应尽量选用内径大一些的重力环，一般在分油机的说明书中都附有选择重力环的图表。
1．2 油温不合适
即油温未加热至要求值，密度太大。如图（3）根据分界面不动时油，水对分界面压力相等的关系可以推导出下列公式：
式中：——出油口直径，固定不变，mm；
——出水口直径（重力盘的内径），可以选择，mm；
——油，水分界面的直径，mm；
——在某分离温度时油，水密度的比值
从上述公式可以知道油水分界而位置是与温度、油和水的密度有关系的。油温过低会使油水分界而外移，从而发生分油机跑油现象。
2 水封情况未能建立或受到破坏
2．1 起动时水封水未加或加的太少
由于管理者的疏忽，忘记了在分水机分油前将水封水注入分离筒，从而不能在筒内外周形成水封区。或者注入的水封水太少，不能形成有效的水封区，一般以出水口有少量水流出为准。
2．2 进油阀开的过猛，水封被破坏
由于操作不当，在建立水封水后，开燃油进口阀时，如果开阀的速度过快，进油量过大，从而造成冲击破坏水封使燃油从出水口中跑出。
2．3 转速不足使水封压力不够
如果摩擦片损坏、打滑，使分离筒本体没有足够的转速，也就是说分离筒本体不能产生足够大的离心力，则油水分界而外移，从而造成出水口跑油。这也是为什么在密封前和水封以及分油时必须使分油机达到额定转速的原因。否则就难以进行正常的分油。
2．4 分离盘片脏堵
分油机的分离盘片应定期进行清洗。分离片严重脏堵导致燃油不能均匀地分配到各分离盘中，从而使分离盘内的燃油压力显著升高，造成油水分界而外移最终使分油机出水口跑油。
2．5 主密封环密封不良
由于分离筒盖与分油机的活动底盘之间的主密封环未压紧或因某些原因损坏，引起两者之间密封不良。导致水封水泄漏，最终引起出水口跑油。
四 故障分析与排除
1 故障分析
由该分油机的故障的现象，我们可以知道该分油机一开始是能够进行正常工作的，只不过在正常分油后不久发生出水口跑油现象。那么我们可以断定该分油机在运行前水封已经建立起来，而且也可以确定在注入水封水时，是看到有水从出水口流出才停止加水封水的，由此可以排除2．1中对故障的分析。此故障是在我们对其进行定期维护清洗以后发生的，并且故障发生后，我们又对其进行了拆卸清洗，将分离盘片及可以清洗的地方全都清洗干净；在启动以后，经过测速其转速达到7200 r/min ，应该已经达到正常转速；对于2．2中提到的问题，我们也注意了，是小心翼翼的将进油阀打开的；由此我们可以排除由2．2，2．3，2．4中的原因造成该机出水口跑油的可能性。并且在故障发生以前，重力环和油温，油质都没有发生变化，那么也不可能是由于重力环和油本身的原因引起油水分界面的外移，从而引起出水口跑油的。那么现在只剩下2．5中提到的原因了。
主密封环就是水封水的密封环。它位于分离筒盖上，其的作用是阻止水封水泄漏。当滑动底盘被工作水托起来，贴合在分离筒盖上后，靠它密封贴合面。如果主密封环损坏不能进行有效密封，就会使分离筒内液体与排渣口相通，引入的水封水在极高的转速下产生极大的离心力，使水从分离筒与活动底盘之间的空隙中迅速泄漏。即从排渣口跑掉，无法建立起正常的水封，在分油的过程中也会使油从排渣口跑掉。
由于主密封环只发生较小泄漏，在建立水封时进水量较大，主密封环的微小泄漏不会使水封水不足，所以引水一进入分离筒就马上建立起水封，即启动后一开始可以正常分油。但在以后的分油过程中，随着水封水不断的泄漏，而从油中分出来的水比较少且不足以补偿泄漏的水，使水封水很快显的不足，最后导致水封水不能封住燃油，使燃油大量地从出水口流出。这就是为什么在正常分油后不久就从出水口大量跑油的原因。
2 故障排除
根据以上在理论上找到的根据，我们对分油机进行解体检查，特别是该主密封环的磨损程度和表面光滑程度，经过仔细检查，发现该环侧而有被利器撬过的痕迹，这是用错误的方法拆卸主密封环所造成的。原因可能是我们在解体完分油机后对各个部件做了检查和清洁，考虑到主密封环己经用了很长一段时间，于是决定将其换掉，但在装上新环后，发现新主密封环与环槽贴合的不是很好。又把新环取出，而重新换上旧的环。在这个过程中由于拆卸的方法不当，造成了主密封环微小损伤而不能进行有效密封。从而导致了分油机出水口跑油的故障。在主密封环贴合面的背面有四个圆形的小孔，如图（4），其中两边背面各有两个，斜向上直通环槽，这些小孔是专门用来正确拆卸主密封环的。如果用尖锐的硬器来拆卸密封环，则密封环很容易损伤，使密封效果下降甚至无法密封。在找到分油机出水口跑油的原因后，我们又重新更换一只新的主密封环，装好分油机，经试车的观察分油机工作恢复正常，该故障得到排除。
图 4
五 防止分油机出水口跑油的操作和拆装维修要点
本次通过对“金海油3”轮NO．2重油分油机出水口跑油故障的分析和解决，我们要在实际操纵中通过科学合理的管理和维修方法来防止其故障的发生。
在实际操作中要做到以下几点：
1．1 启动前的检查
启动前除应检查分油机齿轮箱滑油位，刹车装置，分离筒，摩擦离合器和各种阀件的开关位置是否符合要求，检查各运动部件的灵活性.防止卡死。还应检查加热器，空气气源是否正常，EPC 400各设定参数是否符合要求。特别是要检查高置水箱的水量是否足够.各管路是否畅通。充足的水量、畅通的管路能保证活动低盘与分离筒盖的良好密封以及水封的建立。除此之外，轮机员还应了解每次装油后所装油的密度，并与与标准相比较，以确认分油机的比重环是否合适，这是选择最佳比重环的主要措施。最佳的比重环能保证分油机的正常工作防止分油机出水口跑油。
1．2 启动和运转
首先启动供油泵和开启分油机加热器，然后启动分油机。分油机加速过程约需5min，在此期间要注意观察分油机启动器上的电流表指针变化是否正常，应确保无不正常噪声或振动的发生。如果采用手动控制，要打开分油机上端的引水阀，待出水管有水流出时关闭引水阀。然后缓慢开启进油阀，特别要注意开阀的速度要缓慢，逐渐增加进油量所规定的分离量一最佳进油量，一般为1/3--1 /2最大分油量，具体可见表1。控制好重油的分离温度，确保最佳分离温度，一般重油分离温度控制在(50士5)℃。在分油机工作的全过程中，一定要保证燃油加热温度及进油量恒定，以确保分离效果。同时要经常察看各油、水、渣的观察孔，监视液流的情况，防止出水口或排渣口跑油。注意分油机的各种故障报警，及时消除消除警报并排除故障。
加热温度与分油量
表 1
品种 粘度cSt（50℃） 加热温度（℃） 建议的最大分油量占额定分油量% 柴 油 机 用 燃 油 1.5~5.5（40℃） 20~40 78 13（40℃） 40 70 30 70~98 62 40 80~98 62 60 80~98 47 100 90~98 45 180 90~98 31 380 98 26 460 98 22 600 98 18 700 98 16 润滑油 十字
头式 抗氧防锈添加剂 80~90 35 清洁剂 80~90 30 筒式 清洁剂 80~90 21
1．3 排渣
如采用自动控制，当运行到选定的时间后，由程序自动引发排渣，排渣后又自动恢复分油作业。如果采用手动控制，根据本船实际，2h需要排渣一次。在排渣时一定要先关进油阀，从进水口进置换水，进行分离筒内部冲洗和赶油，以利排渣和减少排渣时油的损失。
1．4 停止分油机运转
如采取程序控制，则停机时可以再次按下程序开关按钮，分油机便自动先完成排渣，然后自动停止分油。停止分油机后，将启动开关锁住3min，即在停机后3min内分油机不能再起动。切断工作水,防止高置水箱水流失。然后人工关闭分油机加热器，在油温下降后才能停供油泵。
2．拆装维修和保养要点：
2．1 注意各O形密封的安装与拆卸
O形密封环主要起密封作用，为分油机的易耗部件。检查O形密封环时，应注意其凸起的高度和表面有无伤痕以及是否有足够的弹性。运动部件处的O形密封环较固定部件处的O形密封环更为重要。更换O形密封环时，要按照说明书的要求按正确方法进行拆卸，并应彻底清洁环槽。同时安装O形密封环时注意不可扭曲以免使部件的运动受阻。
2．2 注意零部件的结构与功能
零部件的结构与功能是相对应的，结构是实现功能的保证。例如分油机的立轴，其主要功能是高速运转，使离心分离得以实现。立轴上下端有弹簧支撑固定，四周有减振器。可以说立轴处于一种悬浮状态，正是这种弹性结构保证了立轴的高速运转。如果立轴处于一种刚性固定之中，稍有震动或不平衡力出现，在高速运转中产生的后果将是十分严重的。有以上认识作基础，在检修时就会注意到检查上下弹簧的弹力是否足够以及减振器中各周向弹簧自由状态下的长度是否相同等等。
2．3 注意装配标记及销、键的位置
安装时，销、键配合能保证各部件正确到位。例如，活动底盘随同分离筒作高速回转，
但相对分离筒而言，它只在排渣过程中有上下运动。为防止它在分离筒中作周向旋转，在结构上就采用了用销固定的方法。分离盘的上紧对分油机而言是十分重要的，在其锁紧环上有装配标记。这个装配标记正确的前提是：分离盘的数量合适，具有有足够的弹性，通常以不受力情况下分离盘盖离分离顶盘的垂直距离来衡量。否则，即使上紧到标记位置，也不能保证分离盘间距合理。这个预紧力也可能不足以使活动底盘定位。
2．4 注意关键数据的测量
分油机在检修时，有两个主要数据应注意测量。首先是立轴的同轴度，测量点位于立轴上端的锥形部分，应注意测量点是否清洁和是否存在腐蚀，通常这个偏差小于2/ 100 mm。如偏差大于5/ 100 mm.则应立即检修立轴部分。第一个数据是立轴的高度，立轴下沉较多，往往是立轴轴承过度磨损的信号，同时应伴有立轴偏心度过大等现象。第二个数据为立轴下部弹簧和上部弹簧片的高度以及减振器中各周向弹簧自由状态下的长度。
2．5 同时还要注意专用工具的使用.注意区分固定定部件与运动部件等等。
总之，只要分析分油机故障的思路清晰，排除分汕机故障的方法正确，同时严格遵照
分油机的使用说明书的要求对其维护保养，船用分油机就能保持状态良好，从而发挥其应有的功用。
六 结论
本文叙述了“金海油3”轮NO．2 WHPX重油分油机工作时出水口跑油的故障，从分
析其工作原理，我们得出结论——由于密封环密封不良，引起水封水的泄漏，造成的故障。
我们在实际拆卸分油机主密封环的过程中，发现其是由于在定期对其清洗过程中对主密封环
的不正确拆卸，将环侧密封面破坏引起的。而这小小的疏忽大意造成的故障，却是不会在通
过日常处理办法，将其反复清洗之后所能排除的。而是通过彻底搞清其工作原理后，对其可
能性的原因进行一一分析，排除，最后找出原因的。这就告诉我们对于机器的管理进行必要
的维修保养和检查工作，在对机器进行清洁解体安装过程中一定要按照说明书的正确的程序
和步骤,要求仔细地进行。而且绝对不能忽视任何一个小小的问题，往往大的问题能特别去注意，并解决好，而在小问题上不能很上心，就象上面分析的主密封环，由于不是常见故障，
而最后可能要花更大的精力去解决它。
另外，从本次故障的发生到彻底解决过程中，我们可以看到，在认真汲取师傅们的经
过几十年积累的宝贵经验的同时，我们也不能对理论专业知识的学习，要对自己管理的机器
的工作原理有较彻底理解。原理搞懂了，那么再复杂，再罕见的故障也能会在有效的时间内
将其排除。所以不断提高我们管理人员的业务理论水平也是是很值得重视的。
[参考文献]
1 孙培廷主编. 船舶柴油机. 大连：大连海事大学出版社，2002 年
2 吴恒主编. 船舶动力装置技术管理. 大连：大连海事大学出版社，1999 年
3吴恒等译. 阿法拉伐现代技术（分油机分册）. 大连：大连海事大学出版社，1995 年
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