雙聯濾油器內部磨損的原因分析與改進設計

劉 流，張承紅，張鯤羽

（上海船舶設備研究所，上海 200031）

0 引言

潤滑油是保證旋轉機械軸承和齒輪等用油部件的充分潤滑和冷卻的主要介質。旋轉機械對潤滑油清潔度有嚴格的要求，并在運行過程中通過油質監測及控制手段予以保證[1]。濾油器是旋轉機械滑油系統油質控制的重要部件，通常布置于滑油總管進口之前，通過濾網、濾紙等材料過濾潤滑油中呈顆粒狀的雜質，防止因潤滑油中混入顆粒導致相關部件的損傷。由于潤滑油在循環使用的過程中，不可避免會產生積炭、氧化等化學反應，并形成顆粒物積聚在濾油器的濾芯上，因 此在機組的日常保養中，需定期清洗濾芯[2-4]。

1 運行故障

某型旋轉機械中采用了引進的濾網疊片式單筒濾油器和雙聯濾油器，這種類型的濾油器結構緊湊，通流能力大，對于機組的小型化設計很有益處。

根據用戶反饋，在拆檢及清洗濾片時，發現經過長期使用后，機組雙聯濾油器的濾片壓蓋、定位套筒等零件均存在不同程度的磨損，且磨損程度在持續加深。根據磨損現象判斷，是運行時 濾片壓蓋、固定套筒等零件與相應的固定部件間存在相對轉動導致。如圖1、圖2 所示。

圖1 雙聯濾油器內部磨損示意圖

圖2 濾油器內部剖面

2 原因分析

雙聯濾油器的結構如圖3 所示。

雙聯濾油器是集成式的，將2 個濾芯組件放置在1 個殼體內。從其內部結構來看，多個濾片裝配在濾片支架上形成單個濾芯組件，2 個濾芯組件通過各自的徑向止口分別安裝在殼體的兩個鏜孔內。在高度方向上，采用2 個定位套筒分別對濾芯組件進行軸向定位。

圖3 雙聯濾油器結構示意

由圖3 可知，濾芯組件與殼體開孔之間存在徑向間隙約0.1 mm，而定位套筒與濾芯組件間存在軸向間隙約0.08 mm。盡管間隙不大，但如果濾芯組件產生旋轉，則將在濾片壓蓋、定位套筒、殼體壓蓋、三角支架的接觸部位產生相應的磨損。

然而，與之對應的是，該機組各單筒濾油器內并不存在零部件磨損現象，而單筒濾油器內濾芯組件等相應部件的安裝方式與雙聯濾油器內是完全一致的。單筒濾油器結構如圖4 所示[5]。

圖4 單筒濾油器結構示意

因此，考慮雙聯濾油器內產生磨損的原因來自于其濾芯組件的并列結構及滑油進出口的布置形式。與單筒濾油器中潤滑油進出口軸線與濾芯組件軸線共面的形式不同，雙聯濾油器的潤滑油進出口在并列布置的兩個濾芯組件中間的空檔處。

在單筒濾油器中，潤滑油進入濾油器后，潤滑油射流至濾芯組件中心，并向四周擴散，進入濾芯。其作用于濾芯組件的沖量不會使其產生轉動，如圖5 所示。

圖5 潤滑油流對濾芯組件作用力示意

在雙聯濾油器中，潤滑油進入濾油器后，潤滑油射流至2 個濾芯組件的邊緣，并對濾芯組件產生切向力，如圖5 所示。由于濾芯組件未設置周向防轉措施，這一切向力將導致2 個濾芯組件對向旋轉。此時，濾片壓蓋/殼體鏜孔、三角支架/定位套筒之間發生摩擦，并造成相應零件的磨損。

同時，由于清洗濾片的需要，雙聯濾油器經常拆裝，而復裝時周向各螺栓的緊固用力不均導致壓蓋偏斜等，則進一步惡化了磨損的偏斜程度。

至此，雙聯濾油器內零件產生磨損的原因已經十分明確。正是在設計中忽略了進油口與濾芯組件的不同相對位置導致的不同作用力，且未針對作用在濾芯組件上的切向力而設置防轉結構，才導致了磨損。

3 改進設計

針對上述原因，在現場實施零件補加工防轉結構的難度較大的現實情況下，為了防止零部件繼續磨損，采用增加連接機構的方式防止濾芯組件轉動。這種方法的本質是利用濾芯組件是對向轉動的事實，為其定作壓板，將2 個濾芯組件相互連接。當潤滑油射流沖量所產生的切向力作用在濾芯組件上時，2 個濾芯組件通過壓板互相固定，避免轉動。

對濾片壓蓋補加工M10 的螺紋通孔，用以于壓板相固定，如圖6 所示。設計了壓板用以連接2 個濾芯組件，如圖7 所示。

圖6 濾片壓蓋改進示意

圖7 壓板設計示意（單位：mm）

通過壓板和螺栓，可以將2 個濾芯組件進行固定，壓板上的螺栓孔設計為腰形，便于安裝和位置調整。安裝后的雙聯濾油器濾芯組件如圖8所示。當受到油流沖擊導致的切向力時，濾芯組件不會發生轉動，如圖9 所示。

圖8 濾芯組件安裝后示意

圖9 濾芯組件安裝后示意

在8 臺相同機組上進行改裝之后，經使用3個月后拆檢，發現濾片壓蓋、定位套筒、殼體壓蓋和三角支架等的接觸部位均未產生磨損，表明改進措施有效。同時，這也為雙聯濾油器的設計提出了建議。盡管該型雙聯濾油器為引進設備，但仍然存在著一定的設計缺陷。在機械設計中，需要盡可能周全地考慮各方面的因素。

4 結論

針對某型雙聯濾油器出現的零部件磨損問題，分析了其主要原因，并針對原因進行了改進設計。通過8 臺相同機組的長期使用驗證，證明了改進措施有效。

對于引進設備，也不能默認其具有先進性和完美性，它們會有一定的設計缺陷或其他缺點，正確看待設備在使用過程中發現的問題，針對性地對設計進行研究和改進，可提高效率并延長使用壽命。