船用液力偶合器接排超時故障分析與排除

崔向海，王 沖，王 珂

（1.中國船舶重工集團公司第七一一研究所，上海 200090；2.解放軍91184 部隊，山東青島 116041）

0 引言

液力偶合器通過液體在旋轉的葉輪中流動，完成機械能→液體動能→機械能的轉換，實現動力傳遞。它安裝在柴油機的輸出端，作為一種柔性傳動設備，能很好地解決空載起動、多機并車、部分隔離和吸收軸系扭振及減振降噪等問題，在船舶動力裝置中具有不可替代的作用。

某型液力偶合器臺架試驗期間，接排時間超過試驗大綱允許值，通過對此次故障的排查、分析、處理，總結故障原因及排除措施。

1 故障現象

在柴油機分系統試驗臺進行某型液力偶合器接排試驗過程中，根據《某型液力偶合器接排臺架試驗大綱》中規定：當柴油機轉速達到750 r/min，接排后，要求液力偶合器達到輸出轉速720 r/min，功率240 kW 的時間不超過50 s。而當柴油機轉速為750 r/min 時，試驗人員分別進行了5 次接排試驗，液力偶合器達到輸出轉速720 r/min，功率240 kW 的時間在38～70 s 波動，未滿足試驗大綱中接排時間不大于50 s 的要求。

2 液力偶合器結構組成與工作原理

2.1 結構組成（圖1）

圖1 液力偶合器結構組成

液力偶合器主要由轉子部件、箱體部件、油泵部件和液壓系統組成，其主要功能是部分隔離柴油機的振動，改善柴油機的啟動性能，通過對液力偶合器的控制，滿足柴油機的啟動要求。

轉子部件由輸入法蘭、泵輪、渦輪、渦輪外殼、輸出軸和輸出法蘭組成。輸入法蘭和泵輪直接安裝在發動機的曲軸上，渦輪、渦輪外殼、輸出軸和輸出法蘭連接組成功率輸出系統。

箱體部件由箱體、箱蓋、油底殼組成，它們均為鋁合金鑄件，用螺栓緊固在一起。

油泵部件由1 個充油泵（離心泵）、1 個控制油泵（齒輪泵）、1 個滑油泵（齒輪泵）和1 個安全閥組成，這3 個泵組成一體共用1 個傳動軸，用螺栓固定在偶合器箱體的下部。

液壓系統由帶恒溫器的充油閥、冷卻器、電磁閥、旁通閥、控制油壓力調節閥、潤滑油壓力調節閥、滑油濾器和快速放油閥組成。這些組件除了快速放油閥安裝在渦輪外殼上，其余都安裝在箱體的頂部，恒溫器的作用是保持偶合器工作油溫保持一定值。

油標尺在偶合器的右側，抽油管在偶合器的左側。為了確保船在傾斜位置時仍能供應滑油，充油泵和潤滑油泵從油底殼的中心抽油。

2.2 工作原理

液力偶合器控制系統如圖2 所示，工作原理：液力偶合器主動部件泵輪安裝在發動機曲軸上，從動部件渦輪安裝在箱蓋上。當發動機運行時，發動機曲軸通過齒輪1 和3 及惰輪2驅動控制油泵，通過傘齒輪驅動充油泵，控制油泵將滑油從油底殼抽出，產生壓力油P105。滑油泵由齒輪1a、3a 和惰輪2a驅動，滑油泵也從油底殼抽出滑油，產生壓力油并導入控制油泵壓力油P105。壓力油P105通過滑油濾器后通過控制油壓力調節閥調節后產生控制油壓力油P106，控制快速放油閥，實現液力偶合器的離合功能。控制油經壓力調節閥V1 減壓后再通過滑油調節閥調節后產生潤滑油P140 潤滑各個軸承。

圖2 液力偶合器控制系統

充油泵將滑油從油底殼抽出，產生偶合器工作油壓力油P170 至恒溫器，恒溫器隨滑油溫度的變化將壓力油P170直接或通過冷卻器向未開啟的充油閥形成壓力油P171，同時通過充油閥中的節流孔向偶合器工作腔中充油，帶走偶合器空轉時產生的空損熱量。

當電磁控制閥（電動或手動）移至“充油”位置時（手動時手指從里向外按），壓力油P106通過電磁閥后產生壓力油P107a，同時至旁通閥和充油閥，使這二個閥打開。一路壓力油P107 去關閉快速放油閥，同時工作油P171通過充油閥后產生工作油P172 進入偶合器的工作腔（泵輪與渦輪腔），偶合器開始充油，經過一段時間后，偶合器即可加載正常工作，在偶合器運轉中由于存在滑差，會產生大量的熱，所以偶合器工作腔中的工作油通過回油管回到油底殼，再經充油泵抽油，冷卻后進入偶合器，不斷循環，保證偶合器連續工作。

當電磁閥換向閥移向“放油”位置時（手動時手指從外向里按），壓力油P106 關閉。快速放油閥壓力油P107 從節流孔中泄壓，同時充油閥關閉，偶合器工作油從快速放油閥迅速排空，偶合器脫開。

電磁閥可以手動操作，從外向內按是“放油”位置，從內向外按是“充油”位置。

當發動機不運行時，偶合器輸出法蘭由于燃氣輪機的工作由變速齒輪箱的剩余力矩驅動，在此狀況下，軸承由潤滑油泵潤滑。

3 故障分析及排查

3.1 問題定位

故障發生后，經過現場排查，初步判斷液壓閥件存在卡滯現象。拆檢液力偶合器閥件，發現在大多數快速放油閥的腔體內存在膠狀顆粒物質，問題定位為液力偶合器快速放油閥裝配問題。

3.2 機理分析

快速放油閥在安裝時要求涂抹螺紋密封膠，在本次故障中，放油閥密封膠涂抹過多，使密封膠經螺紋擠壓進入放油閥腔體，凝固后以膠狀顆粒的形態殘留在腔體內，在液力偶合器接排時，若膠狀顆粒位于膜片與放油閥密封面的位置，快速放油閥的膜片不能完全關閉，使轉子內的工作油從放油閥泄出，造成液力偶合器接排超時。圖3 中的膜片控制閥的閉合和開啟，控制油作用在膜片的外側，偶合器型腔內的工作油作用在膜片的內側面上。由于外側面的受力面積比內側面大得多，因此內外側同時有油時油閥處于關閉狀態；當控制油被切斷后，離心力和偶合器工作油的壓力使閥打開，偶合器型腔內的油快速排空。

圖3 快速排油閥局部結構

4 解決方法

4.1 措施

（1）清洗快速放油閥，安裝時將密封膠涂抹在遠離放油閥腔體的螺紋外端，且不超過螺紋長度的1/2，避免密封膠進入放油閥腔體。

（2）完善液力偶合器裝配作業指導書，明確快速放油閥涂密封膠的規范要求，保證密封膠不進入放油閥腔體內。

4.2 效果

采取上述糾正措施后，液力偶合器分別進行5 次接排試驗，時間分別為38 s、42 s、48 s、45 s、46 s，均符合試驗大綱接排時間不超過50 s 的要求。

5 結果驗證

根據故障分析以及改進措施，對30 余臺同型號液力偶合器進行改進效果驗證，試驗結果表明，按照完善后液力偶合器安裝方法作業標準書規定操作，接排時間符合要求，無類似故障復發。