船用液力偶合器接排超时故障分析与排除

崔向海，王 冲，王 珂

（1.中国船舶重工集团公司第七一一研究所，上海 200090；2.解放军91184 部队，山东青岛 116041）

0 引言

液力偶合器通过液体在旋转的叶轮中流动，完成机械能→液体动能→机械能的转换，实现动力传递。它安装在柴油机的输出端，作为一种柔性传动设备，能很好地解决空载起动、多机并车、部分隔离和吸收轴系扭振及减振降噪等问题，在船舶动力装置中具有不可替代的作用。

某型液力偶合器台架试验期间，接排时间超过试验大纲允许值，通过对此次故障的排查、分析、处理，总结故障原因及排除措施。

1 故障现象

在柴油机分系统试验台进行某型液力偶合器接排试验过程中，根据《某型液力偶合器接排台架试验大纲》中规定：当柴油机转速达到750 r/min，接排后，要求液力偶合器达到输出转速720 r/min，功率240 kW 的时间不超过50 s。而当柴油机转速为750 r/min 时，试验人员分别进行了5 次接排试验，液力偶合器达到输出转速720 r/min，功率240 kW 的时间在38～70 s 波动，未满足试验大纲中接排时间不大于50 s 的要求。

2 液力偶合器结构组成与工作原理

2.1 结构组成（图1）

图1 液力偶合器结构组成

液力偶合器主要由转子部件、箱体部件、油泵部件和液压系统组成，其主要功能是部分隔离柴油机的振动，改善柴油机的启动性能，通过对液力偶合器的控制，满足柴油机的启动要求。

转子部件由输入法兰、泵轮、涡轮、涡轮外壳、输出轴和输出法兰组成。输入法兰和泵轮直接安装在发动机的曲轴上，涡轮、涡轮外壳、输出轴和输出法兰连接组成功率输出系统。

箱体部件由箱体、箱盖、油底壳组成，它们均为铝合金铸件，用螺栓紧固在一起。

油泵部件由1 个充油泵（离心泵）、1 个控制油泵（齿轮泵）、1 个滑油泵（齿轮泵）和1 个安全阀组成，这3 个泵组成一体共用1 个传动轴，用螺栓固定在偶合器箱体的下部。

液压系统由带恒温器的充油阀、冷却器、电磁阀、旁通阀、控制油压力调节阀、润滑油压力调节阀、滑油滤器和快速放油阀组成。这些组件除了快速放油阀安装在涡轮外壳上，其余都安装在箱体的顶部，恒温器的作用是保持偶合器工作油温保持一定值。

油标尺在偶合器的右侧，抽油管在偶合器的左侧。为了确保船在倾斜位置时仍能供应滑油，充油泵和润滑油泵从油底壳的中心抽油。

2.2 工作原理

液力偶合器控制系统如图2 所示，工作原理：液力偶合器主动部件泵轮安装在发动机曲轴上，从动部件涡轮安装在箱盖上。当发动机运行时，发动机曲轴通过齿轮1 和3 及惰轮2驱动控制油泵，通过伞齿轮驱动充油泵，控制油泵将滑油从油底壳抽出，产生压力油P105。滑油泵由齿轮1a、3a 和惰轮2a驱动，滑油泵也从油底壳抽出滑油，产生压力油并导入控制油泵压力油P105。压力油P105通过滑油滤器后通过控制油压力调节阀调节后产生控制油压力油P106，控制快速放油阀，实现液力偶合器的离合功能。控制油经压力调节阀V1 减压后再通过滑油调节阀调节后产生润滑油P140 润滑各个轴承。

图2 液力偶合器控制系统

充油泵将滑油从油底壳抽出，产生偶合器工作油压力油P170 至恒温器，恒温器随滑油温度的变化将压力油P170直接或通过冷却器向未开启的充油阀形成压力油P171，同时通过充油阀中的节流孔向偶合器工作腔中充油，带走偶合器空转时产生的空损热量。

当电磁控制阀（电动或手动）移至“充油”位置时（手动时手指从里向外按），压力油P106通过电磁阀后产生压力油P107a，同时至旁通阀和充油阀，使这二个阀打开。一路压力油P107 去关闭快速放油阀，同时工作油P171通过充油阀后产生工作油P172 进入偶合器的工作腔（泵轮与涡轮腔），偶合器开始充油，经过一段时间后，偶合器即可加载正常工作，在偶合器运转中由于存在滑差，会产生大量的热，所以偶合器工作腔中的工作油通过回油管回到油底壳，再经充油泵抽油，冷却后进入偶合器，不断循环，保证偶合器连续工作。

当电磁阀换向阀移向“放油”位置时（手动时手指从外向里按），压力油P106 关闭。快速放油阀压力油P107 从节流孔中泄压，同时充油阀关闭，偶合器工作油从快速放油阀迅速排空，偶合器脱开。

电磁阀可以手动操作，从外向内按是“放油”位置，从内向外按是“充油”位置。

当发动机不运行时，偶合器输出法兰由于燃气轮机的工作由变速齿轮箱的剩余力矩驱动，在此状况下，轴承由润滑油泵润滑。

3 故障分析及排查

3.1 问题定位

故障发生后，经过现场排查，初步判断液压阀件存在卡滞现象。拆检液力偶合器阀件，发现在大多数快速放油阀的腔体内存在胶状颗粒物质，问题定位为液力偶合器快速放油阀装配问题。

3.2 机理分析

快速放油阀在安装时要求涂抹螺纹密封胶，在本次故障中，放油阀密封胶涂抹过多，使密封胶经螺纹挤压进入放油阀腔体，凝固后以胶状颗粒的形态残留在腔体内，在液力偶合器接排时，若胶状颗粒位于膜片与放油阀密封面的位置，快速放油阀的膜片不能完全关闭，使转子内的工作油从放油阀泄出，造成液力偶合器接排超时。图3 中的膜片控制阀的闭合和开启，控制油作用在膜片的外侧，偶合器型腔内的工作油作用在膜片的内侧面上。由于外侧面的受力面积比内侧面大得多，因此内外侧同时有油时油阀处于关闭状态；当控制油被切断后，离心力和偶合器工作油的压力使阀打开，偶合器型腔内的油快速排空。

图3 快速排油阀局部结构

4 解决方法

4.1 措施

（1）清洗快速放油阀，安装时将密封胶涂抹在远离放油阀腔体的螺纹外端，且不超过螺纹长度的1/2，避免密封胶进入放油阀腔体。

（2）完善液力偶合器装配作业指导书，明确快速放油阀涂密封胶的规范要求，保证密封胶不进入放油阀腔体内。

4.2 效果

采取上述纠正措施后，液力偶合器分别进行5 次接排试验，时间分别为38 s、42 s、48 s、45 s、46 s，均符合试验大纲接排时间不超过50 s 的要求。

5 结果验证

根据故障分析以及改进措施，对30 余台同型号液力偶合器进行改进效果验证，试验结果表明，按照完善后液力偶合器安装方法作业标准书规定操作，接排时间符合要求，无类似故障复发。