双联滤油器内部磨损的原因分析与改进设计

时间：2024-09-03

刘流，张承红，张鲲羽

（上海船舶设备研究所，上海 200031）

0 引言

润滑油是保证旋转机械轴承和齿轮等用油部件的充分润滑和冷却的主要介质。旋转机械对润滑油清洁度有严格的要求，并在运行过程中通过油质监测及控制手段予以保证[1]。滤油器是旋转机械滑油系统油质控制的重要部件，通常布置于滑油总管进口之前，通过滤网、滤纸等材料过滤润滑油中呈颗粒状的杂质，防止因润滑油中混入颗粒导致相关部件的损伤。由于润滑油在循环使用的过程中，不可避免会产生积炭、氧化等化学反应，并形成颗粒物积聚在滤油器的滤芯上，因此在机组的日常保养中，需定期清洗滤芯[2-4]。

1 运行故障

某型旋转机械中采用了引进的滤网叠片式单筒滤油器和双联滤油器，这种类型的滤油器结构紧凑，通流能力大，对于机组的小型化设计很有益处。

根据用户反馈，在拆检及清洗滤片时，发现经过长期使用后，机组双联滤油器的滤片压盖、定位套筒等零件均存在不同程度的磨损，且磨损程度在持续加深。根据磨损现象判断，是运行时滤片压盖、固定套筒等零件与相应的固定部件间存在相对转动导致。如图1、图2 所示。

图1 双联滤油器内部磨损示意图

图2 滤油器内部剖面

2 原因分析

双联滤油器的结构如图3 所示。

双联滤油器是集成式的，将2 个滤芯组件放置在1 个壳体内。从其内部结构来看，多个滤片装配在滤片支架上形成单个滤芯组件，2 个滤芯组件通过各自的径向止口分别安装在壳体的两个镗孔内。在高度方向上，采用2 个定位套筒分别对滤芯组件进行轴向定位。

图3 双联滤油器结构示意

由图3 可知，滤芯组件与壳体开孔之间存在径向间隙约0.1 mm，而定位套筒与滤芯组件间存在轴向间隙约0.08 mm。尽管间隙不大，但如果滤芯组件产生旋转，则将在滤片压盖、定位套筒、壳体压盖、三角支架的接触部位产生相应的磨损。

然而，与之对应的是，该机组各单筒滤油器内并不存在零部件磨损现象，而单筒滤油器内滤芯组件等相应部件的安装方式与双联滤油器内是完全一致的。单筒滤油器结构如图4 所示[5]。

图4 单筒滤油器结构示意

因此，考虑双联滤油器内产生磨损的原因来自于其滤芯组件的并列结构及滑油进出口的布置形式。与单筒滤油器中润滑油进出口轴线与滤芯组件轴线共面的形式不同，双联滤油器的润滑油进出口在并列布置的两个滤芯组件中间的空档处。

在单筒滤油器中，润滑油进入滤油器后，润滑油射流至滤芯组件中心，并向四周扩散，进入滤芯。其作用于滤芯组件的冲量不会使其产生转动，如图5 所示。

图5 润滑油流对滤芯组件作用力示意

在双联滤油器中，润滑油进入滤油器后，润滑油射流至2 个滤芯组件的边缘，并对滤芯组件产生切向力，如图5 所示。由于滤芯组件未设置周向防转措施，这一切向力将导致2 个滤芯组件对向旋转。此时，滤片压盖/壳体镗孔、三角支架/定位套筒之间发生摩擦，并造成相应零件的磨损。

同时，由于清洗滤片的需要，双联滤油器经常拆装，而复装时周向各螺栓的紧固用力不均导致压盖偏斜等，则进一步恶化了磨损的偏斜程度。

至此，双联滤油器内零件产生磨损的原因已经十分明确。正是在设计中忽略了进油口与滤芯组件的不同相对位置导致的不同作用力，且未针对作用在滤芯组件上的切向力而设置防转结构，才导致了磨损。

3 改进设计

针对上述原因，在现场实施零件补加工防转结构的难度较大的现实情况下，为了防止零部件继续磨损，采用增加连接机构的方式防止滤芯组件转动。这种方法的本质是利用滤芯组件是对向转动的事实，为其定作压板，将2 个滤芯组件相互连接。当润滑油射流冲量所产生的切向力作用在滤芯组件上时，2 个滤芯组件通过压板互相固定，避免转动。

对滤片压盖补加工M10 的螺纹通孔，用以于压板相固定，如图6 所示。设计了压板用以连接2 个滤芯组件，如图7 所示。

图6 滤片压盖改进示意

图7 压板设计示意（单位：mm）

通过压板和螺栓，可以将2 个滤芯组件进行固定，压板上的螺栓孔设计为腰形，便于安装和位置调整。安装后的双联滤油器滤芯组件如图8所示。当受到油流冲击导致的切向力时，滤芯组件不会发生转动，如图9 所示。

图8 滤芯组件安装后示意

图9 滤芯组件安装后示意

在8 台相同机组上进行改装之后，经使用3个月后拆检，发现滤片压盖、定位套筒、壳体压盖和三角支架等的接触部位均未产生磨损，表明改进措施有效。同时，这也为双联滤油器的设计提出了建议。尽管该型双联滤油器为引进设备，但仍然存在着一定的设计缺陷。在机械设计中，需要尽可能周全地考虑各方面的因素。