船舶柴油機(jī)高壓油管異常振動(dòng)故障的處理與啟示

浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院海運(yùn)學(xué)院 徐紅明

高壓油管連接著高壓油泵和噴油器，是船舶柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的一個(gè)重要零件，它的最大工作壓力高達(dá)150 MPa左右，工作狀況異常復(fù)雜。在船舶工作實(shí)踐中，高壓油管緊固螺栓松動(dòng)，密封錐面磨損，油管接頭處滲油等燃油噴射系統(tǒng)故障頻有發(fā)生，這也是輪機(jī)員較常處理的一類(lèi)故障。不久前，某船發(fā)生了一起詭異的高壓油管異常振動(dòng)故障，輪機(jī)部數(shù)次停車(chē)組織檢修均未果，最終導(dǎo)致油管斷裂，部分燃油泄漏，不僅給船舶造成了損失，還帶來(lái)了較大的火災(zāi)安全隱患。筆者在船工作時(shí)也曾遇到同類(lèi)故障，其排查處理歷經(jīng)曲折，并且有關(guān)文獻(xiàn)對(duì)該故障罕有報(bào)道，故希望通過(guò)對(duì)其的處理分析給同行們一些幫助與啟示。

一、故障及處理概況

某176 000 DWT散貨船，主機(jī)型號(hào)：MAN B&W S70MC，無(wú)人值班機(jī)艙，船齡3年。

該船舶從寧波北侖港駛出，前往巴西。2011年9月17日08：30，大管輪在機(jī)艙巡查時(shí)發(fā)現(xiàn)No.2缸燃油噴射系統(tǒng)2號(hào)高壓油管略有小幅度振動(dòng)，但不明顯，傾聽(tīng)無(wú)異聲，接頭處無(wú)滲油，查看主機(jī)各缸運(yùn)行參數(shù)均正常，故未做進(jìn)一步檢查和處理。19日19：00，值班機(jī)工發(fā)現(xiàn)該高壓油管呈蛇形大幅度振動(dòng)，即刻報(bào)告大管輪，大管輪查看主機(jī)運(yùn)行工況，未見(jiàn)異常，檢查油管緊固螺栓，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)松動(dòng)，觸摸高壓油管，其脈動(dòng)峰谷點(diǎn)清晰，測(cè)取No.2缸示功圖、爆壓等參數(shù)也正常，無(wú)法確定故障原因，決定主機(jī)減速運(yùn)行，并將情況報(bào)告輪機(jī)長(zhǎng)。

減速后高壓油管脈動(dòng)頻率有所減緩，但振動(dòng)幅度仍較大，輪機(jī)長(zhǎng)初步判斷是噴油器針閥卡死或噴油孔堵塞，決定停車(chē)，更換No.2缸2號(hào)噴油器，啟動(dòng)主機(jī)，故障并未消除，而2號(hào)噴油器在霧化試驗(yàn)臺(tái)上檢測(cè)后，一切正常。隨后懷疑燃油系統(tǒng)內(nèi)漏入了空氣，決定停車(chē)進(jìn)行燃油系統(tǒng)空氣排除，但故障仍未消除。于是輪機(jī)長(zhǎng)決定第3次停車(chē)，檢查更換高壓油泵出油閥，然而故障還是沒(méi)有得到消除。在無(wú)法明確判斷故障原因的困惑下，大管輪建議更換No.2缸排氣閥試試，結(jié)果還是沒(méi)有排除故障。20日02：00，輪機(jī)長(zhǎng)決定先減速運(yùn)行，并向公司匯報(bào)情況。21日15：30，No.2缸發(fā)生高壓油管溢油報(bào)警，經(jīng)檢查，油管近噴油器處發(fā)生斷裂，并有部分燃油在連接處發(fā)生泄漏。

二、高壓油管振動(dòng)機(jī)理及特點(diǎn)

文獻(xiàn)[1]通過(guò)設(shè)計(jì)柴油機(jī)高壓油管振動(dòng)信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)振動(dòng)信號(hào)的功率譜特征進(jìn)行分析，提出高壓油管振動(dòng)主要有3個(gè)方面的原因：一是高壓油管相對(duì)高壓油泵的振動(dòng)，與高壓油泵的噴油頻率和噴油壓力密切相關(guān)；二是汽缸內(nèi)燃燒過(guò)程的沖擊作用和運(yùn)動(dòng)部件的慣性力引起的低頻振動(dòng)通過(guò)機(jī)體傳給高壓油管的振動(dòng)；三是高壓油管中的壓力變化引起的高壓油管的彈性變形，即波登管效應(yīng)引起的振動(dòng)，通常認(rèn)為這也是引發(fā)燃油系統(tǒng)故障的主要原因。在正常噴射狀況下，高壓油管振動(dòng)信號(hào)脈動(dòng)明顯，峰谷點(diǎn)比較清晰，主波段以外的振動(dòng)較小。為有效進(jìn)行柴油機(jī)機(jī)械性故障的不解體診斷，文獻(xiàn)[2]在柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)典型故障

模擬試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用振動(dòng)技術(shù)測(cè)取了幾種不同故障狀況下高壓油管的振動(dòng)信號(hào)，并進(jìn)行了分析，得出了故障診斷的判斷依據(jù)。在以上研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合航運(yùn)公司船技部有關(guān)高壓油管異常振動(dòng)的故障記錄，筆者對(duì)燃油系統(tǒng)不同故障狀況下高壓油管振動(dòng)的特點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步歸納和總結(jié)，如表1所示。

表1 不同故障狀況下高壓油管振動(dòng)的特點(diǎn)

三、故障處理分析

針對(duì)本故障的高壓油管振動(dòng)特征，對(duì)照表1即可排除第1、3、5、6、7、8種故障，第2、4種故障狀況中高壓油管振動(dòng)特點(diǎn)基本符合，但通過(guò)測(cè)取No.2缸示功圖所獲取的爆壓等參數(shù)均正常，可以斷定故障并非出在噴油器上，其霧化試驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了這一結(jié)論。那么本起高壓油管異常振動(dòng)的原因究竟又是什么？從高壓油管振動(dòng)的3個(gè)主要原因分析不難看出，目前對(duì)燃油系統(tǒng)故障的研究和管理多傾向于波登管效應(yīng)引起的振動(dòng)故障，往往忽略了高壓油管相對(duì)高壓油泵的振動(dòng)故障和低頻振動(dòng)通過(guò)機(jī)體傳給高壓油管的振動(dòng)故障，其實(shí)本次故障的原因也在于此。在最后影響船舶正常航行、公司決定更換高壓油泵時(shí)，輪機(jī)部發(fā)現(xiàn)No.2高壓油泵1個(gè)地腳螺栓松動(dòng)后恍然大悟，擰緊緊固后故障即刻得到消除。顯然，No.2缸燃油系統(tǒng)內(nèi)部工作狀況一切正常，No.2缸運(yùn)行工況也正常。高壓油管的大幅度振動(dòng)是由于高壓油泵柱塞上下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，因高壓油泵地腳螺栓松動(dòng)，原來(lái)承受的預(yù)緊力隨著油泵內(nèi)的壓力變化，轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏河捅帽皿w微小的上下運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)泵體傳遞給高壓油管，進(jìn)而在多種振動(dòng)共同作用下引起了高壓油管的異常振動(dòng)故障。

四、啟示與警示

一起看似十分簡(jiǎn)單的高壓油管故障，最終卻導(dǎo)致機(jī)損事故，造成火災(zāi)安全隱患，并嚴(yán)重延誤船舶航期，不得不引起輪機(jī)管理人員的高度重視。針對(duì)該故障，有以下幾點(diǎn)與同行共勉。

（1）故障分析依據(jù)要充分，不可盲目采用排除法。該船輪機(jī)員針對(duì)故障的處理明顯缺乏充分依據(jù)，在沒(méi)有明確故障原因的情況下，部分排查的原因與故障無(wú)任何關(guān)系，并且在理論上與故障振動(dòng)特點(diǎn)不一致的情況下，仍盲目決定停車(chē)檢修，逐一試驗(yàn)，浪費(fèi)了大量的人力和時(shí)間，這在船舶管理中是要不得的。

（2）故障排查考慮要全面，不可忽略任何因素。船舶上很多故障均是知道結(jié)果后再來(lái)分析，總覺(jué)得原因特別簡(jiǎn)單，但在實(shí)踐中又不易發(fā)覺(jué)，主要是因?yàn)閷?duì)故障的理論分析不夠全面，平時(shí)更多關(guān)注于主要因素，一發(fā)生故障就往深層次的方向思考，忽略了次要、簡(jiǎn)單因素。

（3）加強(qiáng)船舶設(shè)備緊固件的檢查與管理。筆者曾在MAN B&W 7K90GF主機(jī)上遇到相同故障，對(duì)于故障處理幾近相似，所幸回憶起曾遇到的主機(jī)凸輪軸法蘭連接螺栓松動(dòng)引起的主機(jī)劇烈振動(dòng)、機(jī)艙風(fēng)機(jī)固定螺栓松動(dòng)引起電機(jī)從風(fēng)筒掉落、主機(jī)貫穿螺栓松動(dòng)引起兩根斷裂等事故，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間在故障高壓油管邊上的觀察，才發(fā)現(xiàn)了這一故障真正原因。船舶振動(dòng)源多且工作環(huán)境十分復(fù)雜，在日常管理中，很多船舶都忽視了設(shè)備緊固件的定期檢查這一簡(jiǎn)單工作，對(duì)于緊固件的松動(dòng)故障多是事后處理，但其引起的危害和損失往往是巨大的，希望通過(guò)該文引起同行們對(duì)此項(xiàng)工作的重視。

[1]杜元虎,康晶.內(nèi)燃機(jī)高壓油管的波登效應(yīng)及振動(dòng)診斷[J].大連民族學(xué)院學(xué)報(bào),2008(3):228-230.

[2]喬新勇,劉建敏,張小明.柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)故障振動(dòng)診斷的試驗(yàn)研究[J].內(nèi)燃機(jī)工程,2002(2):36-39.