船舶柴油機高壓油管異常振動故障的處理與啟示

浙江交通職業技術學院海運學院 徐紅明

高壓油管連接著高壓油泵和噴油器，是船舶柴油機燃油噴射系統的一個重要零件，它的最大工作壓力高達150 MPa左右，工作狀況異常復雜。在船舶工作實踐中，高壓油管緊固螺栓松動，密封錐面磨損，油管接頭處滲油等燃油噴射系統故障頻有發生，這也是輪機員較常處理的一類故障。不久前，某船發生了一起詭異的高壓油管異常振動故障，輪機部數次停車組織檢修均未果，最終導致油管斷裂，部分燃油泄漏，不僅給船舶造成了損失，還帶來了較大的火災安全隱患。筆者在船工作時也曾遇到同類故障，其排查處理歷經曲折，并且有關文獻對該故障罕有報道，故希望通過對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，主機型號：MAN B&W S70MC，無人值班機艙，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，大管輪在機艙巡查時發現No.2缸燃油噴射系統2號高壓油管略有小幅度振動，但不明顯，傾聽無異聲，接頭處無滲油，查看主機各缸運行參數均正常，故未做進一步檢查和處理。19日19：00，值班機工發現該高壓油管呈蛇形大幅度振動，即刻報告大管輪，大管輪查看主機運行工況，未見異常，檢查油管緊固螺栓，沒有發現松動，觸摸高壓油管，其脈動峰谷點清晰，測取No.2缸示功圖、爆壓等參數也正常，無法確定故障原因，決定主機減速運行，并將情況報告輪機長。

減速后高壓油管脈動頻率有所減緩，但振動幅度仍較大，輪機長初步判斷是噴油器針閥卡死或噴油孔堵塞，決定停車，更換No.2缸2號噴油器，啟動主機，故障并未消除，而2號噴油器在霧化試驗臺上檢測后，一切正常。隨后懷疑燃油系統內漏入了空氣，決定停車進行燃油系統空氣排除，但故障仍未消除。于是輪機長決定第3次停車，檢查更換高壓油泵出油閥，然而故障還是沒有得到消除。在無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，結果還是沒有排除故障。20日02：00，輪機長決定先減速運行，并向公司匯報情況。21日15：30，No.2缸發生高壓油管溢油報警，經檢查，油管近噴油器處發生斷裂，并有部分燃油在連接處發生泄漏。

二、高壓油管振動機理及特點

文獻[1]通過設計柴油機高壓油管振動信號測試系統，對振動信號的功率譜特征進行分析，提出高壓油管振動主要有3個方面的原因：一是高壓油管相對高壓油泵的振動，與高壓油泵的噴油頻率和噴油壓力密切相關；二是汽缸內燃燒過程的沖擊作用和運動部件的慣性力引起的低頻振動通過機體傳給高壓油管的振動；三是高壓油管中的壓力變化引起的高壓油管的彈性變形，即波登管效應引起的振動，通常認為這也是引發燃油系統故障的主要原因。在正常噴射狀況下，高壓油管振動信號脈動明顯，峰谷點比較清晰，主波段以外的振動較小。為有效進行柴油機機械性故障的不解體診斷，文獻[2]在柴油機燃油噴射系統典型故障

模擬試驗的基礎上，利用振動技術測取了幾種不同故障狀況下高壓油管的振動信號，并進行了分析，得出了故障診斷的判斷依據。在以上研究的基礎上，結合航運公司船技部有關高壓油管異常振動的故障記錄，筆者對燃油系統不同故障狀況下高壓油管振動的特點進行進一步歸納和總結，如表1所示。

表1 不同故障狀況下高壓油管振動的特點

三、故障處理分析

針對本故障的高壓油管振動特征，對照表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特點基本符合，但通過測取No.2缸示功圖所獲取的爆壓等參數均正常，可以斷定故障并非出在噴油器上，其霧化試驗結果也驗證了這一結論。那么本起高壓油管異常振動的原因究竟又是什么？從高壓油管振動的3個主要原因分析不難看出，目前對燃油系統故障的研究和管理多傾向于波登管效應引起的振動故障，往往忽略了高壓油管相對高壓油泵的振動故障和低頻振動通過機體傳給高壓油管的振動故障，其實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，輪機部發現No.2高壓油泵1個地腳螺栓松動后恍然大悟，擰緊緊固后故障即刻得到消除。顯然，No.2缸燃油系統內部工作狀況一切正常，No.2缸運行工況也正常。高壓油管的大幅度振動是由于高壓油泵柱塞上下運動過程中，因高壓油泵地腳螺栓松動，原來承受的預緊力隨著油泵內的壓力變化，轉變為高壓油泵泵體微小的上下運動，并通過泵體傳遞給高壓油管，進而在多種振動共同作用下引起了高壓油管的異常振動故障。

四、啟示與警示

一起看似十分簡單的高壓油管故障，最終卻導致機損事故，造成火災安全隱患，并嚴重延誤船舶航期，不得不引起輪機管理人員的高度重視。針對該故障，有以下幾點與同行共勉。

（1）故障分析依據要充分，不可盲目采用排除法。該船輪機員針對故障的處理明顯缺乏充分依據，在沒有明確故障原因的情況下，部分排查的原因與故障無任何關系，并且在理論上與故障振動特點不一致的情況下，仍盲目決定停車檢修，逐一試驗，浪費了大量的人力和時間，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果后再來分析，總覺得原因特別簡單，但在實踐中又不易發覺，主要是因為對故障的理論分析不夠全面，平時更多關注于主要因素，一發生故障就往深層次的方向思考，忽略了次要、簡單因素。

（3）加強船舶設備緊固件的檢查與管理。筆者曾在MAN B&W 7K90GF主機上遇到相同故障，對于故障處理幾近相似，所幸回憶起曾遇到的主機凸輪軸法蘭連接螺栓松動引起的主機劇烈振動、機艙風機固定螺栓松動引起電機從風筒掉落、主機貫穿螺栓松動引起兩根斷裂等事故，通過長時間在故障高壓油管邊上的觀察，才發現了這一故障真正原因。船舶振動源多且工作環境十分復雜，在日常管理中，很多船舶都忽視了設備緊固件的定期檢查這一簡單工作，對于緊固件的松動故障多是事后處理，但其引起的危害和損失往往是巨大的，希望通過該文引起同行們對此項工作的重視。

[1]杜元虎,康晶.內燃機高壓油管的波登效應及振動診斷[J].大連民族學院學報,2008(3):228-230.

[2]喬新勇,劉建敏,張小明.柴油機燃油噴射系統故障振動診斷的試驗研究[J].內燃機工程,2002(2):36-39.