船用柴油主機的幾種故障分析

摘 要：本文結合筆者多年從事船舶修造生產技術管理的實踐經驗，選取船舶主機滑油消耗量異常、單缸敲缸和滑油低壓的案例，重點介紹故障的排查過程、處理方法和處理效果。

關鍵詞：柴油機；主機；滑油消耗；敲缸；滑油低壓；案例分析

中圖分類號：U664.1 文獻標識碼：A

1 前言

柴油機是燃燒柴油來獲取動能的發動機，由德國發明家魯道夫 · 狄塞爾（Rudolf Diesel）于1892年發明，德語的柴油機一詞就是從他的名字而來，同時他也被譽為柴油機之父。柴油機具有功率大、結構相對簡單、燃料品質要求低、熱效率和經濟性能好等特點，在各領域得到了廣泛的應用。柴油機按照工作循環可分為二沖程和四沖程兩類；按照轉速可分為高速、中速、低速三類；按照氣缸充氣方式可分為增壓和非增壓兩類。

在船舶行業中，二沖程柴油機一般直接帶動螺旋槳旋轉，為大型船舶提供主推進動力；四沖程柴油機的應用則比較廣泛，可以通過減速齒輪箱帶動螺旋槳旋轉，也可以與發電機組合為發電機組，以及作為原動機帶動船用大功率生產設備等。

本文結合筆者多年從事船舶修造生產技術管理的實踐經驗，選取三個有關船舶主機故障的案例，重點介紹故障的排查過程、處理方法和處理效果。

2 滑油消耗量異常故障

2.1 故障描述

“某輪”于2009年9月20日完成修理后離廠，主機型號為WINCHMANN 10AXAG，額定功率為5000Bhp。完成第一個航次后，統計發現主機的單日滑油消耗比正常多出20L。發現此情況后，業主告知廠方并要求廠方派出技術人員協助處理解決。

2.2 故障分析與排查

該主機曲軸箱為干式，滑油由主機循環油柜經主機滑油泵、濾器至主機各運動部件及板式滑油冷卻器形成閉式循環；氣缸油由滑油柜通過油泵至缸套注油器，經過活塞刮油環刮至油底殼內。正常情況下，滑油循環油柜的油位會隨使用而緩慢增加，但是經過多次測量檢查發現，滑油循環油柜的油位持續在減少，說明柴油機的滑油消耗異常。

通過翻閱該主機維護保養說明書，主機滑油消耗大主要有幾個原因引起的。

① 滑油系統外漏；

② 滑油的燃燒；

③ 滑油泄露至海水；

④ 滑油泄露至污油回收柜。

根據說明書所提供的思路，對各系統進行排查，查找出滑油消耗大的真正原因。

1）跟蹤檢查所有滑油系統機外管路，未發現任何外漏現象。

2）該輪在廠修理期間，所有活塞環均已更換。現場拆除每缸上的排煙管封板并盤車檢查，活塞環安裝正確。通過觀察主機燃燒時的排煙煙色，發現煙色很好，并無藍色的跡象。

3）從舷側冷卻海水出海管觀察，并未發現有油跡。為進一步確認，拆開滑油冷卻器的進出口管路，并現場進行水壓試驗，未發現任何泄露。

4）在完成上述檢查后，經過較長時間的測量對比，發現污油柜的油位增加量與多消耗的滑油數量成正比。現場拆開滑油至污油柜總管路的支管，發現該支管持續有滑油漏出。通過跟蹤管路，不斷排查，最終發現滑油是由主機高壓油泵油管漏出。

2.3 故障排除

通過分析圖1的高壓油泵結構圖，發現若膠圈24沒裝或有缺陷，則滑油會竄至泄漏管流至污油柜，從而導致系統滑油損耗大，造成污油柜油位上漲。啟動滑油機外循環泵，并拆開10只高壓油泵的空心螺絲，發現空心螺絲滑油檢漏口有成線滑油漏出，證明雖然有安裝膠圈但是膠圈存在缺陷。現場拆解10個高壓油泵，發現膠圈24均剪邊；重新換新原廠備件之后再次開泵試驗，檢漏口泄露消除，啟動主機后亦未發生泄露。故障得以消除。

2.4 故障總結

對于燃用重質燃料油的柴油機，由于燃油粒度及黏度大，不足以潤滑高壓油泵柱塞和套筒偶件，于是需引入系統滑油進行潤滑，此類設計結構在Wartsila的系列產品中也多有使用。一般在遇到滑油消耗異常的情況時，很多技術人員可能根本就沒有考慮到還有滑油潤滑高壓油泵這一路。因此，對于機械設備的維護和修理，必須在吃透原理的基礎上做好細節的控制，哪怕是一條看似不起眼的膠圈，在選用不當或者安裝存在缺陷的時候，都可能會造成意想不到的故障出現。

3 主機單缸敲缸故障

3.1 故障描述

“某輪”于2007年3月進廠修理，主機型號為BW 6S50MC，額定轉速為127r/min，額定功率為11640Bhp。該輪進廠前，No.5缸在（主機）運轉時就存在持續的強烈敲擊聲。此作為一個工程交廠修理。

3.2 故障分析

柴油機敲缸對于柴油機的管理和維護人員來說并不陌生，屬于一種比較常見的現象，通常將柴油機敲缸分為機械敲缸和燃燒敲缸兩種類型。造成機械敲缸的主要原因是各運動配合部件的間隙過大而引起，而燃燒敲缸主要是與燃燒有關的因素所引起。對于柴油機敲缸的故障診斷和排除，由于造成柴油機敲缸的成因很多，實際診斷和排查要根據實際情況靈活運用。

由于進廠修理前主機No.5缸已經存在嚴重的敲缸現象，在對該缸吊缸檢修的過程中，已經重點對活塞、連桿以及各軸承進行了測量和監控，并拆檢了整個排氣閥總成。在整個修理過程中并未發現有異常的情況，裝復后在碼頭進行了系泊試驗。在經歷兩次系泊試驗后，No.5缸仍然存在強烈的敲擊聲，但未能判斷出敲擊聲的來源。進行第三次系泊試驗時，切斷No.5缸的燃油供給，發現強烈的敲擊聲仍然存在，說明此敲缸現象屬于機械敲缸。通過使用螺絲刀聞聲檢查并根據發聲的規律，最終判斷出敲擊聲為排氣閥關閉時產生。同時測量各缸排氣閥的行程時發現，存在敲擊聲的No.5缸比其他缸少了20mm，說明No.5缸的排氣閥開度行程異常。

該機型的排氣閥工作原理是：采用液壓活塞與氣動活塞共同平衡控制的方式來實現排氣閥的開啟和關閉。氣動活塞安裝在排氣閥桿的上端，在主機停車的狀態下，排氣閥關閉空氣作用在氣動活塞上，用來保證排氣閥關閉。而排氣閥的開啟是通過液壓活塞來實現。由凸輪軸驅動的排氣閥液壓驅動泵所產生的油壓作用在液壓活塞上，從而打開排氣閥，同時壓縮氣動活塞下面的空氣，形成一個“空氣彈簧”，并積蓄能量為排氣閥的關閉做好準備。

從該主機的維護保養說明書得知，若液壓驅動泵的節流調節針閥開度太大，會造成排氣閥關閉時產生敲擊聲。根據這樣的思路，拆檢No.5液壓驅動泵的調節針閥，情況正常，裝復后敲擊聲未消除；將此閥全開和全關后觀察，敲擊聲未發生明顯改變。隨后將No.5缸的調節針閥與No.6缸調換，敲擊聲仍然未發生改變。由此判斷出敲擊聲并非該針閥所引起。至此，開始懷疑造成液壓活塞行程不夠的原因可能是液壓驅動泵的供給油壓不夠或者油量不夠所引起。將No.5缸液壓驅動泵連同高壓油管一起與No.6缸互換，再次試驗，敲擊聲仍然未消除。接著先后更換2臺備件驅動油泵總成于No.6缸，No.6缸的敲擊聲未消除。因此，根據整個排查過程，隨著驅動油泵及高壓油管從No.5缸轉移到No.6缸，敲擊聲也隨之轉移，同時僅更換新驅動油泵備件敲擊聲未消除，此時最大的疑點就落在了高壓油管上。

3.3 故障排除

該排氣閥關閉液壓活塞的驅動油管結構如圖2所示，采用內套兩層高壓管的形式。最里面為高壓油路，套管中間是回油管路，外層包裹鋼網保護層。若內外套管之間的內裂、內漏，無法通過觀察判斷；而內漏所產生的回油則直接回到驅動油泵內。

3.4 故障總結

排氣閥關閉液壓活塞的驅動油管內漏，造成排氣閥開啟的供油壓力和供油量不足，反映在排氣閥上為開度不夠。同時也造成了排氣閥在關閉時的液壓背壓相比正常偏低，從而造成No.5缸排氣閥在關閉時的推力偏大，排氣閥對排氣閥座的沖擊力也大了很多，最終造成該缸強烈的敲擊聲。

此類排氣閥驅動結構的設計在很多型號的柴油機上都廣泛使用，因排氣閥驅動高壓油管內漏所造成的強烈敲擊現象，在柴油機說明書中并無描述，在我廠的修理歷史中也尚屬首次，此次故障的排除經驗為以后的類似檢修提供了很好的借鑒意義。

4 主機滑油低壓故障

4.1 故障描述

某挖泥船2011年4月進廠修理。兩臺主機通過變速箱及離合器可分別驅動艉軸和泥泵。該主機型號為SKL 8VD29/24 AL-2，額定轉速為1000r/min，額定功率為1800kW。此次進廠的主要修理項目為兩臺主機的常規吊缸維護保養。在完成拆檢進行試驗的階段，右主機在正常完成空車磨合試驗進入負荷試驗時，出現了滑油壓力不斷下降直至低于報警設定壓力的故障現象。

4.2 故障分析

從圖紙和現場比對來看，該柴油機滑油系統為機帶泵和機外備用滑油泵各自獨立吸口，出口經過一個三通邏輯選擇閥（該閥集成一個調壓閥）之后輸送給滑油自清濾器，通過濾器后輸送至主機。

柴油機運行過程中滑油壓力異常屬于比較普遍的問題，一般來講，造成滑油壓力異常的原因有幾個方面：

① 壓力表或傳感器失準；

② 滑油系統管路嚴重外漏；

③ 調壓閥內漏或調整不當；

④ 滑油泵工作失常；

⑤ 滑油系統濾器堵塞；

⑥ 各配合軸承位間隙過大；

⑦ 滑油油量不足或黏度太低。

考慮到此故障現象是在負荷試驗時才出現，空車磨合數小時并未發現此類問題，故暫不考慮⑥、⑦的可能性。在更換了相關壓力表并跟蹤檢查所有滑油系統機外管路后，開啟機外備用滑油泵進行試驗，發現滑油泵出口壓力為8 kg/ cm2，而柴油機進機滑油總管壓力僅有2 kg/ cm2，因而排除①、②、④的可能性。嘗試調整集成于三通邏輯選擇閥上的調壓閥，進機滑油總管壓力無變化。為進一步確定問題的根源，對整個三通邏輯選擇閥進行拆檢，在裝復調壓閥時不裝高壓油路的卸油管，再次開泵試驗，發現柴油機進機滑油總管壓力無改善，且調壓閥的高壓油路的卸油管并無油卸出，故排除③的可能性。因此，最終把焦點轉移至⑤——即滑油自清濾器上。

4.3 故障排除

該主機使用阿法拉伐公司生產的滑油自清濾器。如圖3和圖4所示，過濾分兩部分，第一部分（20組濾板）為過濾去主機的滑油，第二部分（4組濾板）為過濾用于沖洗第一部分濾器的反沖油，且在端部安裝一個單活塞式由滑油驅動的油馬達帶動配油軸旋轉，從而達到過濾部分的轉換和過濾區塊的循環。通過第二部分反沖后的雜質通過放殘閥定期放至污油艙內。

通過啟動機外備用滑油泵進行試驗，發現滑油自清濾器進出口壓差已超出自帶壓差計的量程范圍。為進一步確認滑油經過該自清濾器前后的狀態，在濾器進、出口總管上各安裝壓力表一塊，再次試驗發現進口總管壓力為784kPa，而出口壓力僅為2kg/ cm2（196kPa），與之前的試驗現象相吻合。至此，故障原因鎖定在自清濾器對滑油造成的阻力導致的壓降。

從該濾器的結構和原理上分析，能夠造成濾器堵塞的原因有兩個：一個是第一部分過濾主滑油的濾板臟堵；另一個是配油軸套與濾板安裝錯位，導致油孔堵塞。對自清濾器進行解體后發現，濾器內含有大量絮狀含油污物。兩部分的濾板尺寸不同，每組分為2片且有定位，并且濾板與配油軸套的相對位置無法改變。在現場用柴油對24組濾板進行清潔后進行組裝，并觀察濾板與配油軸套的相對位置，雖然有少許錯位但不至于造成滑油如此大的壓降。裝復后再次試驗，發現進機壓力提高到294kPa，但在運轉一段時間之后壓力又跌至196kPa。再次拆解自清濾器，并未發現濾板上附著明顯污物，在向船方了解情況之后得知，船方從未按照說明書要求定期對濾板進行化學清洗。仔細觀察主滑油過濾的濾板，發現該濾板的濾網為兩層，對光進行觀察發現雙層濾網間存在透明蠟狀物，此次修理船方更換了滑油，于是懷疑由于新油在帶負荷運轉下溫度升高，分子較小的石蠟經過了濾網在兩層濾網間逐漸形成石蠟層，導致該石蠟層對滑油的流通形成了阻礙。最終決定將所有濾板送車間進行化學清洗后再重新組裝進行試驗。完成化學清洗后裝船開泵試驗，進機壓力提高到588kPa，并且長時間運轉保持穩定，后續的負荷試驗也順利完成。

4.4 故障總結

自清濾器配合柴油機的應用越來越廣泛，與常規濾器相比具有保養頻率低、過濾性好、流通壓力損失小等優點。但同時由于結構復雜，濾板不便于更換，常規現場清洗可能無法達到效果等缺點，會對柴油機的運轉帶來安全隱患。因此在維護和修理過程中，要摒棄習慣性思維，在吃透原理的基礎上有針對性的進行處理。

5 結束語

柴油主機作為船舶主推進動力的核心設備，其良好的運轉狀態是船舶正常運營的保障。本文僅選取筆者所經歷的三個有關主機故障排除的案例，為同行們在以后相似故障的處理中提供參考。

參考文獻

[1] 黃少竹. 現代船舶柴油機故障分析[M]. 大連海事大學出版社， 2005-03

[2] 韓雪峰. 船舶柴油機[M].人民交通出版社， 2004.09.

[3] WINCHMANN 10AXAG 柴油機說明書.

[4] BW 6S50MC 柴油機說明書.

[5] Alfalaval Lube oil filter-with diversion chamber 技術文檔.