某船用柴油機竄氣故障分析與排除

袁慧五,萬勇輝

(1.92571部隊，海南三亞 572021；2.91458部隊裝備部,海南三亞 572021)

某船用柴油機竄氣故障分析與排除

袁慧五1,萬勇輝2

(1.92571部隊，海南三亞 572021；2.91458部隊裝備部,海南三亞 572021)

針對某船用柴油機出現的竄氣故障，通過運用油液分析技術準確判斷出竄氣故障的原因和故障部位，在結合實際情況的基礎上，選用了一種新型柴油機維修技術——金屬磨損自修復技術，對竄氣故障進行了不拆解修理，并運用油液分析技術對維修效果進行評判，發現利用金屬磨損自修復技術修理柴油機磨損故障效果良好，具有較好的應用前景。

竄氣；柴油機；油液分析；自修復

柴油機竄氣一般分為2種，第一種竄氣是活塞環竄氣和汽缸墊、缸體、缸蓋間竄氣。活塞環竄氣是由于缸套與活塞環之間間隙過大，以致活塞環張力不夠緊貼缸套，所以柴油機在壓縮沖程中有混合氣從活塞環間隙中“竄”到曲軸箱，因此，通常又叫曲軸箱竄氣；第二種竄氣是汽缸墊老化、缸體、缸蓋腐蝕引起的缸蓋和缸體之間的密封不嚴，導致壓縮氣體從間隙竄到缸蓋、缸體周圍的冷卻水道、油道[1]。竄氣是柴油機的一種比較危險的故障，輕則造成柴油機燒潤滑油、冒黑煙、功率不足；重則增大曲軸箱壓力，使潤滑油從呼吸孔中噴出，柴油機潤滑急劇性惡化，極易造成曲軸損壞、活塞抱缸的惡性事故。

1 故障現象

某船機艙有2臺型號為12V150柴油機，分別為左主機和右主機，服役多年，近期發現左主機在運行時從油尺口冒出大量的煙，10 min內整個機艙都被煙籠罩，冷卻水溫度和潤滑油溫度有所升高，潤滑油消耗量增加、黏度也變大，初步診斷為活塞環竄氣故障。

2 原因分析

一般來說，柴油機發生活塞環竄氣可能原因主要有4種[2]。

1)燃燒不良，性能惡化，潤滑油由于高溫空氣的存在及金屬的催化作用，易發生氧化反應生成積碳，當燃料不完全燃燒時，會將燃料由氣態還原為液態，將燃燒室內煙炱、活塞及活塞環內的積碳沖下，竄入曲軸箱。

2)配氣相位不準，這類問題一般發生在新柴油機使用初期，而該柴油機已經使用多年，故這種可能可以排除。

3)潤滑油質量不符合標準，主要是潤滑油中所含水分過多、黏度過高或過低等，這些現象長期存在時會導致柴油機竄氣。

4)活塞環與汽缸密封性差，柴油機工作都是靠吸入混合氣后壓縮，然后點燃做功產生動力，從壓縮到燃燒都會產生很高的壓力，被壓縮的氣體會從活塞和缸體縫隙、活塞環開口、活塞環和缸體縫隙等地方竄入曲軸箱，當長期使用時，活塞環容易出現嚴重磨損、彈力減弱、內部結膠和折斷等事故，汽缸容易出現嚴重磨損、裂紋、拉缸和穴蝕等故障，這些故障原因都是導致活塞環與汽缸密封性差的原因之一。

為了準確定位竄氣故障的具體原因和故障部位，需要對柴油機潤滑油進行系統的油液分析。首先對左主機進行了水分分析和運動黏度分析，利用快速水分儀對潤滑油含水量進行分析，未發現其中含水；采用S—FLOW850型自動黏度計測試2臺柴油機潤滑油在100 ℃時的運動黏度，發現左主機和右主機潤滑油黏度測量值分別為15.32 mm2/s和13.98 mm2/s，右主機比左主機潤滑油運動黏度僅低8.7%；另外同一批潤滑油分別加入2臺柴油機中，只有左主機出現明顯的竄氣故障，說明潤滑油質量不符合標準這種可能也可以排除。

為了便于比較，采用超譜M型發射光譜儀對2臺柴油機潤滑油磨損元素含量進行分析，得到監測數據見表1。

表1 2臺柴油機潤滑油磨損元素質量分數監測表 μg/g

由光譜分析數據知：與右主機相比，左主機鐵元素的含量嚴重超標，達到112.58 μg/g，通過查閱該型柴油機各摩擦件的金屬組成，發現鐵元素主要存在于活塞環和缸套，說明故障原因可能是活塞環和缸套之間因存在嚴重的磨損而導致密封的不嚴。

3 處理方法及效果

在第一次修理左主機期間，首先拆檢了該柴油機活塞環和汽缸套，發現它們均存在較嚴重的磨損現象，這與油液分析結果相符；另外在對柴油機曲軸箱進行解體分析時，未發現有積碳存在，故可以排除燃燒不良的原因，因此可以肯定左主機竄氣故障原因主要是活塞環與缸體密封不嚴。

由于該船已服役多年，這種型號的柴油機缸套原產廠家已經停止生產，市場上想要購買非常困難且價格昂貴，但活塞環比較容易購買，故只能先采用更換活塞環的辦法對其進行修理，組裝完成后還更換了柴油機的潤滑油，但是當柴油機再次運行時發現竄氣故障依然存在，于是我們采取了一種新型柴油機維修方法——金屬磨損自修復技術。

金屬磨損自修復技術是在機械設備不解體的情況下，利用機械設備自身摩擦副磨擦時產生的能量，動態完成金屬磨損部位的自修復、強化和改性[3]。維修中選用某公司生產的一種陶瓷基自修復材料，將其按照一定比例加入柴油機潤滑油中，運行6 h后，發現柴油機竄氣故障消失，說明這種陶瓷基自修復材料對因活塞和缸套磨損而引起的竄氣故障維修效果良好。

同時為了評價陶瓷基自修復材料是否對潤滑油本身性能產生影響，分別運用發射光譜分析技術對添加自修復材料前和添加自修復材料并運行50 h后的潤滑油、以及自修復材料進行分析，得到光譜分析數據見表2；采用自動黏度計和精密水分分析儀對添加自修復材料前后潤滑油黏度和水分含量這2個物理指標進行分析，得到監測數據見表3。

由表2數據可知：添加自修復材料并運行50 h后，潤滑油中元素含量明顯增加的是硅元素，其次鐵元素略有增加，其余元素變化不大，其中硅元素

表2 添加自修復材料前、后潤滑油和自修復材料光譜分析數據 μg/g

明顯增加的原因是陶瓷基自修復材料中含有較多的硅元素，且達到824.7 μg/g。由表3數據可知：添加自修復材料前后柴油機潤滑油黏度和含水量這2個物理指標變化不大。綜合以上監測數據可知：陶瓷基自修復材料對潤滑油本身的潤滑性能并不產生明顯的影響。

表3 添加自修復材料前、后潤滑油物理指標

4 結束語

通過柴油機竄氣故障排除過程，可總結經驗如下：①利用金屬磨損自修復技術對柴油機因活塞環和缸套磨損導致的竄氣故障進行不拆解修理，不僅維修效果好，而且能夠節約維修時間和成本；在柴油機磨損故障維修中金屬磨損自修復技術具有良好的應用效果和廣闊的應用前景；②利用油液分析技術能夠獲得所監測裝備的潤滑和磨損狀態信息，從而確定其故障原因和故障部位，還能夠對維修后的裝備運行狀態進行評估。

[1] 徐留常. B22型機冷車車載柴油機曲軸箱竄氣的原因分析與預防措施[J]. 內燃機, 2013(1): 54-56.

[2] 郭中華, 宋靈玲, 覃震冰. 12V135AZD型柴油機曲軸箱竄氣的檢測及解決方法[J]. 柴油機, 2004(1): 53-54.

[3] 楊鶴, 張正業, 李生華,等. 金屬磨損自修復技術的X光電子能譜研究[J]. 光電子與光譜分析, 2005, 25(6): 945-948.

Aiming at gas leakage in a marine diesel engine,the reason and fault location of gas leakage were judged by oil monitoring technology.On the basis of the actual situation,the maintenance technology of metal wear self-repairing is selected to repair the gas leakage through non-disassembly.The effect of repair is evaluated by oil monitoring technology.What's more,it has been found that metal wear self-repairing technology can achieve good result in repairing the diesel engine wear fault,which has a good prospect in application.

gas leakage;diesel engine;oil monitoring;self-repairing

袁慧五(1982-)，男，湖北武漢人，工程師，博士，主要從事艦船裝備故障監測與故障維修工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.03.008

2015-12-01