內河巡標船主機冷卻系統溫度過高的問題研究及解決措施

黃天壽

摘要：文章介紹了巡標船柴油機冷卻系統作用及其工作原理，并以“廣西港航4104”巡標船柴油機為例，分析了柴油機冷卻水系統與機油潤滑系統高溫故障及解決方案。

關鍵詞：巡標船;柴油機;主機冷卻系統;高溫故障;解決方案

0 引言

隨著航道等級的提升，特別是打造西江億噸“黃金水道”以來，對航道管理養護工作提出了“更快速、更高效、更優質”的要求，需要提升航道養護船舶設備技術性能。

為提升航道養護船舶設備技術性能，增加船舶航行速度及動力，“廣西港航4104”巡標船安裝有型號為YC6A220C船舶用柴油機，直列6缸、增壓水冷、雙循環冷卻、其額定功率為162 kW，額定轉速為2 230 r/min，制造日期為2016-01-05。在使用期間主機經常出現油溫或水溫過高提示報警或溫度過高系統自動停機等情況。

1 巡標船柴油機冷卻系統作用及其工作原理

1.1 巡標船柴油機冷卻系統作用

柴油機通過柴油在內部燃燒產生動力，在燃燒時會產生熱能，溫度可達2 027 ℃，導致相關零部件的溫度升高。溫度較高時柴油機內零件的精度、性能會受到影響，導致潤滑度差，從而縮短它的使用壽命，降低工作效率，增大能耗[1]。所以，冷卻系統對于柴油來說是非常重要的，冷卻系統正常工作應確保其溫度合適。

1.2 柴油機冷卻系統的型式

柴油機冷卻系統的型式一般分為風冷和水冷。

（1）風冷。用空氣作為冷卻媒介質，將部分熱量散發到空氣中，并使溫度保持在正常運轉范圍內，這種冷卻型式結構簡單，使用維護方便，適用于缺水地區和小功率柴油機上。

（2）水冷。用水作直接冷卻媒介質將熱量帶出機體散發冷卻水中。其冷卻效果好，控制冷卻能力較方便，但結構較復雜，需使用大量冷卻液進行冷卻[2]。YC6A220C型號船舶用柴油機的冷卻系統采用水冷型式。

1.3 柴油機冷卻系統工作原理

YC6A220C型號船舶用柴油機的冷卻系統是采用海、淡水雙路循環冷卻，如圖1所示：淡水泵將淡水泵入滑油冷卻器冷卻滑油后，再進入冷卻缸體及汽缸蓋;從機體出來的高溫淡水，經過節溫器作用，一部分直接回到淡水泵入口，另一部分經海淡水熱交換器后回到淡水泵入口。海水經海水泵泵入中冷器冷卻高溫高壓空氣，再進入海淡水熱交換器冷卻高溫淡水，之后排出船舷外。機油隨機油泵注入機體內有冷卻潤滑活塞、氣缸套、軸瓦、曲軸等作用[3]。

2 柴油機冷卻水系統高溫故障分析及解決方案

2.1 冷卻水系統高溫故障狀況

“廣西港航4104”巡標船是高速船艇類型，船舶吃水較淺，只有0.6 m。船舶在高速航行（35 km/h）時，經常出現主機冷卻系統水溫升高，系統水溫高報警提示，甚至因達到內循環冷卻水溫度限定臨界值以上出現主機自動停機保護現象。如果在該繁忙的水域航行時，主機突然停機，船舶失去動力，無法進行避碰，這種情況是非常危險的。經檢查發現，是因為海底門長期缺水，造成主機冷卻系統水溫升高的。

2.2 海底門缺水問題狀況分析

當船舶航行速度>35 km/h時，發現排出舷外的海水流量比較小;當船舶速度<28 km/h時，排出舷外的海水流量正常。針對上述問題，結合了流體力學及船舶高速航行時船底流體線性分布的特性分析，當船舶高速航行時，平面光滑的船底與海水形成相對高速流動，有時海底門形成真空失水狀態或海底門進水不足。海底門持續進水不足或無水狀態，使主機出現因缺海水冷卻導致水溫、油溫過高等問題。

2.3 海底門缺水問題解決方案

為了解決在高速航行時海底門持續進水不足或無水狀態的問題，我們采取了一種簡單、使用方便的結構，就是將海底門改成有兜水的功能。在海底門格柵后部焊接長與高為200 mm×35 mm的擋板，這一結構利用船向前高速航行時將經過海底門部分海水攔截進海底門中，解決了海底門缺水的問題。但加裝這種裝置增加了船體的附加阻力，其增加的附加阻力對于大功率高速船影響不大

3 柴油機機油潤滑系統高溫故障分析及解決方案3.1 機油油溫高故障狀況

“廣西港航4104”巡標船的主機是船用高速機，額定轉速為2 230 r/min。該船在投入使用一段時間后，發現船舶在額定轉速帶負荷的情況下航行1 h左右，機油油溫逐漸升高，油溫達到115 ℃臨界值時系統自動停機保護。當油溫達到臨界值時，內循環淡水的溫度保持在91 ℃正常的范圍內。當主機帶負荷時轉速降低到80%的額定轉速時，油溫還是偏高，保持在105 ℃左右。機油溫度一般在85 ℃～100 ℃范圍內。若機油油溫太高，將對發動機造成不良影響。當機油溫度超過110 ℃及以上，將使機油黏度嚴重下降，并易于氧化變質而失去潤滑作用。油溫偏高這一問題急需解決。

3.2 機油油溫高的故障排除與分析

3.2.1 對主機外部檢查分析

首先對機油量進行檢查，機油油量不足或液面過高時，也會導致機油溫度過高現象。技術員到現場檢查了機油量情況，確定機油油面高度在油標尺上下刻度之間，并不是因為機油油量不足或液面過高導致機油溫度過高的。

再對主機的排放廢氣、主機油底殼的透氣孔進行檢查，當時排放的廢氣正常，沒有發現冒黑煙、白煙、藍煙等情況。確認并不是因為超負荷、高溫的燃氣直接竄入曲軸箱對機油直接加熱，從而導致機油溫度過高的現象出現。

3.2.2 對主機潤滑油系統內部檢查分析

首先對更換的機油及機油濾清器型號進行核實檢查，因為當時進行了主機一級保養后，才出現機油油溫高、水溫正常這一現象。技術員認為是因為更換了不合適的機油造成機油油溫高的現象。但在重新更換了該主機型號專用機油及機油濾清器，運行一段時間后，還是出現機油油溫高的現象。

檢查并不是因為機油及濾清器造成油溫高問題后，技術員再提出可能是機油冷卻器機油散熱器堵塞或結垢造成的散熱不良。最后在廠家訂購同型號的機油冷卻器回來更換，但效果還是不理想，運行一段時間后，油溫還是偏高，問題還沒有得到解決。同時也懷疑機油泵出現故障，或泵油量過少，導致散熱不佳，但根據機油監控的壓力儀表數值顯示在0.45 MPa左右，機油壓力正常，所以機油泵并沒有故障。

根據只有油溫高而內循環冷卻水溫度正常情況進行判斷，懷疑是油溫的溫度探頭測量數據不準確，出現數據偏高情況。當出現高油溫顯示時，立刻停機，用靈敏的溫度計從機油尺孔插進油底殼的機油中，現場測機油的溫度。然而溫度計測量出來的數據與主機油溫監測系統的數據對比，兩者的數據相差1 ℃，在誤差范圍內，所以并不是溫度探頭的問題。

3.2.3 引起機油油溫高故障的原因

該船的主機剛投入使用時間不足一年，正常進行維護保養，并沒有對主機內部的配件進行拆裝、裝配。技術員根據自己檢查分析的情況，與玉柴廠家的售后服務部的技術員進行反映、討論。最終討論的結果是該型號主機的機油冷卻器的冷卻能力不足，即主機長時間高速運行，機油得不到充分冷卻，造成油溫高的現象。

3.3 機油油溫高的問題解決方案

為了解決機油冷卻器的冷卻能力不足這一情況，提出了在機油冷卻器后增加一個機油冷卻器進行二次冷卻的方案。進行二次冷卻的冷卻器的熱換面積計算及冷卻器型號選擇，選型計算公式如式（1）～（3）所示：

經過計算，確定選擇型號為GLC1-0.8的船用冷卻器，其總長為660 mm，直徑為115 mm，流量為80 m/h，熱交換面積為0.8 m3，工作溫度≤125 ℃，工作壓力≤0.9 MPa。

經過在主機機油冷卻器管路后增加一個型號為GLC-0.8的船用冷卻器進行二次冷卻后，機油得到充分冷卻，機油油溫恢復到正常范圍內。

4 結語

通過以上對“廣西港航4104”船的柴油機冷卻系統的改造，經過實船運行效果明顯，從根本上解決了“廣西港航4104”船因冷卻系統頻繁高溫而停機的安全隱患，確保該船全年正常運行，提高了柴油機的使用經濟性，提高了該船的巡標的工作效率且具有實際應用價值。

參考文獻：

[1]伍賽特.船用柴油機可靠性要求及改善措施研究[J].內燃機，2019（6）：48-51，55.

[2]劉江濤，張 鵬，李治明，等.某船用柴油機機組拉缸故障原因分析及解決方案[J].內燃機與配件，2020（5）：50-52.

[3]田海濤.船用柴油機故障診斷技術研究[J].裝備機械，2019（3）：65-68，72.