船舶主機敲缸問題探討

陳身通

(浙江省海運集團有限公司，浙江 杭州 310014)

某船主機型號為B&W MAN S42MC，功率為5 830 kW，額定轉速為131 r/min，出廠日期為2006年6月。2019年該船在船廠修理，對主機第1、2、4缸進行常規吊缸保養，并更換了活塞環和填料函的密封環。修理后，在船廠碼頭主機進行試車，情況正常。由于碼頭條件所限，主機試車時最高轉速為45 r/min，并沒有達到正常運轉時的轉速。船舶離廠航行至錨地過程也正常。但在錨地拋錨，再啟錨航行時，主機第1缸出現了敲缸現象。經過勘查發現，這次敲缸現象與常規敲缸情況不同，活塞頂部的活塞清潔環(PC環)位置，靠近排氣側有明顯的刮擦痕跡，敲缸的聲響就是活塞與PC環之間的機械敲擊所引起的。這個問題如果不排除，主機不能正常運行，會耽誤船期，造成經濟損失。

1 敲缸問題的成因

主機敲缸是指在柴油機缸體內部出現不規則或不正常的撞擊聲。造成主機敲缸的原因有很多，大致分成2種，一種是燃燒敲缸，一種是機械敲缸。

燃燒敲缸一般是因為：①噴油定時調整不到位，噴油提前角靠前；②噴油器噴出的燃油霧化不良；③噴油器滴油及噴出的燃油壓力低，等。

機械敲缸一般是因為：①氣缸套上部磨出凸臺，碰第一道活塞環；②排氣閥不能及時回位及正常開啟，活塞與排氣閥發生撞擊；③氣缸套嚴重磨損，使得活塞在缸套中產生擺動，敲擊缸壁造成敲缸；④滑油溫度過低時，由于活塞和缸套不能達到正常工作時的膨脹狀態，造成兩者之間間隙過大，使得活塞在缸套中產生擺動，敲擊缸壁造成敲缸；⑤正、倒車導板間隙過大及活塞對中不好；⑥活塞環折斷或填料函未安裝正確。

2 故障現象

此次聲響在第1缸缸蓋位置處，也就是說活塞在上死點位置敲缸現象十分明顯。對該缸高壓油泵進行斷油處理運行，敲缸現象卻依然存在，基本排除了燃燒敲缸的原因。懷疑是驅動排氣閥開啟的液壓系統問題，停車后，對排氣閥促動泵出口的液壓單向閥進行了更換。在錨地試車正常，敲缸現象消除。但起錨航行不久后，第1缸還是出現了敲缸，輪機人員判斷應該是促使排氣閥關閉的空氣彈簧引起的敲缸現象。他們對該缸的排氣閥上部進行了拆檢，發現該缸排氣閥的空氣彈簧活塞上的密封環有小的磨損缺口。更換了密封環，裝妥試車正常，敲缸現象消失。

起錨航行不久，該缸又出現缸蓋敲缸現象。既然排氣閥的原因消除了，那么認為是不是活塞、活塞環或填料函的問題，所以輪機人員打開掃氣箱檢查，填料函安裝情況正常，活塞及活塞環情況均正常。打開曲軸箱，測量正/倒車導板間隙均在說明書允許范圍之內，而且滑油溫度也沒有問題。

輪機人員認為還是排氣閥問題，于是將該缸排氣閥整體吊出換成備用排氣閥，該缸噴油器換用備用噴油器。在錨地多次正倒車試驗，期間都沒有出現敲缸現象。再次通知船長起錨開航，航行不久該缸又出現了敲缸。這時輪機人員請示公司機務要求技術支持。公司機務了解情況后，要求吊出活塞進一步檢查。吊出活塞后，發現在活塞頂部PC環位置，靠近排氣側有明顯的刮擦痕跡。敲缸的聲響應該就是活塞與PC環之間的機械敲擊所引起的。刮擦部位示意圖見圖1。

圖1 刮擦部位示意圖

3 故障分析及解決方法

既然是清潔環與活塞頭敲擊所致，造成上述敲缸現象的原因分析如下：PC環是曼恩公司在2000年前后引入的，用于高壓縮比的MC/MC-C系列柴油機。其原理是柴油機在運行工作中，活塞的第一道活塞環以上部位常有結碳堆積，這些結碳可能會對氣缸壁潤滑油膜產生破壞，加劇氣缸的磨損。為了清除這部分結碳而設置PC環，PC環的內徑略小于缸套內徑，利用活塞的上下運動刮除該部分結碳，以便限制活塞頂部沉積物的堆積。PC環安裝部位示意圖如圖2所示。

圖2 PC環安裝部位示意圖

通常PC環作為氣缸套的一個組成部分，在柴油機運行期間也會發生相應的磨損，它應該遵循缸套的使用壽命。此次第1缸缸套測量點位置如圖3所示，測量的數據如表1所示，其中：測量點1為PC環附近位置，測量點2為第1道活塞環對應位置，測量點11為掃氣口下端處位置。

圖3 第1缸缸套測量點位置示意圖

表1 缸套測量數據 mm

根據說明書要求，缸套尺寸均符合說明書要求，應該不會造成PC環與活塞刮擦的現象。隨后詢問相關吊缸技術人員得知，他們對PC環的安裝工藝不熟悉。對該缸進行吊缸保養中拆除PC環之前，沒有對PC環的位置做相應的標注。PC環清潔后就于隨意位置安裝。造成缸套橢圓方向與PC環內徑的橢圓方向不一致，活塞運動到上死點附近位置時碰到PC環，導致了敲缸現象。

經詢問值班人員得知，船在大舵角轉彎時敲缸現象明顯。通過分析發現，敲缸現象時有時無的主要原因是錨地或正浮狀態下航行時，活塞在缸套里對中性相對來說好些，沒有碰到PC環。而在大舵角時，船舶發生左右傾斜，活塞在缸套中上下運動有左右靠邊現象，會碰到PC環而發出敲擊聲。本次機械敲擊部位又靠近排氣側，以至于在打開掃氣箱檢查時發現不了活塞頭刮擦的痕跡，給故障分析增加了一定的難度。因為開始拆除PC環沒有做好標識，無法找到原來安裝的位置，需要更換PC環。已知缸套直徑為420 mm，根據曼恩公司推薦要求，新PC環更換標準如表2所示。其中，標準PC環指新環或直徑磨損量不超過0.42 mm的PC環。

表2 PC環更換標準

本船缸套磨損量已達到1.65 mm，需要超大型PC環。但船舶庫存備件尚無超大型PC環，加上航次任務緊，無法購置新的超大型PC環。為了加快修復，對該缸的缸套及清潔環全部換新，裝復試車正常。至此，主機敲缸故障徹底解決。

4 結束語

主機出現敲缸，首先要判斷是燃燒敲缸還是機械敲缸。根據熱工參數或者單缸斷油方法就可以確定是否為燃燒敲缸。機械敲缸分析起來相對困難，尤其對排氣閥敲擊的識別。本船敲缸故障，輪機人員第一時間從排氣閥敲擊去分析，做了大量的工作。加上本次PC環與活塞敲擊面在排氣側，打開掃氣箱檢查也難以發現故障原因，給排除故障帶來一定的難度。

維修技術人員對PC環的認知不足，也是主要原因。在對柴油機進行吊缸保養時，拆除PC環之前必須在相應的位置做好標識，以確保在重新組裝之后能夠處于相同的位置，防止安裝時位置錯位而引起不必要的故障。尤其針對運行時間較長，橢圓度較大的缸套，正確安裝尤為重要。

查閱船舶主機說明書，該書未對PC環的工藝做出詳細地說明，也是造成相關維修技術人員對此安裝工藝不了解的間接原因。船舶公司應該根據曼恩的通函要求，適時提供相關技術文件供輪機人員學習。