某船發(fā)電柴油機(jī)啟動困難故障分析與排除

董慶豐，陽躍圖，李文豪，羅 旭

(中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇 江陰 214431)

某船配備5個發(fā)電機(jī)組為全船提供電力保障，每個發(fā)電機(jī)組由1臺柴油機(jī)和1臺發(fā)電機(jī)組成，其中柴油機(jī)采用MAN B&W 6L23/30H型中速柴油機(jī)作為機(jī)組的原動機(jī)。此柴油機(jī)額定功率為770 kW，額定轉(zhuǎn)速750 r/min，缸徑為225 mm，活塞行程為300 mm；發(fā)電機(jī)采用HFC6-508型發(fā)電機(jī)，日常使用2～3個發(fā)電機(jī)組即可滿足全船電力供應(yīng)。

該船在碼頭組織備航，進(jìn)行設(shè)備常規(guī)保養(yǎng)，在啟動4號發(fā)電機(jī)組時，按下啟動按鈕，壓縮空氣推動機(jī)組的柴油機(jī)轉(zhuǎn)動后，沒有達(dá)到啟動轉(zhuǎn)速，最終導(dǎo)致啟動失敗。

本文全面分析柴油機(jī)啟動失敗的原因，并對啟動空氣系統(tǒng)和控制空氣系統(tǒng)進(jìn)行重點(diǎn)排查，查找故障原因并確定故障點(diǎn)，最終將故障排除。

1 故障原因分析

1.1 燃油系統(tǒng)故障

燃油系統(tǒng)工作原理示意圖如圖1所示，燃油由A1管路進(jìn)入燃油系統(tǒng)，由機(jī)帶燃油泵驅(qū)動，并進(jìn)入燃油濾器凈化，之后進(jìn)入高壓油泵，一部分燃油經(jīng)過高壓油泵加壓后進(jìn)入高壓油管到達(dá)汽缸內(nèi)的噴油器，并噴入汽缸燃燒，一部分燃油回流至A2管路，最后流回燃油日用柜。

圖1 柴油機(jī)燃油系統(tǒng)原理示意圖

若燃油系統(tǒng)發(fā)生故障，柴油機(jī)啟動時，汽缸內(nèi)無燃油或燃油過少都會導(dǎo)致啟動失敗，具體原因如下。

1)燃油管路接頭松動，系統(tǒng)中混有空氣，使燃油無法進(jìn)入汽缸內(nèi)，造成汽缸無法發(fā)火。

2)燃油管路、燃油濾器阻塞或管路泄漏，使汽缸內(nèi)供油不足。

3)供油總桿及油門齒條卡滯，使燃油無法進(jìn)入汽缸。

4)機(jī)帶燃油泵、高壓油泵或噴油器故障，導(dǎo)致供油不足。

5)調(diào)速器故障，導(dǎo)致燃油無法進(jìn)入汽缸[1]。

1.2 啟動空氣系統(tǒng)故障

柴油機(jī)啟動空氣系統(tǒng)工作原理示意圖如圖2所示，從空氣瓶來的壓縮空氣(2.5～3.0 MPa)經(jīng)過空氣濾器，進(jìn)入減壓閥將壓力降低至0.7～0.9 MPa，之后分2路，一路連接補(bǔ)氣電磁閥至增壓器壓氣端進(jìn)行補(bǔ)氣，另一路通過安全閥到達(dá)主啟動閥待用，在安全閥后面再分一路空氣到啟動閥及緊急啟動閥，當(dāng)啟動閥動作后，壓縮空氣進(jìn)入空氣啟動機(jī)使啟動機(jī)上的傳動齒輪與柴油機(jī)飛輪嚙合，之后壓縮空氣使主啟動閥接通，待用的壓縮空氣使啟動機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動柴油機(jī)轉(zhuǎn)動。當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速超過110 r/min時，柴油機(jī)發(fā)火，啟動閥關(guān)閉，啟動機(jī)上的傳動齒輪與飛輪上的啟動齒圈脫離。其中安全閥后有一路與機(jī)械超速裝置的兩位三通閥相連，當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速超過最大允許轉(zhuǎn)速時，兩位三通閥動作，壓縮空氣進(jìn)入油門控制汽缸，將高壓油泵齒條推至零位，使柴油機(jī)停車。

圖2 柴油機(jī)啟動空氣系統(tǒng)工作原理示意圖

啟動空氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障會導(dǎo)致柴油機(jī)達(dá)不到發(fā)火轉(zhuǎn)速，從而導(dǎo)致啟動失敗，具體原因如下。

1)氣瓶壓縮空氣壓力不足或系統(tǒng)管路泄漏，無法推動柴油機(jī)。

2)空氣濾器臟污，壓縮空氣進(jìn)氣量過小。

3)減壓閥調(diào)節(jié)壓力過小或出現(xiàn)故障，使壓縮空氣進(jìn)氣不足[2]。

4)主啟動閥或啟動閥出現(xiàn)故障，使壓縮空氣無法進(jìn)入空氣啟動機(jī)。

5)機(jī)械超速裝置出現(xiàn)故障，超速裝置使兩位三通閥動作，壓縮空氣進(jìn)入油門控制汽缸，油門控制汽缸推動高壓油泵齒條，使齒條保持在零位。

6)空氣啟動機(jī)故障，無法帶動柴油機(jī)轉(zhuǎn)動。

1.3 汽缸內(nèi)故障

柴油機(jī)汽缸內(nèi)若出現(xiàn)故障，使壓縮壓力不足，會導(dǎo)致無法發(fā)火，造成啟動失敗，具體原因如下。

1)活塞環(huán)或缸套過度磨損，導(dǎo)致壓縮壓力不足[3]。

2)進(jìn)排氣門彈簧力不足或密封不嚴(yán)。

3)缸蓋或缸體密封不嚴(yán)。

4)檢修時更換的活塞備件不屬于該機(jī)型，導(dǎo)致燃燒室容積過大[4]。

此類問題在柴油機(jī)維護(hù)保養(yǎng)正確，操作規(guī)范的情況下不會發(fā)生。

2 故障排查與排除

2.1 故障排查

設(shè)備故障往往都是由于一個小部件或一個小問題引起的，因此故障排查過程，遵循先簡單后復(fù)雜、先系統(tǒng)后機(jī)體、先外部后內(nèi)部的原則來排查，效果較好，同時可以節(jié)省人力物力。柴油機(jī)按下啟動按鈕后能夠轉(zhuǎn)動，但是達(dá)不到啟動轉(zhuǎn)速，說明是啟動系統(tǒng)出現(xiàn)故障，具體排查過程如下。

1)檢查空氣瓶及管路。氣瓶壓力在2.5 MPa左右，符合啟動要求，壓縮空氣系統(tǒng)管路及機(jī)身空氣管路無泄漏。

2)檢查空氣濾器。拆開空氣濾器檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有少量雜質(zhì)，不影響進(jìn)氣量，清潔后裝復(fù)。

3)檢查減壓閥設(shè)定值。檢查減壓閥設(shè)定值在0.8 MPa，壓力正常。

4)檢查機(jī)械超速裝置及油門控制汽缸。裝置沒有動作，油門控制汽缸也沒有動作，設(shè)備正常。

5)檢查啟動閥及控制空氣管路。按下啟動按鈕后，啟動機(jī)嚙合齒輪能夠與飛輪正常嚙合，說明啟動閥工作正常，啟動閥前后的空氣管路暢通。

6)檢查主啟動閥及控制空氣管路。按下啟動按鈕后，柴油機(jī)能夠正常轉(zhuǎn)動，說明主啟動閥已經(jīng)接通，使壓縮空氣進(jìn)入到啟動機(jī)內(nèi)，主啟動閥正常，控制管路暢通，而啟動機(jī)前的主空氣管路管徑較大，不會堵塞。

7)檢查空氣啟動機(jī)。柴油機(jī)能夠正常轉(zhuǎn)動，說明啟動機(jī)嚙合齒輪能夠正常伸出與飛輪嚙合，傳動齒輪能夠正常轉(zhuǎn)動。

8)外部檢查沒有發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，對部件進(jìn)行解體檢查，拆解減壓閥檢查內(nèi)部情況，檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)部各部件正常，部分O型圈老化，對部分O型圈進(jìn)行換新后裝復(fù)，啟動柴油機(jī)試驗，仍然啟動失敗，故障未解決。

9)該柴油機(jī)采用的是渦輪式空氣啟動機(jī)?？刂瓶諝馐箚訖C(jī)與柴油機(jī)飛輪嚙合，之后，控制空氣到達(dá)主啟動閥，使主啟動閥動作，啟動空氣通過主啟動閥后進(jìn)入啟動機(jī)，推動渦輪葉片轉(zhuǎn)動，之后通過傳動齒輪帶動嚙合齒輪轉(zhuǎn)動，最終實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)動。

對啟動機(jī)進(jìn)行解體發(fā)現(xiàn)內(nèi)部渦輪葉片出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，轉(zhuǎn)子葉輪內(nèi)部葉片幾乎全面磨平，定子葉輪內(nèi)部葉片也出現(xiàn)較大磨損。故障定位為空氣啟動機(jī)內(nèi)部渦輪葉片異常磨損，導(dǎo)致啟動機(jī)動力不足，使柴油機(jī)達(dá)不到啟動轉(zhuǎn)速，最終造成啟動失敗。

2.2 故障排除

啟動機(jī)的渦輪葉片磨損嚴(yán)重，已經(jīng)無法修復(fù)，只能更換葉片，同時在拆檢時發(fā)現(xiàn)，啟動機(jī)內(nèi)部異物雜質(zhì)較多，腔室較臟，對啟動機(jī)各部件進(jìn)行清潔后，更換渦輪葉片及密封圈，最后裝復(fù)啟動機(jī)，檢查柴油機(jī)各系統(tǒng)，按下啟動按鈕，柴油機(jī)正常啟動，故障順利排除。

3 結(jié)束語

引起此次啟動機(jī)渦輪葉片異常磨損的原因，是由于鐵銹等雜質(zhì)隨壓縮空氣進(jìn)入啟動機(jī)內(nèi)，渦輪葉片轉(zhuǎn)動過程中與雜質(zhì)碰撞，導(dǎo)致葉片出現(xiàn)異常磨損。而鐵銹的產(chǎn)生，則是由于空氣系統(tǒng)內(nèi)存在凝水。輪機(jī)員作為設(shè)備的管理和使用者，應(yīng)該提高空氣系統(tǒng)的日常維護(hù)，需要在以下幾方面加以注意：①縮短對空氣瓶放殘的時間，及時將內(nèi)部凝水及雜質(zhì)排出，確保壓縮空氣質(zhì)量；②縮短柴油機(jī)啟動系統(tǒng)中空氣濾器清潔時間，及時清潔濾器，防止系統(tǒng)臟堵或異物進(jìn)入系統(tǒng)；③根據(jù)設(shè)備的維護(hù)周期，定期對設(shè)備進(jìn)行拆檢保養(yǎng)，保證設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

此次故障原因較隱蔽，平時設(shè)備保養(yǎng)及操作不易發(fā)現(xiàn)，但是引起類似故障的根源卻是可以控制的，這就需要管理人員加強(qiáng)空氣系統(tǒng)的使用及管理，提高壓縮空氣的質(zhì)量，避免類似故障的發(fā)生。