船用中速柴油機滑油管理淺析

陳華偉

摘要： 現代航運市場主流船舶通常選用高增壓中速筒狀活塞四沖程柴油機為船舶電站原動機或作為主推進系統原動機。隨著電力推進系統在新建船舶所占份額的增加，四沖程中速柴油機船舶動力市場的份額逐年增長。中速柴油機和低速柴油機相比較具有更高的機械負荷和熱負荷，對其各個構件、系統提出了更高的要求。四沖程中速柴油機的潤滑油系統直接影響到柴油機自身的各項性能指標、工作穩定性和安全性。日常維護中注重滑油管理，對提高柴油機使用壽命和降低滑油成本有著顯著的成效。

Abstract： Mainstream ships in the modern shipping market usually choose high-pressurized medium-speed cylindrical piston four-stroke diesel engines as the prime movers of marine power stations or as the prime movers of the main propulsion system. With the increase in the share of electric propulsion systems in newly built ships， the market share of four-stroke medium-speed diesel engine ship power has increased year by year. Compared with low-speed diesel engines， medium-speed diesel engines have higher mechanical and thermal loads， and higher requirements are put forward for their various components and systems. The lubricating oil system of a four-stroke medium-speed diesel engine directly affects various performance indicators， working stability and safety of the diesel engine itself. Pay attention to lubricating oil management in daily maintenance， which has significant effects on improving the service life of diesel engines and reducing lubricating oil costs.

關鍵詞： 船舶柴油機;滑油;穩定性;操作管理

Key words： marine diesel engine;lubricating oil;stability;operation management

中圖分類號：U664.121.3? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）17-0074-02

0? 引言

船用中速四沖程柴油機潤滑油系統的功能和所有的往復式內燃機相同，在機器運轉時連續地把足量的潔凈潤滑油輸送到所有傳動副的摩擦表面之間，在活塞環槽、活塞環與氣缸套等部位形成邊界潤滑和密封燃燒室;在活塞銷與活塞銷襯套，曲軸與連桿瓦、主軸瓦、凸輪軸及軸襯套等部位形成連續油膜，實現液體摩擦，減小運動阻力;通過連桿油道進入活塞，形成振蕩冷卻，帶走活塞頂部的熱量;將各機構產生的磨損碎屑以及積碳顆粒帶回滑油油底殼，以保證柴油機工作的可靠性和持久性。潤滑油系統常發生的故障有壓力偏高或偏低、溫度過高、潤滑油耗量異常增加等。中速柴油機的潤滑油系統發生故障會引起摩擦副之間得不到充分的潤滑而過熱，運動構件磨損加劇，嚴重時會發生抱軸、滑瓦等機損事故，由燒瓦導致的曲柄箱爆炸引發的船舶火災和人員傷亡事故也屢見不鮮。因此，加強柴油機滑油系統管理，對船舶安全有效運行起著關鍵作用。作者經過多年的輪機管理，對當前船用中速柴油機潤滑油系統的常見故障進行總結歸納，以供海運同行參考。

1? 潤滑油壓力低

潤滑油壓力最能直觀顯示滑油系統的工作狀況。滑油壓力直接影響需要潤滑的部位能否有充足的油量到達，是形成連續油膜和保持油膜承載機械壓力的保證。潤滑油壓力低是輪機管理工作中的常見故障，危害很大。滑油壓力低于設備正常運行范圍，運動部位的零件由于不能得到充分潤滑和冷卻會異常磨損，甚至發生軸瓦融化、曲軸磨損等嚴重事故。潤滑油進機壓力低于正常值的常見原因是油泵供給主油道的油量減少，或是主油道的油路泄露嚴重致使滑油壓力不能保持。具體原因如下：

1.1 滑油泵的供油量不足? ①滑油泵磨損。潤滑油泵通常為螺桿泵或齒輪泵之類的容積式泵，容積式泵轉子經長期運轉后會產生磨損，轉子的徑向及端面間隙增大，油泵內漏泄量增大，從而造成潤滑油壓力不能維持。②滑油泵出口調壓閥故障導致滑油壓力低。通過調壓閥的預緊彈簧的設定來使得滑油泵的出口和進口直接旁通，因而滑油進機壓力可以保持恒定。此類故障的原因有調壓閥調節彈簧失效、閥門閥座或者閥口被油壓沖刷失去密封功能。若調解調壓閥無效時，可通過拆家調壓閥，更換相應備件來排除故障。③油路故障。滑油泵的吸油管密封失效（滑油泵真空度不能維持），從而油泵的供油量降低，導致油壓偏低。其次，吸油管路有異物堵塞也會造成進油不暢（滑油泵真空度過高），如“油泵進口滑油濾器臟堵”“進油管路被棉紗等異物堵住”造成吸油管堵塞，造成滑油泵供油不足，建立不起來足夠的壓力。日常工作中應密切關注滑油泵進出口真空表和壓力表的指示，通過表針壓力波動或指示異常可以大致確定故障位置。

1.2 柴油機的主軸瓦及連桿軸瓦的軸承配合間隙過大，潤滑油在軸瓦和軸頸出泄露量增加，引起滑油系統壓力偏低? 柴油機經過長期運轉磨損，曲軸與連桿瓦以及曲軸與主軸瓦的配合間隙會逐漸增大，形不成油膜，過大的潤滑油漏泄會增加潤滑油耗，也會引起潤滑油壓力的降低。在輪機管理中常常通過觀察潤滑油壓力變化（下降）的情況，來分析曲軸與軸瓦磨損程度以及判定該柴油機是否應進行及時大修。加強柴油機修理參數資料的管理，通過測量參數的變化趨勢做出修理決策，避免機損事故的發生。

1.3 滑油自清濾清器堵塞導致進機滑油壓力異常降低? 當柴油機潤滑系統的潤滑油自清濾清器堵塞時，潤滑油不能順利通過，主油道的供油量減少，系統的潤滑油壓力也就相應降低。可通過滑油自清濾器的旋轉速度、反沖洗頻率、沖洗次數的異常改變、濾器進出口壓力差等現象來掌握自清濾器的臟堵情況。

1.4 滑油出口管路嚴重泄漏或者潤滑油系統油道的堵塞會使系統中潤滑油的真實流量不夠，致使潤滑油系統壓力下降? 常見的有管路密封墊片失效，滑油外泄，建立不了壓力。修理中因為疏忽，異物進入油道，雖然滑油進機壓力不變或者升高，但是被堵油路后部真實油量減少、油壓降低。修理工程完工驗收時必須逐一檢查遠端各潤滑點（搖臂、閥橋、凸輪軸軸承等）的滑油油量情況。日常巡回檢查時要仔細檢查滑油管路有無異常，并定期緊固相應管路連接件，避免滑油外漏。

1.5 潤滑油粘度不夠，潤滑油從各相對運動部件間泄露從而不能維持系統壓力穩定? 如柴油機潤滑油超期限服役、使用了不合格潤滑油及滑油牌號選擇不當、滑油被燃油污染變質等原因造成。應重視滑油的定期化驗報告，通過分析粘度、閃點、酸度等參數的變化趨勢及時采取措施，確保滑油的正常能效。一旦發現潤滑油壓力降低，應遵循先易后難的原則著手查找故障，果斷采取措施避免事故發展。應先檢查相應的管路是否存在泄漏或者臟堵、滑油濾器是否堵塞，從而造成通過油道的滑油流量減少，引起滑油壓力降低的現象。最后檢查滑油泵、調壓閥、溫控閥等的性能，逐一排查，鎖定故障部位，解決問題。

2? 滑油溫度高

潤滑油的主要功能之一就是帶走柴油機工作過程中燃油燃燒產生的熱量和各摩擦副運轉過程產生的摩擦熱量，這些帶走的熱量必然會使柴油機滑油的溫度升高。滑油溫度過高會使滑油粘度迅速降低，進而不能維持連續油膜、壓力降低，產生潤滑不良、機件磨損加速，從而失去潤滑和冷卻作用。導致滑油溫度過高的主要原因如下：①柴油機冷卻系統發生故障。如機架、氣缸蓋水套冷卻水腔的水垢太多、部件散熱不良，柴油機熱量不能被冷卻水帶走，機體熱負荷加重，使滑油溫度過高。大修時通過冷卻水腔水垢的狀況徹底清除水垢，日常管理中重視冷卻水的化驗處理，保持柴油機冷卻系統高效工作。此外，滑油冷卻器若臟污不能正常工作，也會使油溫升高。冷卻水系統正常時，滑油冷卻器的進出口溫差通常保持在5至10攝氏度。在滑油溫控閥全開的情況下若進出口溫差過大，即可判定為滑油冷卻器臟堵導致滑油高溫。清潔滑油冷卻器時，應注意冷卻器的滑油側和冷卻水側因為污垢的成分不同，應采用不同性質的清潔劑。②滑油系統油道不通暢、潤滑油被污染、油路有堵塞等。常見故障現象有滑油泵進口濾器堵塞、滑油自清濾器臟堵導致主油道阻力增加，使部分潤滑油不能通過各級濾器或滑油冷卻器。進入柴油機主油道循環潤滑油量減少，造成潤滑油溫度過高。維護保養工作不當、使用質量差的潤滑油等原因而會造成上述故障現象。日常管理中，柴油機要嚴格按照說明書給定的維修保養周期定期清洗各級滑油濾器，滑油分油機應當在船舶營運期間不間斷地運轉，將滑油中的水分、積碳和金屬雜質有效分離出去。③柴油機超負荷運行。柴油機長時間超負荷運轉燃燒不充分產生的高溫、爆燃等高強度機械負荷和熱負荷導致滑油運行條件惡化，滑油溫度升高，滑油氧化、變質加速。因此，應避免柴油機長期超負荷運轉而致使滑油迅速失效而發生故障。④氣缸套和活塞磨損間隙變大。高溫燃氣從缸套與活塞環間隙竄入油底殼，使柴油機油底殼的潤滑油溫度升高。一旦發生滑油溫度異常升高，伴隨曲柄箱滑油壓力升高時，應首先降低柴油機負荷，視情檢查缸套狀況。若發現柴油機缸套有縱向拉痕，或者活塞環有卡死或斷裂時應果斷停止使用，修復或者更換磨損超限的部件。⑤滑油溫控閥故障，潤滑系統的冷卻量減少，導致系統滑油溫度偏高。滑油溫度超過設定值時，恒溫閥內的感溫元件開始動作（電動執行器由控制器閉環控制）使滑油通過冷卻器冷卻，冷卻后的滑油與未冷卻的滑油混合后的溫度達到設定溫度（滑油進機溫度）時，滑油溫控閥達到動態平衡。通常的滑油溫控閥有自動和手動兩種工作模式，通過工作模式的轉換可以迅速判斷故障是否由溫控閥故障引起。在發現柴油機滑油溫度偏高時，除了按照上述原因進行檢查以外，還要檢查柴油機滑油油量、滑油壓力、環境溫度等數據綜合分析，排除故障。

3? 滑油消耗量大

柴油機運轉時，滑油消耗量通常保持在一定的范圍內，若滑油消耗量超出額定范圍，則表明滑油消耗量過量過大。滑油的消耗量隨著柴油機運行的工況、機帶附件的狀況、總運轉時間、運動部件換新與否的不同而異。滑油消耗量過大通常表現為：柴油機輸出的功率下降、排煙顯藍色煙、油底殼潤滑油液位下降較快等。滑油消耗量異常的原因主要有以下幾點：①曲柄箱滑油油氣壓力增大。四沖程中速柴油機運行時，燃燒室內一部分氣體總會通過氣缸和活塞的間隙竄入曲柄箱，使曲柄箱油霧壓力上升。當代中速柴油機（沒有單獨的氣缸套注油系統）相對較高的滑油壓力也使得更多的潤滑油被活塞環泵到燃燒室。此外，連桿大段軸承產生的滑油飛濺也導致滑油消耗量增加。使用中應關注曲柄箱通風管的油氣狀況，定期清潔通風管透氣帽，降低曲柄箱油霧背壓，以保持曲柄箱透氣暢通，使曲柄箱油霧壓力保持穩定。②活塞環磨損超限，活塞與氣缸間隙過大。桶狀活塞的活塞環圓周間隙或天地間隙過大、活塞環彈力喪失或卡阻在活塞環槽內、缸套和活塞的圓柱度與圓度的誤差過大而造成密封不好、氣閥桿與氣閥導管間隙過大、滑油溫度或壓力過高、主軸承和連桿軸承間隙過大等都會導致滑油消耗量過大。過多滑油進入燃燒室燃燒造成燃燒室積碳嚴重，積碳使活塞環過度磨損，從而進一步引起滑油耗量增大的惡性循環。③滑油在機體外部泄漏。曲軸首尾段油封失效、曲柄箱至油底殼滑油通道波紋管裂紋、柴油機油底殼與機體結合面密封墊片損壞、外部管路泄露、冷卻器油、水腔泄露等，都會使滑油泄漏，消耗量增加。柴油機運轉時應定時對機器外圍進行檢查，發現泄露及時查找原因，排除故障。

4? 滑油濾器壓差過高

造成滑油濾器壓差過高的本質原因是潤滑油濾清器堵塞引起濾器前后壓力差過大。當滑油濾清器堵塞時，滑油不能順利通過，減少了對主油道的供油量，嚴重時會使相關零件的摩擦表面缺油或斷油，造成嚴重事故。在實際應用中，潤滑油濾器壓差過高是常見故障，因此需要定時更換或者清洗滑油濾器，按照說明書的要求進行定期保養。當前的柴油機通常都安裝有全流量自清滑油濾器，通過滑油泵提供的滑油壓力驅動自清濾器旋轉，使濾器元件逐一與反沖洗油道連通進行清洗。盡管有連續的反沖洗，在運轉一段時間后，雜物仍然有可能堵塞自清濾器的濾芯元件。如果自清濾器壓差高報警，一定要人工拆檢清潔濾芯，防止累積的異物損壞安全濾芯，造成災難性后果。

5? 結論

當代柴油機的高壓縮比、重機械負荷和熱負荷，對滑油的要求越來越高。加強對四沖程柴油機滑油系統的管理，使滑油發揮出優秀的清潔、密封、防腐、減少噪音和傳遞動力的作用，是每位輪機管理人員都應該掌握的基本技能。

參考文獻：

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