船舶內燃機運行期間安全事項分析

張建濤 朱維軍 李振起

（1.海裝裝備保障大隊，北京 100841；2.海軍大連艦，海南三亞 572011；3.中國艦船研究院，北京 100101）

0 引言

內燃機是船舶的主要動力來源，是船舶平臺的心臟，內燃機平穩、可靠運轉，是船舶平臺正常運行的基礎。內燃機運行期間，溫度、壓力、轉速等重要參數隨運行工況變化而變化，并產生不同程度的振動噪音。燃油、滑油、冷卻水等主要系統應處于良好狀態，一旦運行參數、振動噪音、油水泄漏量超過了正常范圍，都將對內燃機安全運行產生不利影響，需要及時采取有效措施。本文分析內燃機安全運行影響因素，關注重點事項，做到早發現早處置，避免安全事故發生。

1 重要參數

1.1 溫度對內燃機安全運行的影響

溫度是內燃機安全運行的一個重要參數，反應內燃機的工作狀態。對內燃機影響較大的溫度有排氣溫度、滑油溫度、冷卻水溫度。內燃機安全運行需要在一個合理的溫度范圍內，溫度過高、過小對內燃機安全運行都會造成較大影響。

排氣溫度過低主要原因是噴油提前角過大，提前燃燒，不能發出應有的功率；排氣溫度過高主要原因是噴油量過大，燃油在燃燒室內燃燒滯后。排氣溫度過高將導致機體快速升溫，甚至燒壞進、排氣閥。

滑油溫度過低的主要原因是冷卻過渡，冷卻部位溫度過低。滑油溫度過低會導致滑油黏度變大，流動性降低，潤滑部位不能建立有效油膜，隨之機體溫度也會降低，金屬膨脹較小，配合間隙變大，容易產生敲擊現象，加劇磨損。滑油溫度過高的主要原因是冷卻效果低，機體散熱不及時。滑油溫度過高會使滑油黏度變小，密度變小，化學成分發生變質，形成接觸面的半流體摩擦和干摩擦，缸套與活塞之間磨損程度增大，容易產生拉缸；活塞與連桿、連桿與曲軸、曲軸與軸承之間溫度升高，磨損加劇，嚴重時會產生燒蝕與黏結現象。

冷卻水溫度較低的主要原因是冷卻水流量大，散熱效率高。冷卻水溫度過低將導致被冷卻的滑油溫度變低，直接冷卻的內燃機部件受熱不均，熱應力增大，運行狀態不穩。冷卻水溫度過高主要原因是冷卻水流速低、流量小，熱量無法帶走。冷卻水溫過高，一是導致滑油溫度升高；二是導致直接冷卻的內燃機零部件得不到充分冷卻，金屬材料膨脹增大，配合間隙變小，磨損加劇，故障率增加。

1.2 壓力

壓力是內燃機的另一個重要參數，合適的壓力是內燃機安全運行的重要保障，對內燃機影響較大的壓力有進氣壓力、滑油壓力、冷卻水壓力。過高的壓力對機體、管路系統產生較大的沖擊，會出現異常振動和噪聲，容易被發現，但對內燃機本身產生很大影響，存在重大安全隱患。為避免高壓爆炸危險，在設計過程中重點設置了泄放閥、安全閥。對內燃機影響最大的還是低壓。進氣壓力低，燃燒空氣密度小，進氣量少，過量空氣系數偏小，燃油不能充分燃燒，出現積碳，如不及時排故,將會導致氣缸與活塞之間容易出現劃痕，嚴重時會出現拉缸；起動時滑油壓力低會使金屬接觸部位潤滑不良，摩擦力增大，內燃機難以起動。運行期間滑油壓力低，還容易出現燒蝕軸承、軸瓦現象；冷卻水壓力不足，會使滑油冷卻器水量不足，滑油冷卻效果下降，滑油溫度升高，直接冷卻內燃機內部零部件的冷卻水壓力不足，會使零部件溫度升高，增大內燃機故障率。

1.3 轉速變化

內燃機是否處于穩定的運行狀態，主要通過轉速來體現，負荷變化轉速隨之改變，在一定工況下，內燃機轉速穩定不變。升降工況，轉速的變化根據內燃機的負荷特性曲線進行變化，突然升降車鐘，轉速不會馬上到達，而是延遲一段時間，原因就是有負荷限制，避免由于升速過快，導致機體受熱不均、膨脹不夠而出現故障。內燃機有最低起動轉速，低于這個轉速，機器起動失敗。同時，內燃機還有最高轉速限制，設有超速保護裝置，超過設定轉速，保護裝置自動切斷油源，關閉進氣，使其緊急停機。大軸出現纏繞漁網、纜繩、鐵絲等現象時，反映到內燃機上會出現負荷增大，嚴重時會出現帶軸工作困難，導致內燃機轉速下降，甚至會停機。調速器根據負荷大小控制噴油量，轉速隨之發生變化，在負荷變化不是很大的情況下,如果轉速不穩，波動范圍較大，說明調速器故障，需要對調速器進行調試。調速器的調試比較復雜，需要專業人員進行調試，同時需要與內燃機進行匹配運行,海上執行任務期間，船員可根據內燃機轉速波動的大小,適當對調速器進行調試,在調速器發生故障無法正常使用時,如果有備件也可由船員進行更換調速器，但需要進行一定的調試，須提前做好培訓，掌握其更換與調試方法，才能使調速器正常工作。

溫度、壓力和轉速之間都是相互關聯，相互影響的，從一個數據中發現安全隱患，其他數據可以佐證，作為故障判斷的依據。例如：某船發電內燃機工作過程中，排氣溫度明顯過高，經初步檢查，燃油、滑油、冷卻水溫度均正常，增壓器壓力表、轉速表損壞，不能正常顯示；增壓器渦輪測透平油乳化且變黑，冒黑煙。經拆解增壓器確認，由于增壓器軸承氣封不足，引起廢氣進入透平油中，并在軸承處結碳，碳粒混入透平油，導致軸承潤滑不充分，摩擦生熱，燒毀軸承，致使增壓器效率降低，壓氣機供氣量不足，引起不完全燃燒，排氣溫度升高。為避免溫度對內燃機造成危害，應盡力避免在熱態時急冷和冷態時急劇加熱或過熱，主要表現形式為，內燃機啟動前不暖機或暖機不充分，啟動后立即增速、增加負荷；停車后過早中斷冷卻水循環，使內燃機散熱不良或局部過熱；長期超負荷運轉等。

2 振動噪音

2.1 振動變化

內燃機在運行中會產生一定的振動，安裝在機體上的振動傳感器，可以測出不同工況下的振動值。不同工況下振動值有所不同，但會在合理的范圍內，過大的振動值反映出內燃機處于不安全的工作狀態。霧化的燃油與空氣的混合氣在燃燒室燃燒，膨脹做功推動活塞做往復運動，從而帶動曲軸轉動,這是內燃機振動的主要來源。排氣推動廢氣渦輪增壓器工作，是內燃機振動的另一來源，急劇變工況和不完全燃燒還會使增壓器振動加劇，形成喘振，需要及時降工況，以免造成增壓器損壞。如果內燃機的運轉頻率與船舶固有頻率相同，就會發生共振，共振破壞力強，要避開共振轉速。除了傳感器測量振動以外，值班船員還可以用手持式振動測量儀進行測量，發現異常振動用測量儀測量，必要時也可以用手觸摸感受振動的變化。高壓油管振動脈沖很有規律，用手就可以感觸到，如果出現明顯加劇或減弱，說明噴油泵、噴油器出現故障。

2.2 噪音變化

內燃機運行期間，燃油燃燒、運轉部位軸承摩擦、以及增壓器、風機、水泵、油泵的運轉都會產生一定的噪音，正常情況下不是很大，很有規律，說明處于安全運行狀態。如果內燃機發出刺耳的尖叫聲或某個部位突然噪音變大，說明內燃機出現大的故障，應立即停機，否則故障將進一步擴大，嚴重時可能導致機器報廢。噪音值可以利用音量測量儀進行測量，也可以采用金屬聽音棒靠近機器傾聽。如果聽到氣缸內有敲擊聲，說明燃燒室內發生敲缸現象。如果聽到軸承有撞擊聲，說明軸承出現了損壞。這些聲音剛開始很小，不易辨別，如果發現不及時，聲音會越來越大，故障也就逐漸擴大。根據噪音的變化，早發現異常，早處置，有利于內燃機的安全運行。

內燃機一旦產生振動噪音也會隨之增大，某船用主動力推進內燃機，使用過程中逐步出現振動大、噪音異常的現象，且轉速越高振動越大。經初步查看，內燃機安裝支架無松動，減震膠墊無損壞，判定振源來自內燃機尾端橡膠減振器。經仔細勘查，該減振器的橡膠墊與慣性盤有多處裂紋，已處于即將損壞的臨界狀態，無法再發揮降低共振頻率的作用，還增加了內燃機運轉的不平穩性，導致振動大，噪音異常，如不及時排故，將會產生內燃機損壞，甚至傷人的安全事故。

3 油水泄漏

3.1 燃油泄漏

內燃機正常運行時，不會有燃油泄漏，出現燃油泄漏說明已處于不安全狀態，需要引起重視。管路泄漏，多數情況剛開始不大，發現不及時，導致泄漏量增大。燃油進油管路泄漏，燃油壓力下降，不但內燃機功率下降，還容易引發火災。特別是高壓油管破裂，高壓的燃油噴到排氣管、廢氣渦輪增壓器上，高溫部位會使燃油迅速汽化，遇到排煙管漏泄的煙氣會立即發生爆燃，即使沒有煙氣外漏，油氣也因高溫很快達到自燃點，產生火災，如果發現不及時，措施不力，火災將難以控制。因此，需要經常檢查燃油管路是否有松動、泄漏，高壓油管是否有裂紋、傷痕，做到早發現早處置，避免火災事故發生。

為了便于內燃機火災探測，在內燃機周圍安裝感煙、感溫、紅外火災傳感器，但傳感器不可能安裝在每一個可能的泄漏部位，即使在傳感器周圍起火，也有一個延遲時間，等到自動報警，火勢已經擴大了。在機艙內，內燃機周圍還安裝監控攝像頭，用于監控內燃機工作狀態，攝像頭將監控畫面傳到集控室，供集控室人員監控。機旁值班員，一旦發現燃油大量泄漏或出現火災，應立即停機，切斷油源，并迅速用合適的滅火器撲滅初火，一般不會造成大的損失。如果沒有停機，沒有切斷油源，火災就會迅速蔓延，火勢擴大，最后只能采取封艙滅火措施，才能將火撲滅。有的內燃機帶有箱裝體，箱裝體上安裝有自動滅火裝置，應使滅火裝置處于工作狀態，機艙滅火系統也要處于工作狀態，一旦出現火災，迅速啟動滅火系統，實施封艙滅火，避免火災進一步擴大。

3.2 滑油泄漏

內燃機運行期間，滑油系統只有少量的消耗，滑油柜液位變化不明顯，如果滑油液位出現明顯變化，說明出現了滑油泄漏，會對內燃機的安全運行構成威脅。滑油系統泄漏有外漏和內漏，外漏主要有管路接頭松動、管路破裂，這些泄漏比較容易處置，只要發現及時，一般不會造成大的事故。內燃機的滑油系統有電動預供滑油泵和機帶滑油泵。起動時，電動預供滑油泵工作，正常運行時機帶滑油泵工作，一旦高壓滑油管路破裂，滑油噴到排煙管等高溫部件上，滑油在高溫下就會迅速汽化，達到自燃點或遇到火星就會立即發生爆燃，形成火災，滑油黏度大、密度大，比燃油燃燒破壞力更大，會產生大量濃煙，對人員、裝備造成極大的傷害，如果不能及時發現，并采取緊急停機措施，就會導致火災迅速蔓延，難以撲滅，最后只能啟動箱裝體滅火裝置或機艙滅火系統進行封艙滅火。

滑油內漏不易發現，需要仔細檢查。如果滑油冷卻器內密封圈出現損壞，因滑油壓力高于冷卻水壓力，滑油就會進入冷卻水中，膨脹水箱液位升高，滑油冷卻部位溫度升高，滑油柜液位降低。如果活塞與氣缸之間間隔過大，就會出現燒滑油的現象，排煙為藍色。如果機體內滑油管道出現破裂，滑油漏入機體內部，需要冷卻的軸承因得不到充分潤滑冷卻而升溫。

3.3 冷卻水泄漏

冷卻水主要用于冷卻滑油和機體，出現不正常的泄露，會給內燃機運行安全帶來一定影響。冷卻水泄漏有外漏和內漏，外漏主要有管路接頭漏水、管路破裂和機械密封磨損。冷卻水壓力高，管路上小破口，發現不及時，就會變成大破口，泄漏量就會越來越大，由冷卻水冷卻的滑油系統、機體部位溫度也會隨之升高。冷卻水泵機械密封磨損，少量泄漏時，運行看不到漏水，停機后可以看到慢慢滴水，隨著運行時間延長，機械密封磨損會越來增大，運行期間會出現滴水或線狀泄漏，這時只能停機修理，拆下舊的機械密封，更換新的機械密封。

內燃機內部冷卻水道漏水，有時現象不明顯，但時間一長，就可以從外部異常現象中發現泄露。缸蓋冷卻水道出現裂紋或缸蓋墊片損壞，冷卻水會進入燃燒室，燃燒質量變差，排氣中含有水蒸氣，煙囪冒白煙。如果冷卻水泄漏到油底殼，會使油底殼液位升高，滑油顏色變白。如果增壓器冷卻水部位出現泄漏，隨著工作時間增加，泄漏點會持續增大，大量冷卻水在增壓器中被揮發，隨著冷卻水泄漏的加大，未揮發的冷卻水會進入氣缸，導致排氣溫度降低，膨脹水箱液位降低。

4 結論

內燃機的安全運行是多方面的，在內燃機運行期間需要重點關注溫度、壓力、轉速等參數的變化，同時，參考內燃機運轉的振動、噪音，以及燃油、滑油、冷卻水液位情況，上述參數的變化對內燃機安全運行的影響最大、最明顯。除此之外，還應關注其他參數的變化，如進排氣、啟動空氣系統、船舶航行海域環境等因素，這些因素也會影響內燃機的安全運行，一個疏忽可能就會造成內燃機故障，甚至出現安全事故，導致船舶平臺的失效。因此，為確保船舶航行安全，需要時刻關注內燃機的運行參數。