船用12PA6V-280 型柴油機PCOT 報警停車故障分析與排除

唐積才，甘 帥，李 唐

（1.91937 部隊，舟山 316099；2.中國船舶集團有限公司第七一一研究所，上海 201108）

1 前言

12PA6V-280 型柴油機是我國引進國外專利技術生產的四沖程中速柴油機，在船舶中應用廣泛。

本文以某海洋綜合調查船為例，該船采用2 臺12PA6V-280MPC 型柴油機作為主推進柴油機，配備先進的PCOT 監測報警系統,該系統的作用是檢測曲柄銷軸承油溫，以保護曲軸，防止其重大事故。該船在實施作業期間，出現右主機PCOT 報警，且伴有異常響聲，后手動緊急停車，經緊急處置，采用單車航行至港。

12PA6V-280 MPC型柴油機是一種直接噴射、水冷、筒形活塞帶廢氣渦輪增壓器和空氣中冷器的中速四沖程柴油機。V 型夾角為60°，不能反轉，氣缸蓋為單體式，氣缸體和曲軸箱做成一體構成機體，均為球墨鑄鐵材料。

12PA6V-280 型柴油機，額定轉速1 000 r/min，最大持續功率3 540 kW，滑油進口壓力0.6±0.05 MPa，各缸出口的排氣平均溫度≤495 ℃±10℃,各缸與平均值之差在±35 ℃內；PCOT 系統設置任一檔曲柄銷軸承溫度與其平均溫度相差值5℃且時間≥5s，或溫度≥100 ℃且時間≥5s 時報警，任一檔曲柄銷軸承溫度與平均溫度相差值7 ℃且時間≥3 s，或溫度≥110℃且時間≥3 s 時緊急停車。

2 故障情況

某日21時20分，該船兩臺推進柴油機正高速運行，其中右機轉速967 r/min、B6 缸排溫449 ℃、滑油進口壓力0.597 MPa，此時右機PCOT 系統發出曲柄銷軸承高溫報警，柴油機值更人員于機旁檢查確認故障情況，同時柴油機責任班長詳細查看主機工作參數；21 時21分，右機PCOT系統發出曲柄銷軸承高溫故障停機報警，但柴油機并未自動執行緊急停車，且監控臺顯示的主機工作參數未有異常，柴油機值更人員查閱右機PCOT控制箱報警信息，發現是右機第6 缸發出的報警，檢查A6 缸未發現異常，再檢查B6 缸工作情況，21 時22分，右機B6 缸發出異常響聲，柴油機責任班長遂位集控室手動緊急停車，隨后立即充油盤車并開啟淡水備用泵保持冷卻水循環。故障發生后，該船采用單車航行方式航行，直至靠港。

3 故障檢查情況

1）待機體冷卻后打開B6 缸擋門蓋，發現右機B6缸氣缸套底部有粘著痕跡，主軸承蓋底部有兩顆螺釘及銅質合金剝落，見圖2。

2）對該B6 缸進行吊缸檢查，發現排氣閥頂桿錯位、彎曲變形，噴油器頭部斷裂，活塞頂部與裙部脫離，4 個緊固螺栓被拉伸斷裂，活塞裙部與缸套存在較深拉痕，連桿大端曲柄銷軸瓦內側合金剝落，見圖3。

3）對該機A6 缸進行吊缸檢查，發現A6 缸連桿大端曲柄銷軸瓦錯位、上下軸瓦位置顛倒、內側有合金剝落，見圖4。

4）對右機曲軸進行磁粉探傷檢查，發現A6/B6 曲柄銷異常磨損，有長約30 mm 的較深裂紋。

5）對正常運行的左主機連桿軸瓦進行抽樣拆檢，發現左主機A4缸連桿軸瓦亦存在嚴重的硬物劃傷痕跡，屬兩道較深的漏銅劃痕，還有兩處疑似裂紋，見圖5。

6）檢查柴油機監控歷史數據記錄，未發現當日18 時至21 時22 分期間右柴油機滑油壓力、各缸排溫數據異常。

7）檢查柴油機報警記錄顯示：故障當日21 時20分30 秒，右主機曲柄銷軸承滑油溫度高報警；21 時21 分01 秒，右機連桿軸承滑油溫度高停機報警，但該報警后柴油機安保裝置未動作，21 時21 分57 秒，其轉速為967 r/min；21 時22 分右機手動緊急停車。

圖6 至圖11 記錄了各部件損傷情況。

圖1 12PA6V-280 型柴油機

圖2 主軸承蓋底部

圖3 排氣閥頂桿彎曲變形

圖4 右主機A6 缸連桿軸瓦

圖5 左主機A4 缸連桿軸瓦

圖6 活塞頂部

圖7 活塞裙部

圖8 活塞裙部拉痕

圖9 活塞裙部拉痕

圖10 軸瓦漏銅

圖11 左主機A4 缸軸瓦

4 故障原因分析

柴油機活塞頂裙分離和連桿軸瓦失效的故障源通常有兩種：一種是從上到下，即故障源發于拉缸，導致活塞頂、裙分離及連桿軸瓦失效；另一種是從下到上，即故障源發于連桿軸瓦失效，導致拉缸和頂、裙分離。

針對上述故障檢查情況，經分析故障原因如下：

1）柴油機在運行過程中，活塞頂與缸套之間的間隙總大于活塞裙與缸套之間的間隙，正常情況下不會出現拉缸引起活塞頂、裙分離的情況。從電站采用PA6B 燒重油的柴油機，曾出現過類似連桿軸瓦失效、轉動，導致拉缸和活塞頂裙分離、曲軸損壞的類似故障案例，以及在熱機協會故障史案中，從未出現過因拉缸、活塞頂裙分離而造成連桿軸瓦失效的故障問題；

2）活塞頂、裙分離后的沖擊力通常不會導致軸瓦卡滯。對于四沖程機，活塞頂、裙分離后繼續運行，燃燒室產生爆炸力時，活塞頂和活塞裙均位于頂端，兩者之間的距離微小，活塞體對活塞裙的錘擊力較小，通常不會對連桿軸瓦造成破壞性損壞。

根據上述分析判斷，該故障的原因可能為其它原因，如：連桿軸瓦制造質量問題；連桿軸瓦裝配質量問題；滑油清潔度不良等。現對其排查分析如下：

1）連桿軸瓦制造質量

由于右柴油機A6/B6 連桿軸瓦失效后磨損變形嚴重，無法開展檢測分析工作，而拆檢左機時發現同批更換的A4 缸連桿軸瓦存在嚴重異常劃痕，遂對其進行檢測分析。

經有資質的第三方檢測：左機A4 連桿軸瓦合金層牢固的粘結在鋼座上，結合面之間沒有夾渣、氧化物以及孔隙，沒有出現合金層分層、脫落現象，并對該軸瓦進行了雙向交叉檢測，認為：該疑似裂紋橫截面凹陷部位沒有材質缺陷；沒有凹陷輪廓被硬物劃傷產生劃痕；沒有劃痕產生的合金層金屬屑被擠壓嵌入到連桿軸瓦表面；沒有連桿軸瓦表面被劃傷失效后產生的結果。因此，排除了該部位疑似裂紋是連桿軸瓦材質缺陷。

2）連桿軸瓦裝配過程

故障發生前8 個月，該船曾在工廠進行等級修理，期間對兩臺柴油機的連桿軸瓦進行了更換，其它裝機使用的同批次連桿軸瓦沒有發生過類似故障，檢查連桿軸瓦裝配測量記錄，符合技術要求。

3）滑油清潔度

故障發生后，該船對柴油機滑油進行了更換，因此無法直接通過滑油樣本檢測滑油清潔度，但可從第三方檢測分析報告進行分析，左主機滑油中大概率含有硬質顆粒和不規則異物。

4）監控系統故障報警

通過查看該船柴油機歷史參數記錄，故障發生時右柴油主機處于高負荷工況運行，此時其連桿軸瓦摩擦、載荷、溫度等處于高位狀態。參照對比2007 年11月另一船舶發生的類似故障原因，其主要原因可能是該船主機滑油清潔度不合格，而造成其高負荷運行工況潤滑達不到要求。

5）自動停車故障

PCOT 報警柴油機未自動緊急停車原因可能有：PCOT 系統故障，無報警信號輸出，導致安保裝置未動作；PCOT 系統功能正常，報警信號已輸出，但信號傳輸線路故障導致安保裝置未采集到報警信號;安保裝置故障，雖檢測到報警信號，但未實際動作。經過對PCOT 系統、安保裝置及各傳輸線路全面檢查，發現機旁控制箱內柴油機啟動/停車電磁閥接線虛脫，重新連接后，系統功能正常。

根據上述排查與分析：右柴油機B6 缸連桿軸瓦由于滑油中（大顆粒）異物入侵其表面產生劃痕，承載能力下降，當主機高負荷運行時，軸瓦工作條件持續惡化，引起軸瓦卡滯、轉動，軸瓦與曲柄銷表面出現嚴重的黏著摩擦，摩擦阻力急劇增大，連桿軸瓦表面的耐磨合金甚至銅基被磨掉，軸瓦的鋼座直接與曲柄銷表面摩擦；在曲軸曲柄銷表面摩擦溫升過程中，曲柄銷表面的硬度下降，導致曲柄銷產生熱裂紋；由于軸瓦轉動導致油路堵塞，連桿向活塞的供油中斷，造成活塞頂缺乏冷卻，活塞頂溫度升高發生膨脹卡滯在氣缸頂部，引起拉缸，連桿拉動活塞向下運動，促使活塞頂、裙連接螺栓被拉斷，造成頂裙分離。

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5 結束語

發生此次故障的原因有多方面，但在整個事件的處置中，暴露出該船在柴油機應急處置、安全隱患排查等方面存在薄弱環節，需進一步改進：

1）應急處置能力亟需加強

柴油機值更人員應密切關注機旁PCOT 控制箱顯示的曲柄銷軸承油溫，發現故障征兆及時處置。該船出現曲柄銷軸承高溫停機報警后，柴油機值更人員未能在最短時間內緊急停車，班長在集控室手動緊急停車，雖然沒有造成柴油機的進一步損壞，但也錯失了處置的最佳時機。必須加強對值更人員培訓，減少其對業務骨干的依賴意見，提高其應急處置能力；強化各專業職手應急處置訓練，確保及時、高效處置各種突發情況，消除安全隱患和故障苗頭，避免處置不及時造成重大損失。

2）安全隱患排查不夠細