Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆ｒｅｐａｉｒ建造与修理 船用柴油主机的几种故障分析 谭汝豪 （中海工业（广州）有限公司，广州５１０７３０） 摘 要：本文结合笔者多年从事船舶修造生产技术管理的实践经验，选取船舶主机滑油消耗量异常、单 缸敲缸和滑油低压的案例，重点介绍故障的排查过程、处理方法和处理效果。 关键词：柴油机；主机；滑油消耗；敲缸；滑油低压；案例分析 中图分类号：Ｕ６６４．１ 文献标识码：Ａ Ｆａｕｌｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｍａｒｉｎｅ Ｄｉｅｓｅｌ Ｍａｉｎ Ｅｎｇｉｎｅ Ｔａｎ Ｒｕｈａｏ （Ｃｈｉｎａ Ｓｈｉｐｐｉｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ（Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０７３０） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｇａｉｎｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｄｕｒｉｎｇ ｍａｎｙ ｙｅａｒｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｉｎ ｓｈｉｐ ｒｅｐａｉｒ ａｎｄ ｎｅｗ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｍａｉｎ ｅｎｇｉｎｅ ｌｕｂｅ ｏｉｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｂｎｏｒｍａｌ，ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｋｎｏｃｋ ａｎｄ ｌｕｂｅ ｏｉｌ ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ；Ｍａｉｎ ｅｎｇｉｎｅ；Ｌｕｂｅ ｏｉｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ；Ｋｎｏｃｋ；Ｌｕｂｅ ｏｉｌ ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ；Ｐｒｏｂｌｅｍ ａｎａｌｙｓｉｓ １前言 “某轮”于２００９年９月２０日完成修理后离厂，主机 ＯＡＸＡＧ，额定功率为５０００Ｂｈｐ。 柴油机是燃烧柴油来获取动能的发动机，由德国 型号为ＷＩＮＣＨＭＡＮＮ Ｉ发明家鲁道夫・狄塞尔（Ｒｕｄｏｌｆ Ｄｉｅｓｅ１）于１８９２年发 完成第一个航次后，统计发现主机的单日滑油消耗比 明，德语的柴油机一词就是从他的名字而来，同时他 正常多出２０Ｌ。发现此情况后，业主告知厂方并要求厂 也被誉为柴油机之父。柴油机具有功率大、结构相对 方派出技术人员协助处理解决。２故障分析与排查 简单、燃料品质要求低、热效率和经济性能好等特 ２．该主机曲轴箱为干式，滑油由主机循环油柜经主 点，在各领域得到了广泛的应用。柴油机按照工作循 环可分为二冲程和四冲程两类；按照转速可分为高 机滑油泵、滤器至主机各运动部件及板式滑油冷却器 速、中速、低速三类；按照气缸充气方式可分为增压 形成闭式循环；气缸油由滑油柜通过油泵至缸套注油 和非增压两类。 器，经过活塞刮油环刮至油底壳内。正常情况下，滑 在船舶行业中，二冲程柴油机一般直接带动螺旋 油循环油柜的油位会随使用而缓慢增加，但是经过多 桨旋转，为大型船舶提供主推进动力；四冲程柴油机 次测量检查发现，滑油循环油柜的油位持续在减少， 的应用则比较广泛，可以通过减速齿轮箱带动螺旋桨 说明柴油机的滑油消耗异常。通过翻阅该主机维护保养说明书，主机滑油消耗 旋转，也可以与发电机组合为发电机组，以及作为原 动机带动船用大功率生产设备等。 大主要有几个原因引起的。 ①滑油系统外漏； ②滑油的燃烧； ③滑油泄露至海水； ④滑油泄露至污油回收柜。 根据说明书所提供的思路，对各系统进行排查， 查找出滑油消耗大的真正原因。 本文结合笔者多年从事船舶修造生产技术管理的 实践经验，选取三个有关船舶主机故障的案例，重点 介绍故障的排查过程、处理方法和处理效果。 ２滑油消耗量异常故障 ２．１故障描述 作者简介：谭汝豪（１９６１一），男，工程师。主要从事船舶修造工程的生产和技术管理工作。 收稿日期：２０１３－０４—０２ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆ｒｅｐａｉｒ建造与修理 １）跟踪检查所有滑油系统机外管路，未发现任何 而导致系统滑油损耗大，造成污油柜油位上涨。启动 外漏现象。 滑油机外循环泵，并拆开ｌ０只高压油泵的空心螺丝， ２）该轮在厂修理期间，所有活塞环均已更换。现 发现空心螺丝滑油检漏口有成线滑油漏出，证明虽然 场拆除每缸上的排烟管封板并盘车检查，活塞环安装 有安装胶圈但是胶圈存在缺陷。现场拆解ｌ０个高压油 正确。通过观察主机燃烧时的排烟烟色，发现烟色很 泵，发现胶圈２４均剪边；重新换新原厂备件之后再次 好，并无蓝色的迹象。 开泵试验，检漏口泄露消除，启动主机后亦未发生泄 ２．４故障总结 ３）从舷侧冷却海水出海管观察，并未发现有油 露。故障得以消除。 迹。为进一步确认，拆开滑油冷却器的进出口管路， 并现场进行水压试验，未发现任何泄露。 比，发现污油柜的油位增加量与多消耗的滑油数量成 对于燃用重质燃料油的柴油机，由于燃油粒度及黏 引入系统滑油进行润滑，此类设计结构在Ｗａｒｔｓｉｌａ的系 ４）在完成上述检查后，经过较长时间的测量对 度大，不足以润滑高压油泵柱塞和套简偶件，于是需 正比。现场拆开滑油至污油柜总管路的支管，发现该 列产品中也多有使用。一般在遇到滑油消耗异常的情 支管持续有滑油漏出。通过跟踪管路，不断排查，最 况时，很多技术人员可能根本就没有考虑到还有滑油 终发现滑油是由主机高压油泵油管漏出。 ２．３故障排除 润滑高压油泵这一路。因此，对于机械设备的维护和 修理，必须在吃透原理的基础上做好细节的控制，哪 通过分析图１的高压油泵结构图，发现若胶圈２４ 怕是一条看似不起眼的胶圈，在选用不当或者安装存 没装或有缺陷，则滑油会窜至泄漏管流至污油柜，从 在缺陷的时候，都可能会造成意想不到的故障出现。 图１高压油泵结构图 Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆ｒｅｐａｉｒ建造与修理 ３主机单缸敲缸故障 ３．１故障描述 改变。由此判断出敲击声并非该针阀所引起。至此， 开始怀疑造成液压活塞行程不够的原因可能是液压驱 ５缸 “某轮”于２００７年３月进厂修理，主机型号为 动泵的供给油压不够或者油量不够所引起。将Ｎｏ．６缸互换，再次试 Ｂ＆Ｗ ６Ｓ５０ＭＣ，额定转速为１２７ｒ／ｍｉｎ，额定功率为 液压驱动泵连同高压油管一起与Ｎｏ．１ １６４０Ｂｈｐ。该轮进厂前，Ｎｏ．５缸在（主机）运转时就 验，敲击声仍然未消除。接着先后更换２台备件驱动油 泵总成于Ｎｏ．６缸，Ｎｏ．６缸的敲击声未消除。因此，根据 存在持续的强烈敲击声。此作为一个工程交厂修理。 ３＿２故障分析 整个排查过程，随着驱动油泵及高压油管从Ｎｏ．５缸转 ＪＮｏ．６缸，敲击声也随之转移，同时仅更换新驱动 柴油机敲缸对于柴油机的管理和维护人员来说并 移￣ｌ不陌生，属于一种比较常见的现象，通常将柴油机敲 油泵备件敲击声未消除，此时最大的疑点就落在了高 缸分为机械敲缸和燃烧敲缸两种类型。造成机械敲缸 的主要原因是各运动配合部件的间隙过大而引起，而 燃烧敲缸主要是与燃烧有关的因素所引起。对于柴油 机敲缸的故障诊断和排除，由于造成柴油机敲缸的成 因很多，实际诊断和排查要根据实际情况灵活运用。 由于进厂修理前主机Ｎｏ．５缸已经存在严重的敲缸现 象，在对该缸吊缸检修的过程中，已经重点对活塞、 连杆以及各轴承进行了测量和监控，并拆检了整个排 气阀总成。在整个修理过程中并未发现有异常的情 况，装复后在码头进行了系泊试验。在经历两次系泊 试验后，Ｎｏ．５缸仍然存在强烈的敲击声，但未能判断 出敲击声的来源。进行第三次系泊试验时，切断Ｎｏ．５ 缸的燃油供给，发现强烈的敲击声仍然存在，说明此 敲缸现象属于机械敲缸。通过使用螺丝刀闻声检查并 根据发声的规律，最终判断出敲击声为排气阀关闭时 产生。同时测量各缸排气阀的行程时发现，存在敲击 声的Ｎｏ．５缸比其他缸少了２０ｒａｍ，说明Ｎｏ．５缸的排气阀 开度行程异常。 该机型的排气阀工作原理是：采用液压活塞与气 动活塞共同平衡控制的方式来实现排气阀的开启和关 闭。气动活塞安装在排气阀杆的上端，在主机停车的 状态下，排气阀关闭空气作用在气动活塞上，用来保 证排气阀关闭。而排气阀的开启是通过液压活塞来实 现。由凸轮轴驱动的排气阀液压驱动泵所产生的油压 作用在液压活塞上，从而打开排气阀，同时压缩气动 活塞下面的空气，形成一个“空气弹簧”，并积蓄能 量为排气阀的关闭做好准备。 从该主机的维护保养说明书得知，若液压驱动泵 的节流调节针阀开度太大，会造成排气阀关闭时产生 敲击声。根据这样的思路，拆检Ｎｏ．５液压驱动泵的调 节针阀，情况正常，装复后敲击声未消除；将此阀全 开和全关后观察，敲击声未发生明显改变。随后将 Ｎｏ．５缸的调节针阀与Ｎｏ．６缸调换，敲击声仍然未发生 压油管上。 ３．３故障排除 该排气阀关闭液压活塞的驱动油管结构如图２所 示，采用内套两层高压管的形式。最里面为高压油 路，套管中间是回油管路，外层包裹钢网保护层。若 内外套管之间的内裂、内漏，无法通过观察判断；而 内漏所产生的回油则直接回到驱动油泵内。 连接法兰 图２驱动油管结构不葸图 将Ｎｏ．５、Ｎｏ．６缸驱动油泵的高压油管互换，结果有敲 击声的Ｎｏ．６６转移到了Ｎｏ．５缸。替换上备用高压油管后， Ｎｏ．５的排气阀敲击响声消失。至此，故障得以排除。 ３。４故障总结 排气阀关闭液压活塞的驱动油管内漏，造成排气 阀开启的供油压力和供油量不足，反映在排气阀上为 开度不够。同时也造成了排气阀在关闭时的液压背压 相比正常偏低，从而造成Ｎｏ．５缸排气阀在关闭时的推 力偏大，排气阀对排气阀座的冲击力也大了很多，最 终造成该缸强烈的敲击声。 此类排气阀驱动结构的设计在很多型号的柴油机 上都广泛使用，因排气阀驱动高压油管内漏所造成的 强烈敲击现象，在柴油机说明书中并无描述，在我厂 的修理历史中也尚属首次，此次故障的排除经验为以 后的类似检修提供了很好的借鉴意义。 ４主机滑油低压故障 ４．１故障描述 Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆ｒｅｐａｉｒ建造与修理 某挖泥船２０１ １年４月进厂修理。两台主机通过变速 环。通过第二部分反冲后的杂质通过放残阀定期放 箱及离合器可分别驱动艉轴和泥泵。该主机型号为ＳＫＬ 至污油舱内。８ＶＤ２９／２４ ＡＬ一２，额定转速为１０００ｒ／ａｒｉｎ，额定功率为 。 ｍ， １８００ｋＷ。此次进厂的主要修理项目为两台主机的常规 吊缸维护保养。在完成拆检进行试验的阶段，右主机 在正常完成空车磨合试验进入负荷试验时，出现了滑 油压力不断下降直至低于报警设定压力的故障现象。 ４＿２故障分析 从图纸和现场比对来看，该柴油机滑油系统为机 铫 带泵和机外备用滑油泵各自独立吸口，出口经过一个 三通逻辑选择阀（该阀集成一个调压阀）之后输送给 滑油自清滤器，通过滤器后输送至主机。 柴油机运行过程中滑油压力异常属于比较普遍的 问题，一般来讲，造成滑油压力异常的原因有几个 方面： ①压力表或传感器失准； ②滑油系统管路严重外漏； ③调压阀内漏或调整不当； ④滑油泵工作失常； ⑤滑油系统滤器堵塞； ⑥各配合轴承位间隙过大； ⑦滑油油量不足或黏度太低。 考虑到此故障现象是在负荷试验时才出现，空车 磨合数小时并未发现此类问题，故暂不考虑⑥、⑦的 可能性。在更换了相关压力表并跟踪检查所有滑油系 统机外管路后，开启机外备用滑油泵进行试验，发现 滑油泵出口压力为８ ｋ ｃｍ２，而柴油机进机滑油总管压 力仅有２ ｃｍ２，因而排除①、②、④的可能性。尝试 调整集成于三通逻辑选择阀上的调压阀，进机滑油总 管压力无变化。为进一步确定问题的根源，对整个三 通逻辑选择阀进行拆检，在装复调压阀时不装高压油 路的卸油管，再次开泵试验，发现柴油机进机滑油总 管压力无改善，且调压阀的高压油路的卸油管并无油 卸出，故排除③的可能性。因此，最终把焦点转移至 ⑤一即滑油自清滤器上。 ４．３故障排除 该主机使用阿法拉伐公司生产的滑油自清滤器。 如图３和图４所示，过滤分两部分，第一部分（２０组 滤板）为过滤去主机的滑油，第二部分（４组滤板） 为过滤用于冲洗第一部分滤器的反冲油，且在端部 安装一个单活塞式由滑油驱动的油马达带动配油 轴旋转，从而达到过滤部分的转换和过滤区块的循 激 图３目淆滤器内部部件简图 图４自淆滤器结构简图 通过启动机外备用滑油泵进行试验，发现滑油自 清滤器进出口压差已超出自带压差计的量程范围。 为进一步确认滑油经过该自清滤器前后的状态，在 滤器进、出口总管上各安装压力表一块，再次试验 发现进口总管压力为７８４ｋＰａ，而出Ｅｌ压力仅为２ｋｇ／ ｃｍ：（１９６ｋＰａ），与之前的试验现象相吻合。至此，故障 原因锁定在自清滤器对滑油造成的阻力导致的压降。 从该滤器的结构和原理上分析，能够造成滤器堵 塞的原因有两个：一个是第一部分过滤主滑油的滤板 脏堵；另一个是配油轴套与滤板安装错位，导致油孑Ｌ 堵塞。对自清滤器进行解体后发现，滤器内含有大量 絮状含油污物。两部分的滤板尺寸不同，每组分为２ 片且有定位，并且滤板与配油轴套的相对位置无法改 变。在现场用柴油对２４组滤板进行清洁后进行组装， 并观察滤板与配油轴套的相对位置，虽然有少许错位 但不至于造成滑油如此大的压降。装复后再次试验， 发现进机压力提高￣１］２９４ｋＰａ，但在运转一段时间之后 压力又跌至１９６ｋＰａ。再次拆解自清滤器，并未发现滤 板上附着明显污物，在向船方了解情况之后得知，船 方从未按照说明书要求定期对滤板进行化学清洗。仔 细观察主滑油过滤的滤板，发现该滤板的滤网为两 层，对光进行观察发现双层滤网间存在透明蜡状物， 此次修理船方更换了滑油，于是怀疑由于新油在带负 荷运转下温度升高，分子较小的石蜡经过了滤网在两 层滤网间逐渐形成石蜡层，导致该石蜡层对滑油的流 通形成了阻碍。最终决定将所有滤板送车间进行化学 清洗后再重新组装进行试验。完成化学清洗后装船开 泵试验，进机压力提高￣ｌＪ５８８ｋＰａ，并且长时间运转保 持稳定，后续的负荷试验也顺利完成。 ４．４故障总结 自清滤器配合柴油机的应用越来（下转第７５页） Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆ｒｅｐａｉｒ建造与修理 值的高度值，以测量甲板的原船梁拱，确定实际梁拱 前在分段上挂好预留拉绳，以便可以及时对分段降落 与理论的差距范围。用测出的实际梁拱值来换算主甲 分段的工字钢吊装工装。 的方向及位置进行调整，在主甲板４个立柱下凳处准备 芦分别挂上平台分段４条立柱的吊耳与主甲板面预设的 板至直升机平台的实际高度，并根据该测量高度预制 ４个１０ｔ葫芦。在分段降落到至下凳约ｌＯ００ｍｍ处，将葫 ４）在甲板面左右距中５８００ｍｍ处划出平行于中心 ４个吊耳上，将分段降落位置进行调整，使４个立柱对 线的工装立柱纵向位置线，划出横向的ＦＲ２８０—３００及 准下凳上安装的限位肘板缓缓落下。平台吊装示意如 ＦＲ２８７位置线，４条线其左右相交得出的４个点即为竖立 图３所示 工字钢立柱工装位置的中心点。 ５）吊装直升机平台的工字钢吊装工装。吊装工装 的上表面至下脚的高度为直升机平台强横梁底至甲板 面的实际高度，工装定位时，测量其左右及前后四个 点垂直于基线的高度，使其相等，并使工装立柱左右 及前后均垂直于基线，保证工装上平面的平整度。 ６）工字钢工装安装完后，用钢丝线从左右工装的 上表面拉过，测量钢丝线至直升机平台每个下凳上表 面的垂直距离，即为直升机平台分段各个相对应立柱 钢管的垂直距离，记录该数值并在直升机平台相对应 的钢管立柱上划出立柱的切割余量线，在分段吊装前 切割各个立柱的余量。 ７）设置分段吊装拉码及限位码。分段为无余量吊 装，钢管柱落到下凳上的位置就必须准确无误，我们 设定分段吊装的路径为从船首的右侧向左下方降落， 则在下凳的左侧及后侧各安装好立柱的结构肘板作为 图３直升机平台吊装示意图 分段吊装的限位码。为方便分段吊装时的精确定位， 要求安装吊装拉码，即在每条钢管立柱内侧约距主甲 ４结束语 板２０００ｍｍ高的位置安装１个ｌＯｔ的吊耳，在主甲板面上 直升机平台分段从钢管的放样下料到钢管的安 左右对应立柱位置距中约ｌＯ００ｍｍ的强力结构处各安 装，精确度较高，使平台分段完全达到了无余量吊 装１个ｌＯｔ的吊耳，这样立柱上的４个吊耳与主甲板面 装，大大缩短了分段的吊装时间，提高了分段的吊装 的４个吊耳形成双向内倾角度，使分段可以有前后左 质量，保证了“蓝特拉”海工项目改装的有序进行。 右４个方向的调整，在分段精确定位时更简单方便且 更准确。 “蓝特拉”油轮成功改装为大型浮式海上储油船 （ＦＳＯ），提高了公司的改装水平，迈出了进军海工市 ８）分段吊装。用１５０ｔ浮吊对分段进行吊装，吊装 场踏实的一步。嘲豳 （上接第８１页）越广泛，与常规滤器相比具有保养频 好的运转状态是船舶正常运营的保障。本文仅选取笔 率低、过滤性好、流通压力损失小等优点。但同时由 者所经历的三个有关主机故障排除的案例，为同行们 于结构复杂，滤板不便于更换，常规现场清洗可能无 在以后相似故障的处理中提供参考。 法达到效果等缺点，会对柴油机的运转带来安全隐 患。因此在维护和修理过程中，要摒弃习惯性思维， 在吃透原理的基础上有针对性的进行处理。 参考文献 ［１］黄少竹．现代船舶柴油机故障分析［Ｍ］．大连海事大学出版社，２００５—０３ ［２］韩雪峰．船舶柴油机［Ｍ］．人民交通出版社，２００４．０９． 【３］ＷＩＮＣＨＭＡＮＮ １０ＡＸＡＧ柴油机说明书． ５结束语 柴油主机作为船舶主推进动力的核心设备，其良 【４】Ｂ＆Ｗ ６Ｓ５０ＭＣ柴油机说明书． 【５Ｉ Ａｌｆａｌａｖａｌ Ｌｕｂｅ ｏｉｌ ｉｆｌｔｅｒ－ｗｉｔｈ ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒ技术文档．曩豳圈
