船用空壓機(jī)異常噪音的故障樹分析法

趙天翔，楊春宇

(中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇 江陰 214431)

空壓機(jī)是為船舶各系統(tǒng)提供高壓空氣的關(guān)鍵設(shè)備，其工作狀態(tài)直接關(guān)系到船舶能否正常進(jìn)行海上航行作業(yè)，某輪使用的是WP60型空氣壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)為單作用兩級壓縮的空氣壓縮機(jī)，采用級差式活塞可將大氣壓縮至最高排氣壓力3.0MPa。

1 故障現(xiàn)象

2010年10月20日下午，在輪機(jī)員巡視的過程中發(fā)現(xiàn)1#空壓機(jī)啟動時(shí)有異常噪音，仔細(xì)觀察后發(fā)現(xiàn)1#空壓機(jī)曲軸箱處伴有異常噪音。

2 故障分析

曲軸箱是空壓機(jī)中傳動機(jī)構(gòu)比較集中的區(qū)域，電機(jī)通過聯(lián)軸節(jié)帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，通過傳動機(jī)構(gòu)將電動機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動，因此，曲軸箱中每個(gè)部件所承受的慣性力比較大，部件往往具有較高的動能，結(jié)合本船可能引起曲軸箱異常噪音的原因主要有以下幾點(diǎn)。

1)軸瓦與曲拐之間的徑向間隙過大。

軸瓦與曲拐之間有比較合適的間隙，以建立滑油油膜減少摩擦阻力，當(dāng)連桿大端曲軸軸瓦和曲軸之間的徑向間隙過大或者已磨損時(shí)，空壓機(jī)開始工作就會在曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出異常聲響。

2)連桿螺栓和連桿螺母沒擰緊。

連桿螺栓和連桿螺母的作用是固定曲軸的軸承，當(dāng)連桿螺母沒擰緊時(shí)，即會發(fā)生松動，當(dāng)空壓機(jī)工作時(shí)，隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，由于間隙的存在而發(fā)出異常響聲。

3)聯(lián)軸器與曲軸安裝不良。

聯(lián)軸器連接著電動機(jī)和空壓機(jī)曲軸，聯(lián)軸器用的是高彈性能的聯(lián)軸節(jié)，當(dāng)聯(lián)軸器與曲軸安裝不良時(shí)，例如同軸度偏差太大，會造成曲軸受力的不均，曲軸變化的力作用在機(jī)體上發(fā)出周期性的敲擊聲;高彈聯(lián)軸節(jié)失去彈性，引起接頭松動，空壓機(jī)啟動工作時(shí)發(fā)出稍微的異常聲。

3 故障排除

在對故障進(jìn)行分析后，立刻進(jìn)行排查，對1#空壓機(jī)的動力、壓縮進(jìn)行了拆檢，未發(fā)現(xiàn)有異常情況，由于空壓機(jī)能正常工作，電機(jī)肯定沒有問題，本著從簡單到復(fù)雜的思路，經(jīng)輪機(jī)員仔細(xì)排查后發(fā)現(xiàn)1#空壓機(jī)軸承連接處高彈失去彈性，經(jīng)過簡單拆檢，更換高彈，空壓機(jī)恢復(fù)正常。

4 建立故障樹

考慮到空壓機(jī)對于船舶航行的重要性，為了使以后再發(fā)生類似情況時(shí)，輪機(jī)員能夠快速準(zhǔn)確的查明原因并解決故障，以提高效率、降低損失，結(jié)合故障樹分析法，我們對空壓機(jī)異常噪音故障進(jìn)行了以下分析。

4.1 系統(tǒng)頂事件的定義

空壓機(jī)異常噪音是指空壓機(jī)在工作時(shí)發(fā)出的聲音和正常工作時(shí)發(fā)出的聲音不一致的現(xiàn)象。該船使用的空壓機(jī)為單作用兩級壓縮的空氣壓縮機(jī)，采用級差式活塞可將大氣壓縮至最高排氣壓力3.0MPa，由濕式消音過濾器濾過的空氣，經(jīng)Ⅰ級組合閥的吸入部分，被吸入Ⅰ級汽缸，壓縮到一定壓力，由Ⅰ級組合閥的排出部分排出，進(jìn)入由水冷卻的汽缸蓋，再經(jīng)帶有螺旋片的冷卻管冷卻，流進(jìn)曲軸箱上的緩沖容積內(nèi)。冷卻后產(chǎn)生的冷凝液集積在同時(shí)也作為窺視窗蓋的分離器中，空氣則通過氣道口經(jīng)Ⅱ級汽缸，被壓縮到排氣壓力，由Ⅱ級組合閥的排出部分排出，經(jīng)過在汽缸內(nèi)的氣道進(jìn)入懸掛著的Ⅱ級冷卻器冷卻，冷卻后再進(jìn)行氣液分離，最后干凈的壓縮空氣被送至氣瓶。

圖1 空壓機(jī)異常噪音故障樹系統(tǒng)圖

4.2 故障樹描述

1)冷卻器內(nèi)的異常噪音。

冷卻器中正常的聲音是冷卻淡水流動產(chǎn)生的流體動力噪音，當(dāng)冷卻器中有異常噪音產(chǎn)生時(shí)，即說明，可能流體的氣動噪音變大了，流道的流動條件發(fā)生了變化，因此發(fā)出了異常噪音。

(1)冷卻器內(nèi)冷卻管破裂。

冷卻器是低溫淡水冷卻高溫、高壓氣體的場所，當(dāng)冷卻管破裂時(shí)，高壓空氣將和淡水?dāng)囋谝黄穑l(fā)出異常的流動噪音，另外會有部分淡水進(jìn)入汽缸壓縮，也會發(fā)出異常噪音。

(2)冷卻器內(nèi)落有其它物件。

由于檢修等原因，會把一些物件遺落在冷卻器中，這些小物件如果在高壓氣體側(cè)，則會隨著壓縮空氣撞擊在缸體上發(fā)出聲響，如果物件是金屬類的，響聲將更加明顯。

2)汽缸內(nèi)的異常噪音。

汽缸是壓縮機(jī)構(gòu)的核心部件之一，活塞在汽缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動時(shí)吸入或壓縮空氣，因此汽缸中存在著氣體能量的劇烈轉(zhuǎn)換。

(1)活塞在汽缸內(nèi)的死點(diǎn)過小。

活塞在汽缸內(nèi)的死點(diǎn)過小，即是余隙容積小，這里的小是相對于標(biāo)準(zhǔn)，但是由于修理或者其他因素即可能導(dǎo)致活塞在上死點(diǎn)過小，而阻力與標(biāo)準(zhǔn)情況下發(fā)生了巨大變化，因此發(fā)出異常噪音。

(2)活塞銷竄動。

活塞銷為活塞提供軸向的固定，只留下徑向的旋轉(zhuǎn)自由度，活塞銷通過兩邊的活塞銷孔固定，擋圈發(fā)生故障時(shí)，就會引起活塞銷竄動而發(fā)生撞擊機(jī)體的碰撞聲。①擋圈松動。擋圈松動時(shí)，活塞銷失去了對其軸向自由度的約束，在隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)中竄出，與機(jī)體碰撞發(fā)出異常噪音。②擋圈斷裂。擋圈斷裂時(shí)，活塞銷失去了對其軸向自由度的約束，在隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)中竄出，與機(jī)體碰撞發(fā)出異常聲響，同時(shí)擋圈可能在汽缸中上下動作，與空壓機(jī)機(jī)體碰撞發(fā)出異常噪音。

(3)汽缸內(nèi)有破碎物落入。

由于維修、小物件斷裂等因素而導(dǎo)致破碎物進(jìn)入汽缸內(nèi)時(shí)，當(dāng)汽缸活塞做上下往復(fù)直線運(yùn)動時(shí)，會推動破碎物隨機(jī)運(yùn)動，當(dāng)破碎物與活塞或者汽缸發(fā)生碰撞時(shí)即發(fā)出異常噪音。

(4)汽缸內(nèi)有水或者滑油過多。

當(dāng)汽缸內(nèi)有水或者滑油太多時(shí)，活塞的工作狀態(tài)發(fā)生變化，當(dāng)空壓機(jī)工作時(shí)即會發(fā)出異常噪音。

(5)氣閥故障。

由于氣閥在高溫中工作，稍微的安裝不良、進(jìn)氣不清潔、氣閥彈力過大或者滑油結(jié)焦都可能導(dǎo)致氣閥故障，進(jìn)而發(fā)出異響。①氣閥安裝松動。安裝松動屬于安裝不良，通常是碟形彈簧損壞引起的，會引起漏氣，導(dǎo)致閥片工作溫度過高使閥片損壞，同時(shí)安裝松動會導(dǎo)致氣閥件對機(jī)體的直接碰撞，進(jìn)而發(fā)出異響。②氣閥損壞。當(dāng)氣閥損壞時(shí)，會引起氣動噪音和少量的閥片與機(jī)體的碰撞聲，進(jìn)而產(chǎn)生異響。

(6)活塞銷與襯套徑向間隙過大。活塞銷與襯套徑向間隙過大，即活塞銷與連桿小頭襯套之間的徑向間隙過大，當(dāng)活塞作往復(fù)直線運(yùn)動時(shí)，由于慣性的存在，活塞銷與連桿小頭襯套之間有兩次明顯的碰撞，間隙越大，碰撞的強(qiáng)度越大，發(fā)出的聲響越大。

3)曲軸箱內(nèi)的異常噪音。如第2章中分析。

5 結(jié)論

空壓機(jī)發(fā)生異常噪音是一個(gè)普遍的現(xiàn)象，對空壓機(jī)的保養(yǎng)應(yīng)嚴(yán)格按照程序，尤其是涉及到滑油、淡水、排氣壓力等問題，更應(yīng)該從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)，兼顧到密封、動力傳動裝置、壓縮機(jī)構(gòu)。平時(shí)操作時(shí)注意操作規(guī)范，當(dāng)聽到有異常噪音時(shí)要及時(shí)準(zhǔn)確處理。

［1］費(fèi)千.船舶輔機(jī)［M］.大連:大連海事大學(xué)出版社，2008.