某船柴油機(jī)噴油設(shè)備故障分析與處理

劉 昕

(中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇江陰 214431)

某船柴油機(jī)噴油設(shè)備故障分析與處理

劉 昕

(中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇江陰 214431)

文章通過對柴油機(jī)中噴油設(shè)備常發(fā)生的故障進(jìn)行了實(shí)例分析，指出了故障產(chǎn)生的危害，并采取了實(shí)際有效的處理措施，最后對噴油設(shè)備的維護(hù)管理提出了幾點(diǎn)建議。

柴油機(jī);高壓油泵;噴油器;故障分析

柴油機(jī)燃油系統(tǒng)高壓油泵中的柱塞套筒偶件、出油閥與閥座偶件，噴油器中針閥與針閥體偶件是噴油設(shè)備中的3對精密偶件。它們都是在高壓燃油中工作，受到高壓摩擦和腐蝕等作用，使偶件的配合面極易產(chǎn)生磨損、腐蝕等損壞，故障發(fā)生率高。系統(tǒng)中的水分、雜質(zhì)甚至油溫的突變都將會影響高壓油泵、噴油器、燃油系統(tǒng)和柴油機(jī)的正常工作。某船在出海過程中曾先后發(fā)生過多只噴油器針閥卡緊咬死、高壓油泵柱塞咬死不供油等故障。本文對柴油機(jī)噴油設(shè)備的故障實(shí)例進(jìn)行原因分析和探討，并總結(jié)出噴油設(shè)備管理的經(jīng)驗(yàn)做法。

1 故障經(jīng)過

某船在航行過程中，主機(jī)串、并聯(lián)轉(zhuǎn)換裝置發(fā)生故障，不能正常從串聯(lián)向并聯(lián)轉(zhuǎn)換，伴隨有增壓器喘振，同時煙囪冒黑煙，排氣溫度升高，后在錨地對主機(jī)噴油器進(jìn)行檢查時發(fā)現(xiàn)2臺主機(jī)18只主機(jī)噴油器均不同程度出現(xiàn)故障:噴油嘴積碳嚴(yán)重，臺架試驗(yàn)大多是無啟噴壓力，出現(xiàn)噴油成線形而無霧化狀的現(xiàn)象。經(jīng)過解體檢查發(fā)現(xiàn)多只噴油器的針閥在針閥體中卡緊或咬死。在返航途中，主、輔機(jī)18只高壓油泵又相繼出現(xiàn)了柱塞套筒卡緊、咬死，不能正常供油等現(xiàn)象，造成主機(jī)不正常停機(jī)，甚至在長江口錨地時2臺發(fā)電機(jī)同時停機(jī)造成全船失電事故，嚴(yán)重影響了船舶航行安全。在對主機(jī)高壓油泵拆體分解后發(fā)現(xiàn)齒條、柱塞套筒偶件咬死，柱塞用銅棒敲出后發(fā)現(xiàn)表面發(fā)黑 (黑色可用布擦去一部分)無嚴(yán)重拉傷，但有縱向拉痕，發(fā)電機(jī)高壓油泵經(jīng)解體發(fā)現(xiàn)狀況與主機(jī)相似。高壓油泵故障發(fā)生時，在對燃油系統(tǒng)檢查時發(fā)現(xiàn)主機(jī)日用油柜中有大量水、底層有大量粘狀混濁液;波爾反沖洗濾器的濾芯上面發(fā)現(xiàn)有較多的堅(jiān)硬顆粒。

2 故障機(jī)理分析及危害

主機(jī)高壓油泵中柱塞在套筒中上下運(yùn)動，燃油對柱塞運(yùn)動副具有必不可缺少的潤滑作用，燃油的粘度較小，隨著溫度的升高粘性降低，而水的潤滑性比燃油的潤滑性能更差，一旦燃油中含有的水分超過允許值時，那么偶件潤滑作用就會相對惡化降低，引起柱塞運(yùn)動副中發(fā)生干摩擦，進(jìn)而產(chǎn)生高溫，情況更嚴(yán)重時將使柱塞偶件直接過熱脹死。另外，噴油設(shè)備中的3對精密偶件的配合面間隙只有0.002～0.003 mm，大小不等雜質(zhì)顆粒一旦進(jìn)入燃油系統(tǒng)中，部分直徑小于0.003 mm硬雜質(zhì)就可能進(jìn)入間隙直接影響柱塞偶件產(chǎn)生磨損，在配合面形成拉痕，較大的雜質(zhì)隨著高壓燃油的沖刷最后進(jìn)入到噴油器中，導(dǎo)致針閥偶件卡緊或咬死。噴油器是整個燃油系統(tǒng)中的最后一個設(shè)備，系統(tǒng)中的雜質(zhì)不得不在這里積少成多，最終影響到噴油器的正常工作。這也是噴油器故障比高壓油泵發(fā)生故障早的原因所在。

故障發(fā)生后，從每只咬死的油頭針閥及油泵柱塞表面都可以發(fā)現(xiàn)有大面積的黑色碳膜并伴有沿運(yùn)動方向的縱向拉痕，這是由于針閥在針閥體中、柱塞在套筒中運(yùn)行由于缺乏必要的潤滑，導(dǎo)致運(yùn)動件過熱引起燃油結(jié)膠碳化而成的，這也是油頭針閥、高壓油泵柱塞咬死的直接原因。而引起精密偶件過熱的原因是油中有水分、機(jī)械雜質(zhì)或偶件材料沒有選好。

高壓油泵的柱塞卡緊或咬死會引起該油泵停止供油而使該缸停止燃燒［1］。過度磨損使偶件密封性能下降，造成偶件漏油，噴油壓力下降，霧化不良，以致各缸供油不均，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)等。

針閥在針閥體中卡緊或咬死時針閥不能及時啟閉或者根本不能啟閉，此時該缸發(fā)火不正常，甚至單缸熄火，轉(zhuǎn)速下降。針閥在開啟狀態(tài)咬死時燃油未經(jīng)霧化直接噴入汽缸中，使柴油機(jī)燃燒不良，后燃嚴(yán)重，熱負(fù)荷增大，排煙溫度升高。排煙溫度升高意味著廢氣能量增加，使增壓器轉(zhuǎn)速升高，供氣量增多，破壞了柴油機(jī)和增壓器的匹配關(guān)系，導(dǎo)致壓氣機(jī)在高背壓、小流量的狀態(tài)下工作，嚴(yán)重時就會發(fā)生增壓器喘振。

噴油嘴不但受到燃油的沖刷腐蝕，而且受到缸內(nèi)的高溫燃?xì)獾淖饔?，所以噴孔?nèi)外由于受到缸內(nèi)過熱而積碳，噴孔積碳不僅破壞了油束與燃燒室的匹配關(guān)系，而且此積碳引起火焰逐漸移近噴孔，并加速了噴孔的堵塞形成惡性循環(huán)，最后使噴孔堵塞。噴孔堵塞會使噴射持續(xù)期加長，后燃嚴(yán)重并出現(xiàn)二次噴射，造成燃燒性能下降［2］。

由上分析可以得出結(jié)論:噴油設(shè)備的故障主要原因是由于燃油中含有了較多的水分、機(jī)械雜質(zhì)，影響了噴油設(shè)備正常工作。同時由于故障不能得到及時處理，以致油泵、油頭工作進(jìn)一步惡化，最終導(dǎo)致了故障連續(xù)發(fā)生。

3 水分、雜質(zhì)等進(jìn)入燃油系統(tǒng)中的途徑

高壓油泵故障發(fā)生后，多次從日用油柜中取油樣發(fā)現(xiàn)油中存在較多的水分和雜質(zhì)，而日用油柜中的油是通過分油機(jī)凈化后進(jìn)入的。連續(xù)對分油機(jī)進(jìn)行跟蹤取油樣試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)從凈油出口取來的油樣中含有汽泡，靜止沉淀后在杯底出現(xiàn)了一層水。含水量超過了1%，當(dāng)時分油機(jī)是從5#沉淀艙吸入燃油的，5#油艙又是從其它各油艙調(diào)駁而來的，其中也包括回油艙駁入5#沉淀艙。由于該船的管路設(shè)計(jì)問題，油頭冷卻柜下冷卻油泵區(qū)域的地漏按常規(guī)應(yīng)引入機(jī)艙艙底，而實(shí)際情況是通至回油艙。這樣必然使兩側(cè)的空氣瓶殘水、污物、清潔沖洗水等通過回油艙而進(jìn)入5#沉淀艙，最終進(jìn)入燃油系統(tǒng)中。同時，拆檢分油機(jī)時發(fā)現(xiàn)根據(jù)目前使用的－10#輕柴油而選擇的比重環(huán)與說明書的要求不符合 (當(dāng)時使用的是55 mm的口徑，實(shí)際應(yīng)選用70 mm口徑的比重環(huán))，這樣當(dāng)燃油中含水量超過2%時，超過了分油機(jī)的分離能力使分離效果不佳，水分就會從分油機(jī)的凈油出口進(jìn)入日用油柜中，這是造成燃油系統(tǒng)日用油柜中水分存在的主要原因。

該船服役時間超過20年，燃油管系銹蝕嚴(yán)重。在該船中修改造中，雖對各個油艙都進(jìn)行了油艙清潔處理，但未對整個管路系統(tǒng)進(jìn)行徹底的清洗(包括從日用柜至噴油器的機(jī)架上的管路)，以至于管路中的油泥鐵銹沉積物經(jīng)加入的柴油浸泡后逐漸溶解而進(jìn)入燃油系統(tǒng)中，這是造成燃油系統(tǒng)中雜質(zhì)存在的主要原因。

從碼頭拆下的燃油系統(tǒng)管路內(nèi)壁可以看到沉積著大量的油泥狀的污物，波爾反沖濾器的濾芯上也沉積著許多顆粒及污物，轉(zhuǎn)閥經(jīng)常由于水的存在而生銹卡死不能正常轉(zhuǎn)換。進(jìn)一步證實(shí)了燃油系統(tǒng)中有大量的水分和雜質(zhì)存在。

燃油系統(tǒng)中波爾濾器和精濾器也未能起到凈化過濾的作用。在事后的檢查中發(fā)現(xiàn)波爾濾器上存在嚴(yán)重缺陷:一是濾芯與底座有縫隙不能形成有效密封，導(dǎo)致機(jī)械雜質(zhì)不能完全被過濾掉，部分直接通過縫隙而進(jìn)入油泵、油頭中;二是壓縮空氣管未按技術(shù)要求安裝，空氣量不夠，使得反沖洗的效果不好，濾芯上污物雜質(zhì)不能被反沖掉，在實(shí)際使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)壓差顯示。精濾器中修時未徹底修復(fù)，未能起到應(yīng)有的過濾作用。

分油機(jī)、波爾反沖洗濾器、精濾器是燃油進(jìn)入到噴油設(shè)備 (高壓油泵、噴油泵)的保護(hù)傘，一旦它們同時失去應(yīng)有的凈化功能，必將引起噴油設(shè)備的故障。

4 故障處理

為了船舶安全并確保噴油設(shè)備的正常工作，主要采取了下列措施。

1)拆檢所有18只主機(jī)高壓油泵、18只主機(jī)噴油器，48只輔機(jī)油泵、48只輔機(jī)噴油器進(jìn)廠檢修，更換所有高壓油泵柱塞偶件、針閥偶件、出油閥偶件。

2)拆下所有從主、輔機(jī)日用油柜到油頭的燃油管路到專業(yè)廠家酸洗，對管路徹底酸洗清潔裝復(fù)后，并對管路進(jìn)行了串油作業(yè)。

3)徹底清潔3#、5#沉淀艙、回油艙、主輔機(jī)日用油柜，重新接上3#沉淀艙至分油機(jī)的管路。分油機(jī)吸口接在3#、5#沉淀艙的高位吸口，保證分油機(jī)由2個沉淀油艙輪流使用，使之有足夠的沉淀時間。

4)對燃油分油機(jī)進(jìn)行重新調(diào)試，尤其是對比重環(huán)重新進(jìn)行了選擇，根據(jù)目前使用的輕柴油密度大約在0.84 t/m3左右，所以選擇了70 mm口徑的比重環(huán)，而原來使用的是55 mm的比重環(huán)。根據(jù)分油機(jī)的原理，在不破壞水封水的情況下，比重環(huán)的口徑應(yīng)選取的大一些，尤其是當(dāng)油中含水量超過分油機(jī)的允許值時，分離的效果好一些。

5)對波爾濾器進(jìn)行檢修，更換空氣管路由D8改成D12的管路，保證壓縮空氣量，更換濾芯底座，消除濾芯與底座的縫隙，濾芯由150目改為250目，保證波爾反沖洗濾器的正常使用。

6)更換精濾器的濾芯片，重新恢復(fù)精濾器在燃油系統(tǒng)中的使用。

經(jīng)過以上處理，主輔機(jī)的燃油噴油設(shè)備在此后的航行中沒有發(fā)生故障。

5 注意事項(xiàng)

在船用柴油機(jī)中，噴油設(shè)備的工作對燃油的燃燒過程具有重要作用。因而對噴油設(shè)備進(jìn)行正確的維修保養(yǎng)，使它們在最佳狀態(tài)下工作是十分重要的。

1)加強(qiáng)對燃油系統(tǒng)油路管理，保證分油機(jī)、波爾反沖濾器、精濾器的正常工作，確保燃油進(jìn)入系統(tǒng)的質(zhì)量。

2)對高壓油泵、噴油器的定期檢查與調(diào)整是日常工作的重要內(nèi)容。對高壓油的檢查與調(diào)整主要包括3個方面的內(nèi)容:①密封性檢查;②供油定時的檢查與調(diào)整;③供油量的檢查與調(diào)整。對噴油設(shè)備的檢查內(nèi)容包括:①啟閥壓力的檢查與調(diào)整;②密封性檢查;③霧化質(zhì)量檢查。

3)對噴油設(shè)備需要定期進(jìn)行拆檢和試驗(yàn)，查出隱患和缺陷，及時排除。拆檢時須注意清潔，清洗只準(zhǔn)使用輕柴油，擦拭時不得使用棉紗。裝復(fù)時注意定位，注意各密封面處的結(jié)合，注意有關(guān)裝配記號。

4)備航時應(yīng)對各缸高壓油泵逐個進(jìn)行手動泵油，以便潤滑柱塞偶件，并觀察柱塞及其相關(guān)運(yùn)動件的靈活性。

5)長期停車后或噴油設(shè)備經(jīng)拆檢重新裝復(fù)后，應(yīng)注意噴油設(shè)備及燃油系統(tǒng)放氣。噴油設(shè)備各處不得有燃油滲漏。

6)運(yùn)轉(zhuǎn)中應(yīng)注意高壓油管的脈動狀態(tài)。脈動突然增強(qiáng)，高壓油泵有異常聲響發(fā)出，則多為噴油器噴孔堵塞或針閥在關(guān)閉位置咬死所致;若高壓油管無脈動或脈動微弱，則多為柱塞或針閥在開啟位置咬死或噴油器彈簧折斷所致;若脈動頻率或強(qiáng)度不斷變化，則柱塞有卡滯現(xiàn)象。

7)在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中如需單缸停油，則應(yīng)使用高壓油泵專門停油機(jī)構(gòu)抬起該油泵柱塞。不可關(guān)閉高壓油泵燃油出口閥，以免柱塞偶件斷油缺乏潤滑而卡死。

8)應(yīng)注意噴油器冷卻系統(tǒng)的工作狀況，確保噴油器可靠冷卻，防止過熱。定期檢查噴油器冷卻油柜的液位情況，如液位上升，則表示噴油器內(nèi)有漏油現(xiàn)象。

9)注意缸內(nèi)燃燒過程的變化，可以從排煙顏色，排氣溫度、示功圖等的不正常變化，判斷噴油設(shè)備的工作狀況，必要時應(yīng)酌情進(jìn)行調(diào)整。

［1］杜榮銘.船舶柴油機(jī)［M］.大連:大連海事大學(xué)出版社，1990.

［2］吳恒.輪機(jī)管理［M］.大連:大連海事大學(xué)出版社，1990.

In this paper，some real examples are analyzed for the usual faults on oil injecter of diesel engine.The harm of the fault is pointed out，practical and effective treating measures are adopted，some proposals on oilinjecter maintenance management are put forward as well.

diesel engine;high-pressure oil pump;oil-injecter;fault analysis

U672

C

1001－8328(2013)05－0012－03

劉昕 (1985-)，男，陜西戶縣人，工程師，大學(xué)本科，主要從事艦船動力裝置管理工作。

2013－05－02