一例船舶主機(jī)啟動(dòng)故障分析處置

曹新玉+江峰+宋強(qiáng)

摘 要：大型船舶主機(jī)啟動(dòng)控制系統(tǒng)原理復(fù)雜，主機(jī)啟動(dòng)牽扯的因素多，對(duì)故障快速排查定位難，能否有效地解決故障對(duì)船舶機(jī)動(dòng)至關(guān)重要。該文針對(duì)某輪發(fā)生的一例主機(jī)啟動(dòng)故障，對(duì)故障原因進(jìn)行了深入分析，對(duì)排查方法措施進(jìn)行了介紹，剖析了故障機(jī)理，查找了故障產(chǎn)生的根源，尤其對(duì)高壓油泵結(jié)構(gòu)原理、彈簧卡滯的機(jī)理進(jìn)行了深入分析，該文對(duì)類似故障處置有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī) 啟動(dòng)故障 高壓油泵 彈簧斷裂

中圖分類號(hào)：TK42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）03（c）-0063-03

柴油機(jī)作為船舶主機(jī)的一種常見(jiàn)機(jī)型，柴油機(jī)不能正常啟動(dòng)是一個(gè)綜合性的易發(fā)故障，掌握柴油機(jī)無(wú)法啟動(dòng)的原因與解決措施，對(duì)于輪機(jī)管理人員來(lái)講十分必要。在尋找原因與解決辦法時(shí)，既要從柴油機(jī)供油系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、操縱機(jī)構(gòu)、操作與環(huán)境、啟動(dòng)控制系統(tǒng)等多方面因素進(jìn)行考慮，同時(shí)還要具體問(wèn)題具體分析，根據(jù)具體故障現(xiàn)象，查找故障根源，采取有效措施排除故障，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)主機(jī)預(yù)防性維修工作，減少柴油機(jī)不能啟動(dòng)故障概率，提高船舶主機(jī)可靠性。

1 故障現(xiàn)象

某輪共2臺(tái)主機(jī)，型號(hào)為瓦錫蘭8L46C柴油機(jī)，四沖程中冷增壓，額定轉(zhuǎn)速500 rpm，主機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)速超過(guò)120 rpm發(fā)火。2015年12月14日，備航在對(duì)右主機(jī)啟動(dòng)時(shí)，連續(xù)啟動(dòng)多次，主機(jī)均未能正常啟動(dòng)。具體現(xiàn)象為：主機(jī)啟動(dòng)后，在啟動(dòng)空氣的作用下轉(zhuǎn)速達(dá)到120 rpm，但主機(jī)不發(fā)火，啟動(dòng)失敗。

2 故障初步分析

主機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)，但不發(fā)火的原因主要有以下3個(gè)方面：一是主機(jī)啟動(dòng)空氣系統(tǒng)故障；二是燃油供油系統(tǒng)故障；三是進(jìn)氣系統(tǒng)故障。具體常見(jiàn)原因如下。

（1）啟動(dòng)空氣故障，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)低。啟動(dòng)空氣壓力過(guò)低，系統(tǒng)未正常接通，閥件未開(kāi)到位，空氣濾芯臟堵，主起動(dòng)閥、慢轉(zhuǎn)閥、起動(dòng)電磁閥故障等。

（2）停車裝置未復(fù)位。主機(jī)淡水溫度高、曲軸箱油霧濃度高、滑油低壓等安保停車未復(fù)位，超速保護(hù)裝置故障等。

（3）控制系統(tǒng)設(shè)置不正確。供油控制軸或調(diào)速器的負(fù)荷限制設(shè)定過(guò)低，起動(dòng)燃油限位裝置設(shè)定點(diǎn)不正確。

（4）燃油系統(tǒng)故障，柴油機(jī)供油不足。燃油壓力不足，燃油泄漏，燃油濾器堵塞，燃油泵故障，燃油中含有水分雜質(zhì)等。

（5）氣缸壓縮壓力過(guò)低，進(jìn)氣閥或排氣閥在開(kāi)啟位置卡住，處于“負(fù)氣閥間隙”。進(jìn)氣系統(tǒng)不暢堵塞。

（6）調(diào)速器故障。調(diào)速器助力油缸不動(dòng)作，調(diào)速器滑油污染，內(nèi)部機(jī)構(gòu)損壞。

（7）供油控制操縱機(jī)構(gòu)故障。操縱機(jī)構(gòu)不靈活，主機(jī)高壓油泵卡滯，高壓油管泄漏量大，噴油器霧化效果差。

3 故障排查與解決

多次啟動(dòng)主機(jī)無(wú)法發(fā)火，崗位人員迅速對(duì)故障展開(kāi)排查。

（1）啟動(dòng)空氣系統(tǒng)正常，啟動(dòng)壓力在正常范圍，檢查測(cè)試電磁閥正常。

（2）主機(jī)安保停車各環(huán)節(jié)要素正常，未出現(xiàn)報(bào)警故障。

（3）控制系統(tǒng)設(shè)置均為出廠設(shè)置，未進(jìn)行過(guò)修改，設(shè)定值復(fù)查正確。

（4）燃油系統(tǒng)全面檢查，系統(tǒng)供油正常。

（5）通過(guò)盤車、沖車，氣缸活塞壓縮正常。

（6）調(diào)速器檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯問(wèn)題。

（7）供油機(jī)構(gòu)外觀檢查正常。圖1為供油機(jī)構(gòu)示意圖，拆除調(diào)速器彈簧連接桿（16）與供油機(jī)構(gòu)連接螺釘（20），手動(dòng)活絡(luò)供油機(jī)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)供油操縱機(jī)構(gòu)卡滯，需要用很大力氣才能使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。比對(duì)總桿供油量刻線與各高壓油泵齒條刻線，發(fā)現(xiàn)右主機(jī)3#、4#、6#、7#缸供油量明顯偏小，幾乎接近于零。拆除3#、4#、6#、7#高壓油泵齒條與總桿供油機(jī)構(gòu)連接件（2），手動(dòng)拉動(dòng)齒條（1）不動(dòng)作。關(guān)閉高壓油泵停車活塞缸氣路，齒條仍然卡滯不動(dòng)。初步判斷為高壓油泵齒條機(jī)構(gòu)卡滯故障。

為進(jìn)一步確定故障部位，崗位人員按照工藝要求，依次對(duì)4臺(tái)故障高壓油泵拆檢、解體檢查，發(fā)現(xiàn)6號(hào)、7號(hào)缸高壓油泵柱塞底部?jī)?nèi)彈簧以及3號(hào)、4號(hào)高壓油泵內(nèi)外彈簧均斷裂，7號(hào)缸高壓油泵上彈簧盤和齒圈損壞。對(duì)其余部件清洗檢查，未見(jiàn)異常。由于船上無(wú)彈簧備件，更換了4臺(tái)備用高壓油泵，并對(duì)操縱機(jī)構(gòu)軸承點(diǎn)加注潤(rùn)滑脂，靈活性檢查正常，總桿供油齒條刻線與各缸高壓油泵齒條刻線一致。裝復(fù)完成后，啟動(dòng)主機(jī)發(fā)火正常。后?？拷幠父勐?lián)系設(shè)備廠家，按照預(yù)防性維修理念，對(duì)2臺(tái)主機(jī)其余高壓油泵解體檢查，發(fā)現(xiàn)右主機(jī)5號(hào)、8號(hào)高壓油泵柱塞底部?jī)?nèi)外彈簧也均已斷裂，左主機(jī)彈簧與右機(jī)類似，存在不同程度磨損。對(duì)彈簧予以全部更換，至此故障隱患得以解決。

4 故障機(jī)理分析

主機(jī)高壓油泵是主機(jī)噴射系統(tǒng)的核心部件，其主要作用定時(shí)定量控制產(chǎn)生高壓燃油進(jìn)入噴油器噴射。高壓油泵的主要零件是由柱塞和套筒所構(gòu)成的偶件。柱塞上設(shè)有直槽、斜槽和環(huán)槽，套筒上開(kāi)有2個(gè)圓孔。柱塞中部與調(diào)節(jié)齒圈用鍵連接，齒圈與齒條嚙合，拉動(dòng)齒條可轉(zhuǎn)動(dòng)柱塞以調(diào)整柴油機(jī)的循環(huán)供油量。柱塞下端接上下彈簧盤及柱塞彈簧。高壓油泵供油通過(guò)凸輪頂頭頂動(dòng)柱塞上行完成，而柱塞的吸油動(dòng)作則靠彈簧使柱塞下行來(lái)完成。調(diào)節(jié)齒條上有刻線，指示高壓油泵供油量。各缸高壓油泵齒條通過(guò)連接螺釘與油門操縱機(jī)構(gòu)總桿相連，通過(guò)調(diào)速器拉動(dòng)操縱總桿實(shí)現(xiàn)供油量的總調(diào)。各缸高壓油泵調(diào)節(jié)齒條對(duì)面裝有停車活塞缸，當(dāng)電控超速保護(hù)系統(tǒng)給出指令，或自動(dòng)停車系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)，30 bar的控制空氣作用在停車活塞缸上，將高壓油泵的油門齒條推向零供油位置。

對(duì)拆下來(lái)的彈簧檢查，發(fā)現(xiàn)彈簧上下三圈平面磨損嚴(yán)重，斷裂處也多發(fā)生在此位置（如圖2、3所示）。同時(shí)發(fā)現(xiàn)高壓油泵內(nèi)部件浮銹油泥較多，內(nèi)外彈簧表面鍍層均有不同程度的剝落斑點(diǎn)，彈簧韌勁有所下降。高壓油泵柱塞底部彈簧主要起到緩沖恢復(fù)柱塞行程的作用，彈簧在工作中不僅受壓應(yīng)力、拉應(yīng)力及沖擊應(yīng)力，還承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，在彈簧的內(nèi)表面，剪切應(yīng)力值最大，其應(yīng)力集中的敏感性十分重要，一旦材料表面有微小的缺陷或裂紋存在，應(yīng)力馬上會(huì)集中在缺陷的周圍，導(dǎo)致材料的晶格產(chǎn)生扭曲破壞，隨著應(yīng)力的不斷循環(huán)，缺陷形成疲勞核心，并不斷擴(kuò)展，與此同時(shí)，集中的應(yīng)力也逐漸增大。一旦集中的應(yīng)力大于材料的極限應(yīng)力，就會(huì)造成彈簧早期的疲勞斷裂。

彈簧斷裂后，由于彈簧上下部沒(méi)有足夠的徑向約束體，斷裂的兩段彈簧在承受壓縮時(shí)會(huì)發(fā)生歪斜，不再與柱塞中心線保持一致，同時(shí)彈簧的彈力也會(huì)下降很多（如圖4所示）。當(dāng)柱塞受凸輪頂桿的推擠向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，柱塞通過(guò)下部彈簧座同時(shí)擠壓彈簧，兩截彈簧受力都不是上下垂直方向，將對(duì)柱塞、齒圈產(chǎn)生橫向推力。當(dāng)柱塞受到橫向推力并試圖在套筒中往復(fù)運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)與套筒產(chǎn)生較大的附加側(cè)向摩擦推力。當(dāng)齒條試圖拉動(dòng)齒圈，并帶動(dòng)柱塞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于柱塞、齒圈同時(shí)受阻，造成操縱機(jī)構(gòu)卡滯供油不暢。斷裂彈簧在凸輪頂桿的來(lái)回推擠向，當(dāng)彈簧卡滯在齒圈下端時(shí)，將會(huì)造成齒條固定在一個(gè)位置無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，該文有主機(jī)4個(gè)缸齒圈均卡滯在零位，造成主機(jī)供油操縱機(jī)構(gòu)卡滯，在啟動(dòng)空氣作用下主機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，但未供油，主機(jī)無(wú)法發(fā)火啟動(dòng)失敗。

某輪2臺(tái)主機(jī)運(yùn)行均已接近20 000 h，彈簧上下三圈平面磨損嚴(yán)重，部分鍍層脫落受到腐蝕破壞，成為應(yīng)力集中區(qū)，所以，此次故障定位為高壓油泵柱塞彈簧磨損韌性下降疲勞損壞。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)此次故障排查分析，給崗位人員積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，為避免類似故障發(fā)生，今后在對(duì)主機(jī)管理中，應(yīng)對(duì)高壓油泵予以更加關(guān)注，做好以下幾點(diǎn)。

（1）密切關(guān)注主機(jī)排溫、高壓油泵供油情況，定期對(duì)主機(jī)齒條操縱機(jī)構(gòu)靈活性檢查，比對(duì)供油總桿刻線與各缸高壓油泵齒條刻線是否一致。

（2）開(kāi)啟燃油分油機(jī)凈化主機(jī)燃油，加強(qiáng)主機(jī)燃油日用柜放殘，防止水分雜質(zhì)進(jìn)入高壓油泵。

（3）大修時(shí)，對(duì)高壓油泵彈簧磨損及韌性進(jìn)行檢查，視情更換。

參考文獻(xiàn)

[1] 李樹(shù)梅，閻平.螺旋彈簧斷裂分析及預(yù)防措施[J].金屬熱處理，2012（11）：130-132.

[2] 王雪峰，王玲.回油孔式高壓油泵柱塞彈簧斷裂對(duì)柴油機(jī)運(yùn)行工況的影響[J].船海工程，2011（2）：91-93.

[3] 孫培廷.船舶柴油機(jī)[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，2002：57-62.