船舶主機(jī)單缸不發(fā)火故障研究分析

馬修文+盛善智

摘要：主機(jī)單缸不發(fā)火故障一般是噴射系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)于船舶的安全來(lái)說(shuō)，造成的后果各不相同，如果不及時(shí)處理就會(huì)造成某些零部件故障的擴(kuò)大，甚至?xí)斐蓢?yán)重的機(jī)損事故。主機(jī)能否操作正常以及工作情況是否正常，無(wú)疑是輪機(jī)管理人員最為關(guān)注的問(wèn)題。MAN B&W 5L35MC型主機(jī)的燃油噴射系統(tǒng)為柱塞泵式噴射系統(tǒng)，此文就該輪發(fā)生的單缸不發(fā)火故障做一下研究分析，并且對(duì)這樣類型的主機(jī)燃油噴射系統(tǒng)做進(jìn)一步的探討。

關(guān)鍵詞：船舶柴油機(jī)；噴油器；排溫；管理

1 故障現(xiàn)象

該輪某日大洋航行中，機(jī)艙警報(bào)突然響起，輪機(jī)員下到機(jī)艙后，發(fā)現(xiàn)集控室的電腦顯示主機(jī)1#氣缸排煙溫度不正常，到機(jī)旁檢查1#氣缸的高壓油泵時(shí)發(fā)現(xiàn)其噪聲很大。在警報(bào)響起的同時(shí)，主機(jī)的增壓器也突然發(fā)生喘振，排氣冒黑煙。緊接著，我們查看了各個(gè)氣缸的排氣溫度，發(fā)現(xiàn)1#氣缸的排氣溫度下降較多，只有150°C；而其他氣缸的排氣溫度則上升，高達(dá)380°C。該型號(hào)主機(jī)正常時(shí)的氣缸排氣溫度為330°C～350°C。為了防止主機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，我們使主機(jī)降負(fù)荷運(yùn)行，下降期轉(zhuǎn)速。然后打開(kāi)1#氣缸的示功閥，檢查壓縮壓力，發(fā)現(xiàn)其低于3MPa，氣缸發(fā)火不正常。氣缸的爆發(fā)壓力不足，主機(jī)功率下降，并帶有主機(jī)增壓器喘振，排氣冒黑煙。針對(duì)上述問(wèn)題，我們就示功閥、噴油器、噴油泵等相關(guān)部件進(jìn)行檢修，處理這一起主機(jī)單缸不發(fā)火問(wèn)題。

2 應(yīng)對(duì)措施

在二沖程柴油機(jī)類型中，柴油機(jī)每完成一次工作循環(huán)，曲軸要做一次回轉(zhuǎn)，即360°曲軸轉(zhuǎn)角。每個(gè)工作循環(huán)中只有第三行程，即膨脹行程是做功的，其他三個(gè)行程都是為膨脹行程服務(wù)的。并且柴油機(jī)工作循環(huán)中的各個(gè)行程都需要外界供給能量。

喘振發(fā)生時(shí)，增壓器的壓力忽高忽低，流量忽大忽然小，并且伴有喘息聲和吼叫聲。喘振是增壓器特有的現(xiàn)象。當(dāng)增壓器發(fā)生喘振時(shí)，由于壓氣機(jī)進(jìn)氣端空氣阻塞，部分空氣與壓氣機(jī)葉片之間脫離、渦流、波動(dòng)而發(fā)出刺耳的吼叫聲。造成增壓器前的進(jìn)氣管道振動(dòng)、增壓器的轉(zhuǎn)子軸高頻的軸向顫動(dòng)，并使柴油機(jī)的工作狀態(tài)趨于不穩(wěn)定，增壓器與柴油機(jī)的工作壽命也由此受到影響。

從示功圖的角度進(jìn)行介紹與分析。該輪此時(shí)為1#氣缸出現(xiàn)故障，測(cè)量單缸的P-φ示功圖和P-V示功圖。得到1#氣缸最高爆發(fā)壓力偏低，排氣溫度也偏低。影響最高爆發(fā)壓力的因素有很多，比如噴油泵、噴油器的技術(shù)狀態(tài)，壓縮終點(diǎn)壓力的高低，供油量的大小，噴油定時(shí)的早晚等等。當(dāng)柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)良好，燃燒質(zhì)量符合要求，氣缸的氣密性良好，進(jìn)氣與排氣正常的情況下，若最高爆發(fā)壓力偏離了正常值，則基本可以從噴油定時(shí)和供油量上來(lái)考慮。該輪1#氣缸排氣溫度下降較多，而其他各個(gè)氣缸的排氣溫度上升，則顯然不符合正常的運(yùn)行規(guī)律，由此進(jìn)一步判斷為該柴油機(jī)的噴射系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題。該輪主機(jī)的燃油噴射系統(tǒng)的類型為柱塞泵式噴射系統(tǒng)，這種噴射系統(tǒng)是現(xiàn)代船用柴油機(jī)最基本的一種噴射系統(tǒng)。它以螺旋槽柱塞旋轉(zhuǎn)的方式調(diào)整供油量的機(jī)械式噴油泵為核心，其基本組成是高壓油泵、噴油器以及高壓油管。檢查高壓油管接頭，用手摸高壓油管接頭感覺(jué)其脈動(dòng)微弱，并且也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)漏油事件，那究竟是高壓油泵出現(xiàn)故障還是噴油器出現(xiàn)故障呢？

首先分析高壓油泵的可能性比較大，因?yàn)樵摬裼蜋C(jī)每個(gè)氣缸裝有兩個(gè)噴油器，即使一個(gè)壞掉了，另外一個(gè)還可以正常噴射，而且更換高壓油泵比噴油器要迅速。此時(shí)考慮到，當(dāng)時(shí)海況良好，經(jīng)過(guò)駕駛臺(tái)同意之后，決定飄航處理，更換備用油泵。停車后馬上換上新的柱塞偶件，試車后故障依舊，決定再拆卸噴油器。噴油器拆出后，試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)噴油器回油量很大且無(wú)法噴射。更換新的噴油器后，試車運(yùn)行正常，故障排除。

3 原因分析

MAN B&W 5L35MC型柴油機(jī)上所使用的是一種非冷卻多孔式噴油器，如圖1所示。這種噴油器的特點(diǎn)是可以使燃油系統(tǒng)中的燃油經(jīng)過(guò)噴油泵進(jìn)入噴油器，然后在噴油器本體內(nèi)循環(huán)冷卻，最后排放至混油桶。這種結(jié)構(gòu)不但省略了單獨(dú)的冷卻系統(tǒng)，而且這種燃油循環(huán)系統(tǒng)在柴油機(jī)備車的時(shí)候，可以對(duì)噴油器進(jìn)行預(yù)熱；在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間對(duì)噴油器冷卻并且兼有驅(qū)氣作用。然而，柴油機(jī)噴油器工作不良，會(huì)使噴射質(zhì)量變差，出現(xiàn)間隔性滴油、歪射以及油霧較粗或不均等現(xiàn)象。當(dāng)柴油機(jī)工作時(shí)，噴油嘴的噴射量、噴射點(diǎn)和燃油噴射霧化程度都在發(fā)生間隔性變化，從而引起柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定。

這種噴油器內(nèi)有兩個(gè)閥，上部是止回閥，由止回閥閥體8、止回閥10、止推座5和壓力彈簧6組成。下部是噴油針閥，由針閥閥體3、針閥4和止推座5組成。燃油從噴油器的頂部進(jìn)入。當(dāng)柴油機(jī)不噴射燃油的時(shí)候，燃油由電機(jī)輸油泵供給，此時(shí)由于燃油的壓力比較低，止回閥10關(guān)閉，即噴油器的止回閥封閉燃油下行的通道，在止推座5的下部有一個(gè)旁通孔開(kāi)啟，燃油流經(jīng)此旁通孔在噴油器體內(nèi)循環(huán)后排出。當(dāng)柴油機(jī)噴射燃油的時(shí)候，燃油由高壓油泵供給，油壓高于2MPa的時(shí)候，止回閥被油壓抬起，高壓的燃油首先使燃油回路中斷，然后高壓燃油進(jìn)入針閥的油腔內(nèi)，等到達(dá)到針閥的起閥壓力時(shí)，針閥開(kāi)啟進(jìn)行噴油，旁通孔關(guān)閉，燃油向下流通，進(jìn)入下部針閥的油腔內(nèi)。在該氣缸的噴油器噴油結(jié)束時(shí)，油壓下降，針閥落座。當(dāng)油壓低至某限定值時(shí)，止回閥10關(guān)閉，上述燃油循環(huán)回路重新接通，噴油器本體的燃油循環(huán)重新恢復(fù)。噴油器的起閥壓力由彈簧的預(yù)緊力和有關(guān)零件的尺寸預(yù)先決定，并且使用中不能進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果需要調(diào)節(jié)，則應(yīng)解體噴油器并換用專用的彈簧墊片。

為什么一只噴油器損壞會(huì)導(dǎo)致該氣缸的兩只噴油器都不噴油了呢？事后經(jīng)過(guò)對(duì)換下的噴油器解體發(fā)現(xiàn)，這個(gè)非冷卻多孔式噴油器上面的止回閥卡死在關(guān)閉的位置，所以導(dǎo)致該噴油器大量回油，使得高壓油泵供給的高壓燃油流經(jīng)止回閥下部的旁通孔，在噴油器體內(nèi)循環(huán)后直接回到油箱。由于閥件的過(guò)度磨損導(dǎo)致的變形或者由于燃油有雜質(zhì)，這使得上面的止回閥卡死在關(guān)閉的位置，所以說(shuō)當(dāng)需要噴油的時(shí)候，這個(gè)止回閥打不開(kāi)，燃油不能到達(dá)下面的針閥，針閥就達(dá)不到它的起閥壓力，針閥打不開(kāi)，所以不能夠噴油。至于另外一個(gè)噴油器也不能夠噴油，是因?yàn)榱硗庖粋€(gè)噴油器也達(dá)不到該噴油器針閥的起閥壓力，高壓燃油都通過(guò)止回閥卡死的噴油器回油了，壓力建立不起來(lái)了。針閥卡緊或者咬死的主要原因由：燃油含有機(jī)械雜質(zhì)、油溫突變、噴油器冷卻不良而過(guò)熱以及安裝不良等。

4 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

影響主機(jī)單杠不發(fā)火的故障因素有很多，我們要根據(jù)不同的現(xiàn)象采取相應(yīng)的措施。如果此類型主機(jī)再次碰到類似現(xiàn)象的話，首先應(yīng)該想到由于兩只噴油器共用一個(gè)高壓油泵，當(dāng)一只噴油器回油量過(guò)大的時(shí)候，高壓油泵泵出的高壓燃油部分漏掉了，油壓就建立不起來(lái)，就達(dá)不到噴油器的起閥壓力，所以兩只噴油器都不能夠噴油。先前沒(méi)有想到這一點(diǎn)，所以造成誤判。

針閥在針閥體中卡緊或者咬死的時(shí)候，針閥不能夠及時(shí)啟閉或者不能啟閉，此時(shí)該氣缸發(fā)火就不正常，甚至單缸熄火，轉(zhuǎn)速下降。如果針閥在關(guān)閉狀態(tài)咬死，將同時(shí)伴有噴射系統(tǒng)中油壓劇烈升高，高壓油管脈動(dòng)強(qiáng)烈，高壓油管接頭漏油或者破裂，噴油泵發(fā)熱并且伴有異常響聲；如果針閥在開(kāi)啟狀態(tài)咬死，將同時(shí)伴有高壓油管無(wú)脈動(dòng)，燃油未經(jīng)霧化噴入氣缸。在管理中可以通過(guò)上述的跡象，尤其通過(guò)高壓油管的脈動(dòng)狀態(tài)加以判斷。

此外，主管人員應(yīng)根據(jù)柴油機(jī)的運(yùn)行狀況，對(duì)噴油器必須堅(jiān)持進(jìn)行定期的預(yù)防和不定期的診斷性檢查。檢查中發(fā)現(xiàn)有不適之處，必須隨時(shí)加以維修和調(diào)節(jié)，以保證噴油器始終能夠提供良好的噴油質(zhì)量。并且，主機(jī)或者其他設(shè)備經(jīng)過(guò)拆裝后，一定要做好試驗(yàn)，不能武斷；只有熟悉設(shè)備工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，才能有的放矢，及時(shí)排除故障。平時(shí)我們還要保持控制空氣的清潔、干燥。在設(shè)備使用中經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生新的問(wèn)題、新的變化，切不可墨守成規(guī)，要正確分析問(wèn)題。

5 總結(jié)

船舶航行中難免出現(xiàn)故障，機(jī)艙的管理人員，平常應(yīng)注意閱讀有關(guān)的說(shuō)明書和其他資料，專人負(fù)責(zé)管理備件，認(rèn)真巡回檢查以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。發(fā)現(xiàn)故障時(shí)要鎮(zhèn)靜，惶恐不利于找出故障原因，也妨礙制定排除故障的措施，甚至因措施失誤而擴(kuò)大故障損失或釀成其他故障甚至事故，并且要注意協(xié)作，帶頭人應(yīng)充分聽(tīng)取大家的意見(jiàn)，盡量全方位考慮，為問(wèn)題的解決贏得時(shí)間，確保輪機(jī)部設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證船舶安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]主推進(jìn)動(dòng)力裝置，中國(guó)海事中心，大連海事大學(xué)出版社，2012

[2]MAN B&W 5L35MC柴油機(jī)說(shuō)明書

通訊作者：盛善智