船舶救生艇柴油機(jī)燃油系統(tǒng)進(jìn)氣故障及排除

裴正強(qiáng)，劉春玲，李 冬

(1.中國(guó)外運(yùn)長(zhǎng)航集團(tuán)有限公司，北京 100029;2.南陽工業(yè)學(xué)校，河南 南陽 473004；3.交通運(yùn)輸部北海保障中心 天津海事測(cè)繪中心，天津 300221)

2013年9月，某船在長(zhǎng)江中游宜昌磨盤港錨地錨泊時(shí)，船員釋放救生艇下水，當(dāng)救生艇入水行駛10余米后發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)。事后檢查，救生艇發(fā)動(dòng)機(jī)為柴油機(jī)，導(dǎo)致柴油機(jī)故障停機(jī)的原因，是大量空氣通過高壓油泵前端管路破損處，進(jìn)入了該救生艇柴油機(jī)燃油系統(tǒng)。

船舶救生艇發(fā)動(dòng)機(jī)一般使用柴油機(jī)，其燃油供給系統(tǒng)是根據(jù)柴油機(jī)各缸的工作順序，將高壓燃油定時(shí)定量地輸送到各缸噴油器，由各缸噴油器霧化、噴射進(jìn)入各缸燃燒室進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體，推動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞的往復(fù)推動(dòng)力又通過連桿機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)柴油機(jī)曲柄回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。管理不善情況下，柴油機(jī)燃油供給系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入大量空氣，導(dǎo)致船舶救生艇故障。本文通過介紹燃油系統(tǒng)進(jìn)入大量空氣造成柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)故障的現(xiàn)象，分析進(jìn)氣原因和消除方法，供同行參考。

1 故障現(xiàn)象

柴油機(jī)燃油系統(tǒng)進(jìn)入空氣會(huì)造成燃油流動(dòng)阻礙。少量空氣滲入噴油器會(huì)導(dǎo)致噴油量降低，柴油機(jī)功率下降；情況嚴(yán)重的可造成柴油機(jī)不能啟動(dòng)或停機(jī)故障。

柴油機(jī)在停機(jī)狀態(tài)下，如果燃油供給系統(tǒng)進(jìn)入大量空氣，會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)不能啟動(dòng)。按動(dòng)柴油機(jī)啟動(dòng)按鈕時(shí)，會(huì)發(fā)出疲軟的“突突”聲，停止按動(dòng)啟動(dòng)按鈕后，柴油機(jī)很快停止運(yùn)轉(zhuǎn)。如果進(jìn)入空氣量較少，啟動(dòng)時(shí)也發(fā)出疲軟的“突突”聲，能夠維持柴油機(jī)基本運(yùn)轉(zhuǎn)，但轉(zhuǎn)速比正常情況不穩(wěn)定。

柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)，如果燃油系統(tǒng)中進(jìn)入空氣，通常會(huì)發(fā)出“咔咔”的異響，曲柄在某一角度出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)波動(dòng)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定。如果空氣量很大，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)停機(jī)。上述船舶救生艇停機(jī)事故即屬于此類事故。如果空氣量少，會(huì)導(dǎo)致供油速率不穩(wěn)定，總?cè)紵┯土坎蛔悖裼蜋C(jī)功率下降，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定。

2 故障原因分析

柴油機(jī)運(yùn)行或停止過程中，因正常磨損或局部損壞會(huì)導(dǎo)致空氣進(jìn)入到燃油系統(tǒng)。根據(jù)流體力學(xué)原理，當(dāng)外部空氣壓力高于燃油管路內(nèi)部燃油壓力時(shí)，一旦管路內(nèi)部與外界相互連通，空氣就會(huì)進(jìn)入燃油系統(tǒng)。因此，外部空氣是大氣壓情況下，燃油管路內(nèi)只有出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)，空氣才會(huì)進(jìn)入燃油系統(tǒng)，否則燃油會(huì)泄漏出來而不是空氣進(jìn)入管路內(nèi)。根據(jù)柴油機(jī)運(yùn)行工況和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將燃油系統(tǒng)進(jìn)氣部位故障分為柴油機(jī)運(yùn)行和停止2種狀態(tài)進(jìn)行分析。

柴油機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，如果燃油箱內(nèi)燃油液面高度低于柴油機(jī)高壓油泵水平位置，高壓油泵吸入端和排出端管路燃油呈現(xiàn)回流油箱的趨勢(shì)，油管內(nèi)部大部分高于油箱內(nèi)燃油液面的部位處于負(fù)壓狀態(tài)。如果高壓油泵吸入端負(fù)壓部位的塑料油管老化變質(zhì)、變硬變脆而破損，或者濾器密封失效等，將會(huì)導(dǎo)致空氣進(jìn)入該段管路。柴油機(jī)高壓油泵輸出端的高壓油管或回油管接頭部位密封不嚴(yán)、噴油器老化損壞、高壓油泵柱塞套定位螺釘墊圈損壞或丟失、多缸高壓油泵的限壓閥失效、高壓油泵柱塞磨損嚴(yán)重、高壓油泵出油閥墊圈磨損或破裂、高壓油泵放氣螺栓墊片安裝不良密封失效等，也會(huì)導(dǎo)致空氣進(jìn)入燃油系統(tǒng)。如果油箱內(nèi)油位與高壓油泵處于同一水平面或高于高壓油泵位置，但低于噴油器，則位于燃油液面水平面以上的高壓油管內(nèi)是負(fù)壓狀態(tài)，高壓油泵吸入端管路是正壓狀態(tài)。空氣會(huì)通過損壞或密封不嚴(yán)的高壓油管或噴油器進(jìn)入燃油系統(tǒng)。如果油箱內(nèi)油位水平面高于噴油器，并且供油閥處于開啟位置，則燃油系統(tǒng)在停機(jī)狀態(tài)下都處于正壓狀態(tài)，燃油系統(tǒng)一般不會(huì)進(jìn)入空氣，燃油會(huì)通過破損部位或針閥套筒等配合偶件間隙處向外滲出。

柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)，油箱內(nèi)油位同樣會(huì)影響燃油系統(tǒng)進(jìn)氣問題。在運(yùn)行工況下，由于燃油是流動(dòng)的，輸油泵處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，噴油器的外部環(huán)境是高溫高壓燃?xì)猓@就使進(jìn)氣問題相對(duì)于停止?fàn)顟B(tài)新增多項(xiàng)影響因素。如果柴油機(jī)燃油濾器濾芯臟堵或燃油箱蓋通氣孔堵塞，不能從油箱內(nèi)吸出油，會(huì)導(dǎo)致高壓油泵吸入端的低壓燃油管路形成負(fù)壓狀態(tài)。負(fù)壓增加到一定程度，超出低壓管路各密封部位承受極限，很容易造成密封失效，使空氣進(jìn)入管系內(nèi)。在柴油機(jī)運(yùn)行過程中，燃油箱內(nèi)缺油，或者油箱內(nèi)油位很低，在船舶傾斜晃動(dòng)情況下，油管吸口會(huì)露出到燃油液面之上，吸口管路會(huì)直接吸入空氣到燃油系統(tǒng)內(nèi)。在柴油機(jī)運(yùn)行過程中，如果噴油器磨損老化、調(diào)壓彈簧彈力下降或者調(diào)整壓緊力不足、噴油器針閥與針閥體磨損或拉傷，或者針閥偶件卡死在開啟位置的情況下，會(huì)造成燃油系統(tǒng)通過噴油器損壞部位與外部空間連通。柴油機(jī)運(yùn)行過程中，汽缸內(nèi)的高壓空氣通過這些連通部位被擠壓倒灌進(jìn)入燃油系統(tǒng)，空氣將通過噴油器、高壓油管、出油閥進(jìn)入噴油泵。在其他部位密封嚴(yán)密情況下，高壓氣體從噴油器進(jìn)入后，如果回油管路回油端連接在燃油濾器前端位置，空氣會(huì)經(jīng)過回油管回流進(jìn)入燃油濾清器。如果柴油機(jī)其他缸繼續(xù)工作，柴油機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，則空氣會(huì)通過循環(huán)管路慢慢進(jìn)入高壓油泵，通過高壓油泵泵油作用，空氣進(jìn)入高壓油管路，并進(jìn)入噴油器。空氣量達(dá)到一定程度會(huì)影響到各缸燃燒做功能力，導(dǎo)致柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更加不穩(wěn)定或故障停機(jī)。

3 燃油系統(tǒng)內(nèi)空氣驅(qū)除方法

在停機(jī)狀態(tài)下，空氣通常是從燃油系統(tǒng)存在負(fù)壓的地方進(jìn)入的。船舶救生艇或救助艇的油箱位置通常會(huì)低于柴油機(jī)，在柴油機(jī)燃油系統(tǒng)其他部位密封正常情況下，噴油器針閥偶件、高壓油泵柱塞套筒偶件正常磨損會(huì)形成間隙。如果柴油機(jī)長(zhǎng)期停放不運(yùn)轉(zhuǎn)，少量空氣會(huì)通過這些間隙進(jìn)入燃油系統(tǒng)。要驅(qū)除這些空氣，需要手動(dòng)按壓手動(dòng)泵幾次，當(dāng)手動(dòng)泵到高壓油泵段的低壓油路壓力足夠高時(shí)，空氣被泵壓的燃油排擠至高壓油泵位置，燃油從溢流閥中流入燃油回油管路，油路中的氣體就會(huì)從溢流閥中排出。排除燃油系統(tǒng)內(nèi)部空氣后，柴油機(jī)就可以正常啟動(dòng)了。如果燃油系統(tǒng)異常損壞，進(jìn)入的空氣較多，需要用螺絲刀或扳手旋松高壓油泵兩側(cè)上端的排氣螺絲數(shù)圈，然后用手按壓手動(dòng)油泵。當(dāng)排出的燃油連續(xù)、通暢、無氣泡，并發(fā)出“吱吱”的聲音后，證明空氣已經(jīng)全部排放出去了?？諝馀欧沤Y(jié)束后，將放氣螺釘緊固，手動(dòng)油泵恢復(fù)原位。

4 故障檢查和防范

要判斷燃油系統(tǒng)漏氣具體位置，首先應(yīng)確定漏氣部位所在區(qū)域，然后再對(duì)該區(qū)域內(nèi)部件進(jìn)行逐項(xiàng)檢查。在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，高壓油泵和輸油泵運(yùn)轉(zhuǎn)，其吸入端管路容易產(chǎn)生負(fù)壓，相應(yīng)部位更容易密封損壞進(jìn)入空氣。因此，通常以高壓油泵為分界，將燃油系統(tǒng)分為高壓油泵前端區(qū)域和后端區(qū)域。如果正常運(yùn)行的柴油機(jī)突然因?yàn)榭諝膺M(jìn)入燃油系統(tǒng)而自動(dòng)熄火，要立即松開高壓油泵上的放氣螺栓，如果有氣體排出，并且排完氣體后，驅(qū)動(dòng)手動(dòng)泵時(shí)仍然有空氣排出，證明高壓油泵前端區(qū)域有進(jìn)氣部位，但不排除高壓油泵后端區(qū)域進(jìn)氣。這時(shí)要先檢查高壓油泵前端區(qū)域各部位的泄漏情況，按照燃油流動(dòng)路線順序，逐項(xiàng)排查燃油箱、輸油管、輸油泵、濾器、高壓油泵，確定各部件是否存在缺油、管路漏泄、輸油泵損壞、濾器堵塞等情況。發(fā)現(xiàn)異常，修復(fù)或更換部件。通過檢查，排除了高壓油泵前端區(qū)域存在損壞部件情況后，再檢查高壓油泵后端區(qū)域。如果停機(jī)后松開高壓油泵上的放氣螺栓，還需要旋松出油閥才能排出空氣；空氣排放完以后，驅(qū)動(dòng)手動(dòng)泵時(shí)沒有空氣排出，說明空氣是由高壓油泵排出端的管路系統(tǒng)進(jìn)入的。應(yīng)該首先檢查高壓油泵后端區(qū)域，從高壓泵開始仔細(xì)檢查到噴油器，看是否有破損漏氣，重點(diǎn)檢查噴油器功能，如果噴油器損壞，應(yīng)修復(fù)或更換損壞噴油器。

為保證柴油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)定期檢查柴油機(jī)燃油系統(tǒng)泄漏情況。長(zhǎng)期停放的柴油機(jī)要定期試車運(yùn)行，驅(qū)除高壓油泵等部件正常磨損形成間隙而滲入的空氣。柴油機(jī)的回油管路要盡可能連接入油箱，可以將意外進(jìn)入回油管路內(nèi)的空氣通過油箱釋放出去。要避免回油管路連接在燃油濾器前端，造成其中的空氣再進(jìn)入燃油供給系統(tǒng)。柴油機(jī)的油箱位置如果太低，其高壓油泵前端燃油管路負(fù)壓太高，更容易導(dǎo)致空氣進(jìn)入。油箱位置如果太高，燃油液面高度達(dá)到噴油器水平面之上，則燃油系統(tǒng)都處于正壓狀態(tài)，燃油存在外泄趨勢(shì)。在柴油機(jī)停機(jī)時(shí)，燃油管路密封不嚴(yán)的部位、高壓油泵磨損或損壞處、以及磨損或損壞的噴油器都會(huì)向外滲漏燃油。燃油在柴油機(jī)機(jī)體外泄漏，會(huì)造成燃油浪費(fèi)，污染環(huán)境，形成火災(zāi)危險(xiǎn)源。燃油在高壓油泵部位泄漏入機(jī)體內(nèi)部，也會(huì)造成浪費(fèi)，如果高壓油泵驅(qū)動(dòng)凸輪采用與曲柄箱連通的結(jié)構(gòu)，還會(huì)造成滑油污染，使系統(tǒng)潤(rùn)滑油黏度下降，潤(rùn)滑能力減弱。如果燃油通過噴油器泄漏入燃燒室，會(huì)通過活塞與缸套間隙進(jìn)入曲柄箱，不僅污染滑油，留存在燃燒室內(nèi)的燃油還會(huì)造成柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)燃燒粗暴、冒黑煙。所以，為防止燃油泄漏，油箱位置不宜太高，在高壓油泵水平面以下、落差較小的位置比較合理。船舶救生艇柴油機(jī)相對(duì)于油箱的位置，因?yàn)榫壬Т娣欧绞讲煌顒e較大。拋投式救生艇在船舶上傾斜存放時(shí)，柴油機(jī)處于油箱上部較高位置，需要更多關(guān)注柴油機(jī)燃油系統(tǒng)進(jìn)氣問題。

5 結(jié)束語

船舶救生艇柴油機(jī)燃油系統(tǒng)進(jìn)入空氣是常見故障，影響因素較多，通常會(huì)與燃油泄漏現(xiàn)象并存。在運(yùn)行管理過程中，只要正確實(shí)施驅(qū)氣操作，并確保柴油機(jī)燃油系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)規(guī)范、檢修合理，相關(guān)故障是可以防范和避免的。