某型艇主機及齒輪箱高溫報警故障原因及排除

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摘? ? 要：本文主要介紹了某型海關緝私艇交付使用一段時間后，出現(xiàn)推進柴油機冷卻水溫度高、齒輪箱滑油溫度高及壓力低等異?，F(xiàn)象。針對該艇上述異?，F(xiàn)象，從設計、施工等環(huán)節(jié)可能存在的問題進行排查及現(xiàn)場勘驗，提出了解決方案。經(jīng)實船使用驗證，上述問題得到了較好解決。

關鍵詞：柴油機;齒輪箱;濾器;熱交換器

中圖分類號：U664.121 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Causes and Troubleshooting of High Temperature Alarm in Main Engine and Gearbox of Boat

LU Hankun1， LIU Kanle2， MAO Fukao1， ZHANG Zhoulei1

（ 1.Guangzhou Marine Engineering Corporation，? Guangzhou 510250;? 2. China Classification Society，? Xi'an 710065 ）

Abstract： This paper mainly introduces the abnormal phenomena of high cooling water temperature of propulsion diesel engine， high gearbox lubricating oil temperature and low gearbox lubricating oil pressure after a certain type of customs boat has been delivered and put into use for a period of time. Aiming at the abnormal phenomena， the design drawings and on-site inspection are investigated， and the solutions are put forward on the basis of the investigation.? ?The application of the solutions in actual ships proves that the problem has been solved well.

Key words： Diesel engine; Gearbox; Strainer; Heat exchanger

1? ? 概述

該型海關緝私艇為批量建造船舶，動力系統(tǒng)按照中國船級社《海關緝私艦艇檢驗指南》（2013）近海航區(qū)的要求設計，并經(jīng)CCS審圖批準。本型艇設有前、后兩個機艙，每個機艙設2臺CAT3516C型高速柴油機和2臺ZF7650型可逆轉(zhuǎn)減速齒輪箱。

該型艇于2015年至2017年底全部交付使用。該型艇建造完成后嚴格按照海船系泊及航行試驗通則及本艇設備性能等要求進行了系泊及航行試驗檢驗，試驗中主機動力裝置運轉(zhuǎn)良好，各項參數(shù)均在正常范圍內(nèi)。

2? ? 存在故障現(xiàn)象

自2017年后，陸續(xù)接到部分用艇單位反饋：推進柴油機淡水溫度較高，出現(xiàn)報警現(xiàn)象;減速齒輪箱滑油溫度高、接排壓力低，出現(xiàn)無法接排現(xiàn)象。

2.1? ?柴油機冷卻水溫度異常

（1）柴油機淡水溫度達90 ℃以上，個別達到95 ℃，出現(xiàn)高溫報警現(xiàn)象;

（2）機帶海水泵在柴油機轉(zhuǎn)速1 500 r/min時，進口壓力達到-0.03 MPa。經(jīng)與柴油機使用說明書對照：柴油機海水泵進口壓力不大于-0.025 MPa，不滿足該要求;

（3）主機轉(zhuǎn)速1 650 r/min時，熱交換器進、出口溫差大于50 ℃。經(jīng)與柴油機使用說明書對照：柴油機熱交換器溫差不大于20 ℃，不滿足該要求。

2.2? ? 齒輪箱滑油溫度異常

（1）齒輪箱滑油溫度高，部分齒輪箱油壓過低（齒輪箱油壓2.4 bar，低于齒輪箱操作說明書要求的4 bar），無法接排;

（2）減速齒輪箱潤滑油消耗較快，熱交換器出水口有油污。

3? ? 故障原因分析

3.1? ?推進柴油機冷卻水溫度異常的原因分析

（1）柴油機淡水不足，淡水與外界海水熱交換少，不能充分換熱，淡水溫度上升較快。淡水不足可能是機體密封性下降、淡水滲漏或淡水使用較長時間消耗較多;

（2）海水泵葉輪損壞，引起海水泵流量不足，導致海水與淡水的換熱量減小，造成冷卻淡水溫度升高;

（3）熱交換器臟污或堵塞，海水與柴油機冷卻水熱交換效果差，從而引起冷卻淡水溫度升高;

（4）冷卻水系統(tǒng)設計未滿足柴油機使用要求，導致海水供水不足，引起柴油機冷卻水溫度升高。

3.2? ?齒輪箱滑油溫度異常的原因分析

（1）齒輪副嚙合不良，產(chǎn)生擠壓和摩擦，其發(fā)熱量較正常狀態(tài)大很多，造成滑油溫度異常升高;

（2）工作油壓偏低，造成離合器摩擦片打滑而產(chǎn)生大量的熱，從而造成滑油溫度升高;

（3）熱交換器臟污或堵塞，海水與齒輪箱滑油熱交換效果差，從而引起滑油溫度升高;

（4）冷卻水系統(tǒng)設計未滿足齒輪箱使用要求，引起齒輪箱冷卻水溫度升高;

（5）熱交換器損壞，滑油通過熱交換器滲出。

4? ? 故障排查

根據(jù)故障原因分析，首先對設計圖紙與設備使用說明書進行了對照，并現(xiàn)場檢查了柴油機海水泵、冷卻水系統(tǒng)相關的管路及附件、柴油機及齒輪箱熱交換器，排查情況如下：

4.1? ?冷卻水系統(tǒng)設計

本艇型柴油機采用閉式冷卻，即柴油機的冷卻海水由主機自帶的海水泵由海水總管抽取，分別流經(jīng)主機燃油熱交換器、齒輪箱滑油熱交換器和高溫水/低溫水板式熱交換器，分別對主機回油、齒輪箱滑油及主機高溫淡水和低溫淡水進行冷卻，之后排出舷外。經(jīng)核對系統(tǒng)圖紙的設計，滿足柴油機及齒輪箱冷卻系統(tǒng)原理圖的要求，可以排除因圖紙設計導致柴油機及齒輪箱溫度高。

4.2? ?柴油機淡水不足

經(jīng)現(xiàn)場查看及詢問相關人員，柴油機未發(fā)現(xiàn)冷卻水泄露，使用時冷卻水量滿足最低液位要求，因此可排除柴油機冷卻淡水不足引起溫度高的問題。此外，經(jīng)柴油機廠家拆解淡水泵：水泵葉輪形態(tài)完好、無明顯腐蝕現(xiàn)象;葉輪轉(zhuǎn)動靈活、無卡滯現(xiàn)象;驅(qū)動水泵的齒輪良好，無明顯磨損等異?，F(xiàn)象。因此可排除淡水泵損壞導致淡水流量不足引起柴油機淡水溫度高。

4.3? 柴油機海水泵

經(jīng)檢查柴油機海水泵運行情況：柴油機運轉(zhuǎn)時海水泵并無明顯振動、漏水等異常情況;經(jīng)柴油機廠家拆檢觀察：水泵葉輪形態(tài)完好、無明顯腐蝕現(xiàn)象;葉輪轉(zhuǎn)動靈活、無卡滯現(xiàn)象;驅(qū)動水泵的齒輪良好，無明顯磨損等異常現(xiàn)象。因此可排除因海水泵故障導致柴油機冷卻淡水及齒輪箱滑油溫度高。

4.4? ?冷卻水管路

經(jīng)核對冷卻水系統(tǒng)圖紙與現(xiàn)場實際管路布置，發(fā)現(xiàn)齒輪箱排舷外管路缺少截流孔板。截流孔板為首船試驗時通過驗證，在滿足齒輪箱冷卻水量要求后將截流孔板開度鎖定，后續(xù)船按首制船設置。沒有安裝截流孔板會導致齒輪箱冷卻水量較設計值明顯偏大，經(jīng)過滑油熱交換器的流速過高而導致滑油熱交換器快速腐蝕，引起熱交換器的腐蝕穿孔，產(chǎn)生油水混合現(xiàn)象。

4.5? ?熱交換器及海水濾器

現(xiàn)場對齒輪箱滑油熱交換器、柴油機熱交換器、海水濾器等進行拆檢發(fā)現(xiàn)：海水濾網(wǎng)過濾后一側(cè)生銹明顯，未過濾一側(cè)堵塞嚴重（見圖1）;齒輪滑油熱交換器有較多雜質(zhì)，多數(shù)進水孔堵塞嚴重（見圖2）;柴油機熱交換器海水進口側(cè)有較多雜質(zhì)、堵塞嚴重（見圖3）。熱交換器及海水濾器堵塞嚴重會造成冷卻海水量不足，從而導致主機冷卻水及齒輪箱滑油溫度偏高。

經(jīng)進一步排查發(fā)現(xiàn)：海水濾器濾網(wǎng)與濾器頂蓋之間有一定間隙（見圖4），導致雜質(zhì)大量從間隙流入冷卻系統(tǒng)，進而堵塞熱交換器。

4.6? ?齒輪箱熱交換器

對齒輪箱進行清潔后，重新加入潤滑油并進行循環(huán)清洗。再次啟動主機，油壓已經(jīng)恢復正常。但在運行過程中，發(fā)現(xiàn)仍有潤滑油從熱交換器流出，證明熱交換器已經(jīng)破損。

4.7? ?其它

現(xiàn)場勘察時，設備廠家發(fā)現(xiàn)部分齒輪箱進水管（與熱交換器連接法蘭端）未安裝接地線，有的安裝接地線時未徹底清潔接觸面的油漆。設置接地線可將熱交換器與船體連接在一起，以減少熱交換器發(fā)生電化學腐蝕。

從以上故障排查可知：熱交換器堵塞是導致柴油機冷卻水溫度、齒輪箱滑油溫度高的直接原因;熱交換器堵塞是由于海水濾器濾網(wǎng)與濾器頂蓋間隙過大，雜質(zhì)從間隙流到總管所致;齒輪箱濾器損壞是由于冷卻水流速超過防腐要求值，且未安裝接地線或接地線接觸不良。在多種因素作用下，導致熱交換器腐蝕穿孔，引起齒輪箱滑油滲漏，工作壓力不足。

5? ? ?整改措施及效果

5.1? ?更換齒輪箱熱交換器

更換損壞的熱交換器，重新加油并啟動主機運行。合排前、后壓力分別為4.0bar和19.0bar，滿足齒輪箱使用要求，熱交換器亦未再出現(xiàn)潤滑油滲出現(xiàn)象（見圖5）。

5.2? ?改進海水濾器結構型式

為解決濾網(wǎng)腐蝕問題，將濾網(wǎng)材質(zhì)由普通304不銹鋼改為耐海水腐蝕的雙向不銹鋼;為解決濾網(wǎng)與濾器頂部存在的間隙，其結構型式由開放式濾網(wǎng)改為易檢修保養(yǎng)的提籃桶式濾網(wǎng)，濾網(wǎng)頂部為封閉式（見圖6）。采取以上兩種措施，可較好地解決濾器腐蝕以及濾網(wǎng)與濾器本體間隙過大導致雜質(zhì)進入海水系統(tǒng)等問題。

5.3? ?增加節(jié)流孔板

按照圖紙要求，在齒輪箱冷卻水排舷外地方增加節(jié)流孔板，孔板的開度根據(jù)齒輪箱卻冷水流量進行了估算，確定了節(jié)流孔板開度的大小。根據(jù)試驗測試，節(jié)流孔板開度大小滿足齒輪箱冷卻水流量要求。

5.4? ?增加接地線

按設備資料要求，在齒輪箱進水管安裝接地線。安裝前將法蘭螺孔附近油漆打磨干凈，保證接地線與進水管接觸良好，安裝完后再局部補漆。

5.5? ?清洗熱交換器及管路

按設備說明書要求，對柴油機熱交換器拆解清洗，無異物后重新安裝;對冷卻水管路拆檢清洗完畢后回裝。

5.6? ?編制艇員級保養(yǎng)

按照齒輪箱調(diào)試保養(yǎng)規(guī)定：每3個月或齒輪箱使用間隔300個小時拆檢熱交換器水管，清理熱交換器異物;出航前檢查海水總管濾器，對濾網(wǎng)進行清洗。

上述整改措施在該型艇實施后，經(jīng)系泊、航行試驗和近2年的使用，未再出現(xiàn)柴油機冷卻水溫高、齒輪箱滑油溫度高、壓力低等異?，F(xiàn)象，整改措施有效。

6? ? 結束語

該型艇柴油機冷卻水及齒輪箱滑油溫度高主要是熱交換器被雜質(zhì)堵塞導致。根據(jù)冷卻系統(tǒng)的工作特點，柴油機冷卻一般可分為開式冷卻管路和閉式冷卻管路，該型艇采用了開式冷卻形式。開式冷卻是通過柴油機海水泵吸取舷外水直接對主、輔機進行冷卻。開式冷卻管路設備少、管路簡單、維護方便、水源豐富。但開式冷卻也存在明顯不足：一是冷卻水質(zhì)差時，各種雜質(zhì)會進入冷卻水系統(tǒng)，造成濾網(wǎng)堵塞，導致冷卻效果不佳;二是舷外海水腐蝕性較強，容易造成熱交換器及冷卻水管路腐蝕。

閉式冷卻是柴油機水泵吸入淡水對柴油機進行冷卻，舷外水冷卻淡水帶走其熱量。閉式冷卻因設備不直接與舷外海水接觸，不存在熱交換器被雜質(zhì)堵塞，管路及熱交換器也不易腐蝕。但這種冷卻方式設備及管路相對較多。兩種冷卻方式的選取，應該根據(jù)外界環(huán)境條件及船舶大小、功能等綜合考慮。

此外，該型艇在建造時還有個別細節(jié)沒注意到，如：未設置齒輪箱冷卻水節(jié)流孔版、接地線未按要求連接等導致熱交換器異常腐蝕損壞。

本文簡要介紹了某型海關緝私艇在交付使用后發(fā)生的典型問題，一些具有共性特點，一些具有個性特點，希望能為相關人員提供幫助，防止類似問題再次發(fā)生。

參考文獻

[1] 中國船舶工業(yè)總公司. 船舶設計實用手冊-輪機分冊[M]. 北京：國防

工業(yè)出版社，2002.

[2] 朱樹文.船舶動力裝置原理與設計[M].北京：國防工業(yè)出版社，1980.