船用柴油機(jī)故障診斷及處理技術(shù)分析

曹立江

摘要：船用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是船舶運(yùn)行的動(dòng)力中心，安全性能直接關(guān)系到運(yùn)輸過(guò)程的安全性，診斷船舶的機(jī)械故障是至關(guān)重要的。當(dāng)船用柴油機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行診斷，并應(yīng)用相關(guān)處理技術(shù)消除故障，確保船用柴油機(jī)的安全性和適用性。柴油機(jī)故障維護(hù)是船舶維護(hù)的重要組成部分，它決定著柴油機(jī)的使用壽命。通過(guò)總結(jié)船用柴油機(jī)的常見(jiàn)故障，分析故障原因并提出解決方法。

關(guān)鍵詞：船用柴油機(jī);機(jī)械故障診斷;處理

0? 引言

現(xiàn)階段我國(guó)的船舶所使用的發(fā)動(dòng)機(jī)多數(shù)都是柴油發(fā)電機(jī)，因此，柴油機(jī)的工作可靠性就成為了船舶是否可以長(zhǎng)時(shí)間工作的主要條件。但是，柴油機(jī)在工作一段時(shí)間后，通常會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，如果對(duì)其放任不管，將會(huì)縮短柴油機(jī)的使用壽命。柴油機(jī)最常見(jiàn)的故障包括排氣溫度過(guò)高、汽缸套氣蝕、滑動(dòng)軸承故障，主機(jī)安全閥故障以及主機(jī)“汽缸拉動(dòng)”現(xiàn)象。

1? 柴油機(jī)的故障診斷分類以及處理技術(shù)

1.1 船舶柴油機(jī)排煙溫度過(guò)高

當(dāng)使用老舊船舶時(shí)，由于從主機(jī)排出的廢氣溫度有時(shí)異常高，因此有必要檢測(cè)是來(lái)自所有氣缸的廢氣溫度還是來(lái)自各個(gè)氣缸的廢氣溫度，分析原因并根據(jù)測(cè)試結(jié)果采取不同的措施。如果在所有氣缸上都發(fā)生此故障，則可能是因?yàn)闇u輪機(jī)的前格柵和渦輪機(jī)葉輪太臟、渦輪機(jī)噴嘴堵塞、進(jìn)氣口不暢通、廢氣鍋爐堵塞并且排氣不良。如果各個(gè)氣缸的排氣溫度過(guò)高，則可能是由于氣缸的排氣閥損壞導(dǎo)致空氣泄漏、活塞密封有問(wèn)題、空氣口堵塞吸氣不暢[1]。

排查出導(dǎo)致廢氣溫度過(guò)高的原因，就可以采取針對(duì)性的措施解決該問(wèn)題。對(duì)于排氣堵塞的問(wèn)題，有必要清除機(jī)器的灰塵。對(duì)于堵塞渦輪噴嘴的問(wèn)題，必須首先卸下渦輪并進(jìn)行清潔。如有必要，可以更換籠中的葉輪和渦輪噴嘴。對(duì)于氣缸閥和活塞密封件泄漏，必須及時(shí)修復(fù)原因。

1.2 柴油機(jī)氣缸套穴蝕問(wèn)題

當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，汽缸套氣蝕嚴(yán)重影響柴油機(jī)的運(yùn)行性能和使用壽命。形成汽缸套氣穴的原因非常復(fù)雜，當(dāng)柴油機(jī)采用開(kāi)放式冷卻時(shí)，冷水溫度較低，并且在高速運(yùn)行時(shí)機(jī)器加熱不均勻，從而導(dǎo)致缸套和活塞之間的裝配間距不均勻，由于缸套中的力不均勻，導(dǎo)致出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象。另外，用于冷卻的冷水中含有許多雜質(zhì)以及復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)，由于這些物質(zhì)的原因?qū)е掠糜诶鋮s的冷水具備了一定程度的腐蝕性，而導(dǎo)致柴油機(jī)出現(xiàn)氣缸穴蝕的原因之一便是冷卻水具有腐蝕性。另外，由于曲柄連機(jī)構(gòu)會(huì)帶動(dòng)活塞進(jìn)行往復(fù)活動(dòng)，在進(jìn)行往復(fù)活動(dòng)的過(guò)程中，活塞會(huì)對(duì)氣缸造成沖擊力，引起氣缸發(fā)生共振。當(dāng)氣缸與活塞產(chǎn)生共振時(shí)，氣缸內(nèi)壁的金屬材料會(huì)因?yàn)榛钊麤_擊力的作用下發(fā)生形變。長(zhǎng)時(shí)間的沖擊會(huì)導(dǎo)致氣缸內(nèi)壁上的金屬材料脫離，從而導(dǎo)致形成穴蝕[2]。

解決方法：①封閉式冷卻方法可以使冷水溫度保持相對(duì)恒定，確保機(jī)械零件的適當(dāng)熱膨脹系數(shù)，并減少空化的發(fā)生。但是，封閉式冷卻的成本比開(kāi)放式冷卻的成本高得多，并且設(shè)備更為復(fù)雜。②在冷卻液中添加乳化油等腐蝕抑制劑。抗蝕劑在氣缸套的表面上形成保護(hù)膜，盡管該保護(hù)膜的厚度很薄，但可以減少氣缸表面的消極影響。③合理地調(diào)節(jié)柴油機(jī)供油提前角，并使每個(gè)氣缸的燃油噴射量保持恒定，以使柴油機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行、減少振動(dòng)、減少汽蝕現(xiàn)象。④使用結(jié)構(gòu)致密，結(jié)構(gòu)均勻，石墨形狀良好且含有Gr、Mo等元素的缸套材料。這些材料具有很高的機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性和耐化學(xué)性，可以有效地提高氣缸套的抗氣蝕能力。⑤盡量降低氣缸套外壁的表面粗糙度，以減少積聚在氣缸壁凹部和薄部中的蒸氣芯的數(shù)量，并減慢氣蝕過(guò)程。⑥改進(jìn)冷卻液腔的設(shè)計(jì)。當(dāng)冷卻劑流經(jīng)精心設(shè)計(jì)的冷卻劑腔時(shí)，流速和壓力變化緩慢，通常不會(huì)突然變化，腔體的水流速度不超過(guò)2m/s，速度相對(duì)均勻，不應(yīng)有大的波動(dòng)，以免形成旋流區(qū)。

1.3 柴油機(jī)滑動(dòng)軸承的故障問(wèn)題

滑動(dòng)軸承是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，但船用一級(jí)和二級(jí)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的軸承損壞卻很常見(jiàn)?；瑒?dòng)軸承承受交變載荷，其中軸承油膜分布不均勻。柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸承承受很大的力，內(nèi)圈和外圈之間的相對(duì)速度很高。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)并在使用時(shí)加速會(huì)使軸承力改變頻率太大;天氣不好，潮濕的空氣會(huì)使?jié)櫥妥冑|(zhì)。這些復(fù)雜因素會(huì)導(dǎo)致軸承損壞并縮短使用壽命[3]。

軸承的常見(jiàn)損壞包括：①拉毛和劃痕。如果硬顆粒意外地混入潤(rùn)滑劑中，當(dāng)軸承的內(nèi)圈和外圈相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，這些硬顆粒會(huì)在軸承殼表面形成凹槽。②過(guò)度磨損。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)、長(zhǎng)時(shí)間的超負(fù)荷工作、粗糙的軸承表面帶有雜質(zhì)的潤(rùn)滑劑等等。③局部磨損。當(dāng)軸承之間的同軸度不符合要求時(shí)，就會(huì)發(fā)生偏心磨損，從而導(dǎo)致局部壓力集中。局部磨損通常發(fā)生在軸承襯套的中間或側(cè)面。④龜裂或疲勞剝落。軸承襯套表面上會(huì)出現(xiàn)微裂紋和剝離。如果軸承材料的疲勞強(qiáng)度不符合要求，或者對(duì)軸承施加了過(guò)大的力，則軸承會(huì)在高溫下運(yùn)行，從而導(dǎo)致不均勻的力和局部應(yīng)力集中在軸承表面上。局部壓力過(guò)大會(huì)導(dǎo)致合金層出現(xiàn)疲勞裂紋。疲勞裂紋發(fā)展到深處，在接縫表面附近橫向擴(kuò)展，彼此連接，剝落合金層。⑤軸瓦燒熔。燒熔會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞軸承。軸承熔化的原因有很多，例如潤(rùn)滑劑分布不均，油膜損壞以及軸頸的表面光潔度不足。這種基本缺陷會(huì)導(dǎo)致軸和襯套之間直接接觸，從而引起干摩擦，并且摩擦?xí)a(chǎn)生熱量，使合金熔化。

解決措施：如果軸承的損壞在可維修范圍內(nèi)，則有許多維修軸承的方法，可以避免浪費(fèi)。常見(jiàn)的方法包括部分維修、焊接維修、重新填充軸承襯套和噴涂。如果軸承襯套的劃痕、剝落、小面積脫殼和腐蝕較小，則可以進(jìn)行局部維修和刮擦。增加日常維護(hù)工作可以減少軸承損壞?？梢詮囊韵聨讉€(gè)方面采取預(yù)防措施：選擇合適的潤(rùn)滑劑、確保潤(rùn)滑劑供應(yīng)狀況良好、加強(qiáng)機(jī)油濾清器的維護(hù)、加強(qiáng)導(dǎo)航行值班的管理，減少柴油機(jī)的頻繁起停，并定期檢查和調(diào)整軸承間距。

1.4 主機(jī)安全閥故障

當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的壓力超過(guò)安全閥的臨界壓力時(shí)，安全閥會(huì)跳動(dòng)。通常，有三個(gè)主要原因。當(dāng)柴油機(jī)的工作負(fù)荷超過(guò)額定負(fù)荷并且工作條件發(fā)生變化時(shí)，氣缸爆炸壓力急劇上升，安全閥跳動(dòng)、安全閥的質(zhì)量不合格、注射器的質(zhì)量不合格[4]。

1.5 主機(jī)“拉缸”現(xiàn)象

當(dāng)發(fā)生“汽缸拉動(dòng)”現(xiàn)象時(shí)，主機(jī)的聲音變鈍并且產(chǎn)生“達(dá)達(dá)達(dá)達(dá)”的異常聲音?！袄瓌?dòng)氣缸”的主要原因是活塞材料的熱處理不佳，日常使用和維護(hù)不當(dāng)。

處理方法：如果氣缸套異常磨損且劃傷嚴(yán)重，則說(shuō)明氣缸潤(rùn)滑油系統(tǒng)不干凈，需要清洗。如果刮擦活塞裙部，則必須重新設(shè)計(jì)活塞的結(jié)構(gòu)或適當(dāng)?shù)厍懈顨飧撞糠只蚴歉鼡Q合適的活塞。

2? 柴油機(jī)機(jī)械故障診斷方法

2.1 熱力參數(shù)分析法

熱參數(shù)分析的方法主要是根據(jù)柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)的熱參數(shù)來(lái)診斷柴油機(jī)的工作狀態(tài)。該方法豐富的指示器圖可以使工作人員更方便的計(jì)算顯示的功率，以確保燃燒質(zhì)量和氣缸平衡。基于準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，顯示圖對(duì)于監(jiān)視運(yùn)行期間的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)非常重要，并且經(jīng)常用于對(duì)實(shí)際工作進(jìn)行全面監(jiān)視的過(guò)程中。而指示器圖有直接錄取與間接錄取兩種方法：直接錄取方法主要是當(dāng)曲轉(zhuǎn)角發(fā)生變化時(shí)，直接通過(guò)指示器來(lái)錄取氣缸壓力。而間接錄取方法，是指通過(guò)在柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)通過(guò)測(cè)量不同的物理量的變化來(lái)錄取氣缸壓力。實(shí)際上，間接方法在某種意義上更為適用，因?yàn)樗挥绊懖裼蜋C(jī)的運(yùn)行過(guò)程?，F(xiàn)在通常通過(guò)獲取氣缸蓋螺栓應(yīng)變以獲得氣缸氣壓來(lái)間接測(cè)量和記錄功率圖。換句話說(shuō)，它通過(guò)汽缸蓋振動(dòng)信號(hào)來(lái)分析汽缸氣壓。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以更全面地了解柴油機(jī)的各種缺陷，但是缺點(diǎn)是上止點(diǎn)不很清楚，并且對(duì)壓力傳感器的安裝和通道效應(yīng)的要求也更高[5]。

2.2 振動(dòng)分析法

振動(dòng)方法主要是在船用柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)使用振動(dòng)，并測(cè)試振動(dòng)信號(hào)，分析和處理數(shù)據(jù)以及診斷內(nèi)部零件的狀況。振動(dòng)方法具備可以在線診斷的優(yōu)點(diǎn)。而在利用振動(dòng)分析法進(jìn)行診斷時(shí)，也會(huì)存在以下幾點(diǎn)內(nèi)容：第一，確定大量的寬頻率激勵(lì)力。第二，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)具有許多運(yùn)動(dòng)部件，并且在操作過(guò)程中難以接近機(jī)身。第三，因?yàn)椴裼桶l(fā)動(dòng)機(jī)的零件不同，所以每個(gè)零件都被激發(fā)。由于傳輸路徑和表面振動(dòng)的不同貢獻(xiàn)，很難識(shí)別。第四，在運(yùn)動(dòng)部件受到不同程度的機(jī)械損壞的情況下，可以檢測(cè)到激振力如何變化的表面振動(dòng)信號(hào)。第五，相鄰圓柱和該圓柱的運(yùn)動(dòng)部件之間相互干擾的差異。第六，測(cè)量點(diǎn)的判斷和選擇[6]。

2.3 瞬時(shí)轉(zhuǎn)速法

由于可以通過(guò)柴油機(jī)曲軸的瞬時(shí)速度波動(dòng)信號(hào)來(lái)表示柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量和運(yùn)行狀態(tài)，因此可以利用瞬時(shí)速度波動(dòng)信號(hào)來(lái)獲得駕駛狀態(tài)和相關(guān)的故障信息。但是，該方法也有一些缺點(diǎn)。例如，可以判斷由于瞬時(shí)速度波動(dòng)而引起的氣缸位置異常，但是無(wú)法確定原因。這是因?yàn)樾枰呔鹊母哳l速度測(cè)量裝置來(lái)捕獲內(nèi)部旋轉(zhuǎn)角度的變化。

2.4 油液分析法

在機(jī)械故障的情況下，潤(rùn)滑劑中包含的鐵元素可以確定金屬零件的磨損，因此可以使用潤(rùn)滑劑的鐵譜儀和頻譜分析方法來(lái)監(jiān)控柴油機(jī)的運(yùn)行狀況。每對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中都有不同程度的磨損，但是由于磨損形式不同，磨損顆粒也不同。這些顆粒存在于潤(rùn)滑劑中，并且金屬可以通過(guò)鐵光學(xué)和光譜法鑒定[7]。實(shí)際上，不可能依靠單獨(dú)的鐵譜和光譜學(xué)來(lái)實(shí)際檢測(cè)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，但是它們各有千秋。光譜可以準(zhǔn)確地獲得磨損成分的含量，但是形狀不能被理解，而鐵譜可以清楚地理解顆粒的形狀。但是，無(wú)法判斷有色金屬及其分辨率不如光譜高。僅在同時(shí)使用鐵磁和光譜學(xué)時(shí)才能實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)的檢測(cè)效果。當(dāng)然，機(jī)油分析方法的使用也有一定的局限性，主要是因?yàn)椴豢赡苷业讲?zhǔn)確地掌握有缺陷的氣缸的位置，也無(wú)法進(jìn)行監(jiān)視，同時(shí)機(jī)油分析結(jié)果只能進(jìn)行定性分析并且具有很高的隨機(jī)性。上面提到的診斷柴油機(jī)機(jī)械故障的所有四種方法都有一定程度的缺陷，任何方法的實(shí)施都有局限性，否則可能只有一種方法，但這并不妨礙我們使用這些方法。執(zhí)行機(jī)械診斷并處理故障。

上面提到的診斷柴油機(jī)機(jī)械故障的所有四種方法都有一定程度的缺陷，任何方法的實(shí)施都有局限性，否則可能只有一種方法，但這并不妨礙我們使用這些方法。執(zhí)行機(jī)械診斷并處理故障。

3? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在對(duì)船舶進(jìn)行維修時(shí)最為主要的便是柴油機(jī)故障檢修，柴油機(jī)是否可以正常使用直接決定了船舶的使用安全。因此對(duì)于柴油機(jī)檢修而言，有必要對(duì)其進(jìn)行研究?；诖?，本文在總結(jié)了我國(guó)船用柴油機(jī)中最為常見(jiàn)的幾種故障，分析故障原因，并給出相應(yīng)的處理方法，希望可以為我國(guó)的船用柴油機(jī)故障檢修方面起到有利參考。

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