內(nèi)河柴油機(jī)常見(jiàn)故障的判斷分析和排除

徐小國(guó)

（江蘇省無(wú)錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校， 江蘇 無(wú)錫 214151）

引言

船用柴油機(jī)的工作狀態(tài)對(duì)內(nèi)河船舶的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的影響作用，為保障柴油機(jī)能夠處于最佳運(yùn)行工作狀態(tài)，船舶輪機(jī)管理員必須了解、掌握柴油機(jī)能夠正常運(yùn)行的工作原理、常見(jiàn)故障以及故障診斷排除方法，在日常工作中做好故障防范措施，盡可能降低柴油機(jī)故障對(duì)于內(nèi)河船舶的影響。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與科技水平不斷進(jìn)步提高，現(xiàn)代化理念與先進(jìn)技術(shù)逐漸應(yīng)用在柴油機(jī)故障診斷維修工作中，如聽(tīng)診法、綜合法、觀察法等。信息技術(shù)的有效應(yīng)用極大程度提高了柴油機(jī)故障檢修效率與質(zhì)量，已經(jīng)成為船舶行業(yè)未來(lái)重要的發(fā)展研究?jī)?nèi)容。

1 內(nèi)河柴油機(jī)的基本組成

1.1 曲柄連桿系統(tǒng)與機(jī)體部件

基礎(chǔ)零部件與動(dòng)力結(jié)構(gòu)是組成內(nèi)河船舶柴油機(jī)的基礎(chǔ)元素，其中柴油機(jī)機(jī)體組件是內(nèi)河船舶柴油機(jī)的估價(jià)系統(tǒng)，是柴油機(jī)能夠在船舶運(yùn)轉(zhuǎn)工作的基礎(chǔ)。柴油機(jī)機(jī)體組件主要有多種零部件結(jié)構(gòu)組合而成，如氣缸體與氣缸蓋等部件結(jié)構(gòu)，各零部件共同組成柴油機(jī)系統(tǒng)，都具有十分重要的作用。曲柄連桿系統(tǒng)在內(nèi)河船舶柴油機(jī)系統(tǒng)起到連接紐帶的作用，是連接柴油機(jī)系統(tǒng)與船舶其他系統(tǒng)的主要部件。曲柄連桿的主要作用是將活塞部件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲桿軸裝置的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此可以說(shuō)，曲柄連桿的穩(wěn)定性與安全性，直接影響到整個(gè)船舶運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。曲柄連桿主要由曲軸飛輪組件、連桿組件以及活塞組件等共同構(gòu)成。

1.2 潤(rùn)滑、啟動(dòng)與冷卻系統(tǒng)

潤(rùn)滑系統(tǒng)是內(nèi)河船舶柴油機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，其主要作用是將潤(rùn)滑油在一定壓力的作用下輸送到柴油機(jī)各零部件結(jié)構(gòu)連接處，以減少柴油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的摩擦阻力，降低各部件由于摩擦力造成的結(jié)構(gòu)損耗程度，確保柴油機(jī)各部件具有充足的動(dòng)力輸出能力，以此保證柴油機(jī)系統(tǒng)能夠高效穩(wěn)定運(yùn)行。潤(rùn)滑系統(tǒng)包括潤(rùn)滑油管以及潤(rùn)滑油泵等部件結(jié)構(gòu)[1]。啟動(dòng)系統(tǒng)是指借助船舶其他系統(tǒng)提供的動(dòng)力啟動(dòng)柴油機(jī)系統(tǒng)，即通過(guò)啟動(dòng)系統(tǒng)能夠使柴油機(jī)系統(tǒng)從停止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)工作狀態(tài)。冷卻系統(tǒng)是保障柴油機(jī)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)工作環(huán)境的重要系統(tǒng)，主要包括水箱、水泵等結(jié)構(gòu)部件，冷卻系統(tǒng)能夠?qū)Σ裼蜋C(jī)系統(tǒng)進(jìn)行降溫冷卻，柴油機(jī)裝置長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)工作后會(huì)產(chǎn)生高溫?zé)崮?，如果不進(jìn)行及時(shí)降溫，可能會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)裝置造成一定程度的損傷，同時(shí)導(dǎo)致柴油機(jī)工作效率下降。因此，冷卻系統(tǒng)是柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中重要的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

1.3 燃油供給與進(jìn)排氣系統(tǒng)

燃油供給系統(tǒng)是內(nèi)河船舶柴油機(jī)的重要內(nèi)部結(jié)構(gòu)，主要包括噴油裝置、高壓油泵等部件。燃油供給系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性對(duì)柴油機(jī)系統(tǒng)的整體運(yùn)行具有至關(guān)重要的作用，更加決定了整個(gè)船舶能否穩(wěn)定安全運(yùn)行[2]。燃油供給系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)依據(jù)船舶柴油機(jī)的負(fù)荷能力，為柴油機(jī)系統(tǒng)提供相應(yīng)的供給燃料以確保整個(gè)柴油機(jī)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。進(jìn)排氣系統(tǒng)相當(dāng)于船舶柴油機(jī)的呼吸系統(tǒng)，其主要作用是為柴油機(jī)提供足夠數(shù)量的、新鮮干凈的空氣，以確保柴油機(jī)內(nèi)部具備足夠充足的氧氣，動(dòng)力燃料能充分燃燒。

2 內(nèi)河柴油機(jī)故障判斷分析方法

2.1 觀察法

觀察法是對(duì)內(nèi)河船舶柴油機(jī)故障進(jìn)行分析判斷的常用方法，檢修人員可以對(duì)壓力表進(jìn)行觀察，從而了解柴油機(jī)系統(tǒng)中的冷卻系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)以及潤(rùn)滑系統(tǒng)是否出現(xiàn)泄漏故障，增壓系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，過(guò)濾系統(tǒng)是否發(fā)生堵塞，各種軸泵裝置是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)觀察溫度表能夠了解柴油機(jī)系統(tǒng)中各缸系統(tǒng)的實(shí)際冷卻情況：油泵與水泵是否發(fā)生損壞故障；進(jìn)排氣系統(tǒng)是否出現(xiàn)漏氣問(wèn)題，油溫與水溫是否正常；冷卻系統(tǒng)是否出現(xiàn)污染堵塞現(xiàn)象。觀察柴油機(jī)排煙情況能夠?qū)Σ糠止收线M(jìn)行判斷，如果排氣系統(tǒng)排出黑煙，則表明氣缸內(nèi)部燃燒質(zhì)量低下，噴油系統(tǒng)沒(méi)有按照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間工作，燃油霧化效果低下，空氣過(guò)濾器出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，排氣系統(tǒng)出現(xiàn)漏氣問(wèn)題。如果排氣系統(tǒng)呈現(xiàn)出規(guī)律性排放白煙，則表明噴油器霧化效果不佳或燃燒室內(nèi)存在水分，主要原因是排氣管、缸頭或缸套裝置的墊片、水套出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致水分進(jìn)入氣缸。如果排氣系統(tǒng)排放藍(lán)煙，則表明大量潤(rùn)滑油進(jìn)入燃燒室中，其主要原因是活塞部件與缸套出現(xiàn)過(guò)大間隙，活塞環(huán)過(guò)度磨損或卡死，活塞環(huán)彈性不足，活塞環(huán)安裝錯(cuò)誤，氣缸油量過(guò)多，曲軸箱內(nèi)油位過(guò)高等。除此之外，使用觀察法還可以柴油機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)油水泄漏變化情況，柴油機(jī)的振動(dòng)現(xiàn)象以及部分故障出現(xiàn)前的異常表現(xiàn)等[3]。

2.2 聽(tīng)診法

聽(tīng)診法是指檢修人員將細(xì)長(zhǎng)的金屬棒連接在柴油機(jī)外表，以此聽(tīng)診柴油機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)的聲音情況，進(jìn)而判斷柴油機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，依據(jù)不同規(guī)律的聲音能夠判斷出柴油機(jī)內(nèi)部存在的不同故障，通常需要檢修人員具有極強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)能力與豐富的檢修經(jīng)驗(yàn)。如果出現(xiàn)清脆的、具有節(jié)奏的金屬聲音，則表明柴油機(jī)系統(tǒng)的供油時(shí)間相對(duì)較早；如果出現(xiàn)低沉的不清楚的聲音，則表明噴油時(shí)間相對(duì)較遲；如果出現(xiàn)音量較小的尖銳聲音，但是在惰速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)特別清晰，則說(shuō)明連桿小頭襯套出現(xiàn)松動(dòng)。在柴油機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程時(shí)聽(tīng)到氣缸內(nèi)出現(xiàn)撞擊聲，且撞擊聲響隨著運(yùn)轉(zhuǎn)速度提升而加劇，則表明缸套與活塞部件間的間隙過(guò)大。柴油機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，聽(tīng)到曲軸箱內(nèi)出現(xiàn)撞擊聲，且轉(zhuǎn)速降低時(shí)能夠聽(tīng)到低沉有力的撞擊聲，則表明連桿軸瓦出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致間隙過(guò)大[4]。

3 內(nèi)河柴油機(jī)故障排除技術(shù)以及原則

3.1 智能診斷排除技術(shù)

隨著信息化技術(shù)的推廣應(yīng)用，行業(yè)科研人員利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)出了智能診斷排除技術(shù)進(jìn)而大幅度提升了內(nèi)河船舶柴油機(jī)故障檢測(cè)與排除質(zhì)量。智能診斷排除技術(shù)中有效運(yùn)用了大數(shù)據(jù)與人工智能等現(xiàn)代技術(shù)，能夠?qū)Ω唠y度故障問(wèn)題進(jìn)行有效分析檢測(cè)，且具有十分理想的檢測(cè)效果[5]。同時(shí)，智能診斷排除技術(shù)會(huì)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)柴油機(jī)故障數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全方位的診斷處理，依據(jù)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)信息將異常信息提取出來(lái)，并利用數(shù)字模型診斷故障問(wèn)題，從而獲取故障異常的主要特征。智能診斷排除技術(shù)具有十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬓耘c專(zhuān)業(yè)性，能夠?qū)⒋罅抗收蠑?shù)據(jù)整合，以此幫助檢修人員進(jìn)行規(guī)故障處理排除。比如，使用智能診斷排除技術(shù)確定柴油機(jī)故障為氣缸套故障時(shí)，可以通過(guò)以下方法進(jìn)行故障排除：在冷卻液中假如乳化油等防腐劑，從而在氣缸套外表形成一層保護(hù)膜，進(jìn)而降低氣缸套發(fā)生穴蝕現(xiàn)象的幾率。

3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷排除技術(shù)

在內(nèi)河船舶柴油機(jī)故障檢修過(guò)程中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷排除技術(shù)有效提升了診斷分析的精確度，檢測(cè)系統(tǒng)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)收项?lèi)型進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)，對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行整合歸納與分析處理，以此確保檢修人員依據(jù)真實(shí)的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行故障排除工作。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷排除技術(shù)主要應(yīng)用于故障信息分析，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整合，同時(shí)依據(jù)異常數(shù)據(jù)的特征判斷故障的特點(diǎn)與具體類(lèi)型。比如，針對(duì)柴油機(jī)燃燒室與安全閥的故障診斷，傳統(tǒng)的故障診斷方法難以全面精準(zhǔn)地了解到問(wèn)題的真實(shí)情況，可以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷排除技術(shù)，提升故障診斷質(zhì)量。在診斷檢測(cè)中利用主機(jī)重啟與安全閥更換方法將安全閥恢復(fù)至正常狀態(tài)，同時(shí)在更換安全閥時(shí)需要注重安全閥的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題[6]。燃燒室發(fā)生故障的常見(jiàn)原因是由于燃燒室內(nèi)部積碳未能得到及時(shí)清理，長(zhǎng)時(shí)間作用下導(dǎo)致內(nèi)部出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題[6]。當(dāng)確定燃燒室故障為積碳問(wèn)題后，檢修人員應(yīng)當(dāng)對(duì)燃燒室內(nèi)部進(jìn)行徹底的積碳清除工作，如可以使用退炭劑，將燃燒室內(nèi)表面的積碳軟化，以此進(jìn)行高效清潔處理，從而保證燃燒室環(huán)境清潔無(wú)雜質(zhì)，進(jìn)而保障燃燒室正常工作。

3.3 柴油機(jī)故障診斷及排除原則

通過(guò)對(duì)內(nèi)河柴油機(jī)故障現(xiàn)象以及排除方法進(jìn)行梳理可知，其故障在發(fā)生初期主要會(huì)通過(guò)一些較為明顯的現(xiàn)象表現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)故障會(huì)直接影響柴油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及可靠性受到較大幅度的負(fù)面影響。由此，為切實(shí)保障柴油機(jī)性能滿(mǎn)足實(shí)際使用需求，延長(zhǎng)其使用周期，相關(guān)工作人員需要賬務(wù)正確、靈活的手段，以實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)河柴油機(jī)運(yùn)行中表現(xiàn)出的故障問(wèn)題進(jìn)行檢查與排除。通過(guò)對(duì)相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行梳理總結(jié)，可得出以下需要遵守的原則：

1）運(yùn)維人員需要掌握柴油機(jī)工作原理，對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)組成以及零部件分布與作用進(jìn)行充分學(xué)習(xí)，并在此基礎(chǔ)上依照系統(tǒng)性原則對(duì)設(shè)備故障原因進(jìn)行推理分析與診斷查找。

2）在實(shí)際對(duì)柴油機(jī)設(shè)備進(jìn)行檢查過(guò)程中，需要遵循由易到難、由簡(jiǎn)到繁、由表至里、逐步深入的方式開(kāi)展。

3）在對(duì)故障進(jìn)行處理過(guò)程中，運(yùn)維人員需要對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)，切實(shí)保障零部件質(zhì)量滿(mǎn)足實(shí)際要求，嚴(yán)格遵守操作技術(shù)流程，并依照規(guī)范的工藝流程對(duì)各零部件進(jìn)行裝配，對(duì)故障進(jìn)行逐一排除。

4 某系列內(nèi)河柴油機(jī)的故障分析與排除

A 省交通系統(tǒng)常見(jiàn)的內(nèi)河小型工作船其所使用的是6105 系列的柴油機(jī)作為主機(jī)，雖然其具備良好的動(dòng)力性能、平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能和較低的噪音，且維修十分簡(jiǎn)便，但是其也有著一定的缺陷，如耐用性較低、超負(fù)荷性能不佳、故障率較高，且一般運(yùn)行300～500h后就需要進(jìn)行小修與保養(yǎng)。因此本文結(jié)合該類(lèi)型柴油機(jī)故障的分析與排除技術(shù)分析，為相關(guān)內(nèi)河柴油機(jī)的使用和故障排除提供一些參考。

4.1 活塞和缸套故障

1）故障現(xiàn)象：一臺(tái)主機(jī)在修理后不久就發(fā)現(xiàn)了某缸活塞頂部被擊穿，在更換新的活塞之后僅3 到4 個(gè)航次，該缸活塞再一次被擊穿。

2）原因分析：考慮到連續(xù)更換都是合格的新活塞，因此排除配件的殘次問(wèn)題。本次使用的6105 系列的活塞均為鋁制凹頂型活塞，優(yōu)勢(shì)在于其導(dǎo)熱性良好，質(zhì)量輕，且摩擦系數(shù)小，但是其也存在耐磨性差、強(qiáng)度差和膨脹系數(shù)大等缺陷。而產(chǎn)生頂部龜裂的原因主要在于：柴油機(jī)噴油提前角太大而嚴(yán)重爆燃敲缸、長(zhǎng)期超負(fù)荷、冷車(chē)重負(fù)荷起動(dòng)、斷水?dāng)嘤秃蟮募だ洹飧咨w開(kāi)裂后冷卻水進(jìn)入爆裂、活塞裝反、油嘴噴油量過(guò)大、壓縮比過(guò)大等。同一缸連續(xù)發(fā)生活塞擊穿故障可以基本將原因圈定在供油系統(tǒng)和壓縮比故障上。通過(guò)拆檢發(fā)現(xiàn)燃油供應(yīng)系統(tǒng)一切正常于是就考慮為何壓縮比變大。經(jīng)查發(fā)現(xiàn)該缸機(jī)體由于柴油機(jī)使用年代過(guò)長(zhǎng)機(jī)體表面凹陷下去。通過(guò)壓保險(xiǎn)絲的方法測(cè)出該缸氣缸余隙過(guò)小，因此斷定由于壓縮比的增大燃燒爆發(fā)壓力，也加大造成活塞頂部過(guò)負(fù)荷沖擊而破壞。

3）排除方法：結(jié)合鋼直尺和塞尺測(cè)量該位置的機(jī)體表面下沉量，在該部位墊入相對(duì)應(yīng)厚度的銅片，控制氣缸的余隙高度在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)即可排除故障。

4.2 曲軸聯(lián)桿組故障

1）故障現(xiàn)象：主機(jī)在運(yùn)行期間，突然發(fā)生機(jī)曲軸箱內(nèi)發(fā)出沉悶的敲擊聲，尾氣冒黑煙，機(jī)體振動(dòng)加劇，立刻停車(chē)拆檢，發(fā)現(xiàn)曲軸已經(jīng)斷裂。

2）原因分析：一般的曲軸聯(lián)桿組故障與潤(rùn)滑系統(tǒng)有著較大的關(guān)系，如果滑油的壓力過(guò)低或者是斷油，很容易造成燒瓦和曲軸聯(lián)桿組抱瓦的問(wèn)題。并且突然受到大負(fù)荷的沖擊，聯(lián)桿的螺母松脫、曲軸軸承間隙過(guò)大造成徑向跳動(dòng)而產(chǎn)生疲勞裂紋、飛輪平衡塊松脫、主機(jī)三線(xiàn)不準(zhǔn)等原因均可直接或間接造成曲軸聯(lián)桿組故障。分析該主機(jī)發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑系統(tǒng)正常，且沒(méi)有受到大負(fù)荷，且發(fā)現(xiàn)其斷裂的位置在曲軸輸出端的第一檔主軸頸部的位置，了解到該主機(jī)在前段時(shí)期還更換過(guò)飛輪組。因此可以初步斷定，該問(wèn)題是三線(xiàn)不準(zhǔn)導(dǎo)致的曲軸徑向受到了交變應(yīng)力的作用而疲勞損壞。在進(jìn)一步分析上，發(fā)現(xiàn)該主機(jī)所使用的變速箱為一種MB170 型的小型齒輪箱，兩者相連是使用法蘭的硬連接，徑向毫無(wú)避讓的余地，并且兩機(jī)不是共用的底腳，機(jī)艙底部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也相對(duì)較為淡薄，因此很容出現(xiàn)三線(xiàn)不準(zhǔn)的問(wèn)題。

3）排除方法：由于該故障是由設(shè)計(jì)施工上考慮不周所導(dǎo)致的，因此為了解決該問(wèn)題，可以更換齒輪箱，但是經(jīng)過(guò)測(cè)量機(jī)艙的空間不足，只能夠繼續(xù)使用原來(lái)的設(shè)備，但是對(duì)底腳的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了加強(qiáng)處理，同時(shí)要求船舶輪機(jī)的人員經(jīng)常檢查該軸線(xiàn)，保障故障能夠有效被解決。

5 結(jié)語(yǔ)

內(nèi)河船舶在航行中離不開(kāi)柴油機(jī)系統(tǒng)提供的動(dòng)力能源，而船舶通常需要柴油機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的航行工作，因此柴油機(jī)系統(tǒng)在實(shí)際中具有較大的工作壓力。為確保船舶能夠正產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，保障船舶貨物與人員安全，相關(guān)人員必須重視柴油機(jī)故障診斷分析與排除工作，利用觀察法與聽(tīng)診法對(duì)柴油機(jī)故障進(jìn)行診斷分析，同時(shí)積極利用信息化技術(shù)加強(qiáng)診斷排除效果，以此保障內(nèi)河船舶的安全穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而推動(dòng)船舶行業(yè)的健康發(fā)展。