船舶內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行期間安全事項(xiàng)分析

張建濤 朱維軍 李振起

（1.海裝裝備保障大隊(duì)，北京 100841；2.海軍大連艦，海南三亞 572011；3.中國(guó)艦船研究院，北京 100101）

0 引言

內(nèi)燃機(jī)是船舶的主要?jiǎng)恿?lái)源，是船舶平臺(tái)的心臟，內(nèi)燃機(jī)平穩(wěn)、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，是船舶平臺(tái)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行期間，溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等重要參數(shù)隨運(yùn)行工況變化而變化，并產(chǎn)生不同程度的振動(dòng)噪音。燃油、滑油、冷卻水等主要系統(tǒng)應(yīng)處于良好狀態(tài)，一旦運(yùn)行參數(shù)、振動(dòng)噪音、油水泄漏量超過(guò)了正常范圍，都將對(duì)內(nèi)燃機(jī)安全運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，需要及時(shí)采取有效措施。本文分析內(nèi)燃機(jī)安全運(yùn)行影響因素，關(guān)注重點(diǎn)事項(xiàng)，做到早發(fā)現(xiàn)早處置，避免安全事故發(fā)生。

1 重要參數(shù)

1.1 溫度對(duì)內(nèi)燃機(jī)安全運(yùn)行的影響

溫度是內(nèi)燃機(jī)安全運(yùn)行的一個(gè)重要參數(shù)，反應(yīng)內(nèi)燃機(jī)的工作狀態(tài)。對(duì)內(nèi)燃機(jī)影響較大的溫度有排氣溫度、滑油溫度、冷卻水溫度。內(nèi)燃機(jī)安全運(yùn)行需要在一個(gè)合理的溫度范圍內(nèi)，溫度過(guò)高、過(guò)小對(duì)內(nèi)燃機(jī)安全運(yùn)行都會(huì)造成較大影響。

排氣溫度過(guò)低主要原因是噴油提前角過(guò)大，提前燃燒，不能發(fā)出應(yīng)有的功率；排氣溫度過(guò)高主要原因是噴油量過(guò)大，燃油在燃燒室內(nèi)燃燒滯后。排氣溫度過(guò)高將導(dǎo)致機(jī)體快速升溫，甚至燒壞進(jìn)、排氣閥。

滑油溫度過(guò)低的主要原因是冷卻過(guò)渡，冷卻部位溫度過(guò)低?；蜏囟冗^(guò)低會(huì)導(dǎo)致滑油黏度變大，流動(dòng)性降低，潤(rùn)滑部位不能建立有效油膜，隨之機(jī)體溫度也會(huì)降低，金屬膨脹較小，配合間隙變大，容易產(chǎn)生敲擊現(xiàn)象，加劇磨損?；蜏囟冗^(guò)高的主要原因是冷卻效果低，機(jī)體散熱不及時(shí)。滑油溫度過(guò)高會(huì)使滑油黏度變小，密度變小，化學(xué)成分發(fā)生變質(zhì)，形成接觸面的半流體摩擦和干摩擦，缸套與活塞之間磨損程度增大，容易產(chǎn)生拉缸；活塞與連桿、連桿與曲軸、曲軸與軸承之間溫度升高，磨損加劇，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生燒蝕與黏結(jié)現(xiàn)象。

冷卻水溫度較低的主要原因是冷卻水流量大，散熱效率高。冷卻水溫度過(guò)低將導(dǎo)致被冷卻的滑油溫度變低，直接冷卻的內(nèi)燃機(jī)部件受熱不均，熱應(yīng)力增大，運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)。冷卻水溫度過(guò)高主要原因是冷卻水流速低、流量小，熱量無(wú)法帶走。冷卻水溫過(guò)高，一是導(dǎo)致滑油溫度升高；二是導(dǎo)致直接冷卻的內(nèi)燃機(jī)零部件得不到充分冷卻，金屬材料膨脹增大，配合間隙變小，磨損加劇，故障率增加。

1.2 壓力

壓力是內(nèi)燃機(jī)的另一個(gè)重要參數(shù)，合適的壓力是內(nèi)燃機(jī)安全運(yùn)行的重要保障，對(duì)內(nèi)燃機(jī)影響較大的壓力有進(jìn)氣壓力、滑油壓力、冷卻水壓力。過(guò)高的壓力對(duì)機(jī)體、管路系統(tǒng)產(chǎn)生較大的沖擊，會(huì)出現(xiàn)異常振動(dòng)和噪聲，容易被發(fā)現(xiàn)，但對(duì)內(nèi)燃機(jī)本身產(chǎn)生很大影響，存在重大安全隱患。為避免高壓爆炸危險(xiǎn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中重點(diǎn)設(shè)置了泄放閥、安全閥。對(duì)內(nèi)燃機(jī)影響最大的還是低壓。進(jìn)氣壓力低，燃燒空氣密度小，進(jìn)氣量少，過(guò)量空氣系數(shù)偏小，燃油不能充分燃燒，出現(xiàn)積碳，如不及時(shí)排故,將會(huì)導(dǎo)致氣缸與活塞之間容易出現(xiàn)劃痕，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)拉缸；起動(dòng)時(shí)滑油壓力低會(huì)使金屬接觸部位潤(rùn)滑不良，摩擦力增大，內(nèi)燃機(jī)難以起動(dòng)。運(yùn)行期間滑油壓力低，還容易出現(xiàn)燒蝕軸承、軸瓦現(xiàn)象；冷卻水壓力不足，會(huì)使滑油冷卻器水量不足，滑油冷卻效果下降，滑油溫度升高，直接冷卻內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部零部件的冷卻水壓力不足，會(huì)使零部件溫度升高，增大內(nèi)燃機(jī)故障率。

1.3 轉(zhuǎn)速變化

內(nèi)燃機(jī)是否處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，主要通過(guò)轉(zhuǎn)速來(lái)體現(xiàn)，負(fù)荷變化轉(zhuǎn)速隨之改變，在一定工況下，內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定不變。升降工況，轉(zhuǎn)速的變化根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷特性曲線進(jìn)行變化，突然升降車鐘，轉(zhuǎn)速不會(huì)馬上到達(dá)，而是延遲一段時(shí)間，原因就是有負(fù)荷限制，避免由于升速過(guò)快，導(dǎo)致機(jī)體受熱不均、膨脹不夠而出現(xiàn)故障。內(nèi)燃機(jī)有最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速，低于這個(gè)轉(zhuǎn)速，機(jī)器起動(dòng)失敗。同時(shí)，內(nèi)燃機(jī)還有最高轉(zhuǎn)速限制，設(shè)有超速保護(hù)裝置，超過(guò)設(shè)定轉(zhuǎn)速，保護(hù)裝置自動(dòng)切斷油源，關(guān)閉進(jìn)氣，使其緊急停機(jī)。大軸出現(xiàn)纏繞漁網(wǎng)、纜繩、鐵絲等現(xiàn)象時(shí)，反映到內(nèi)燃機(jī)上會(huì)出現(xiàn)負(fù)荷增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)帶軸工作困難，導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速下降，甚至?xí)C(jī)。調(diào)速器根據(jù)負(fù)荷大小控制噴油量，轉(zhuǎn)速隨之發(fā)生變化，在負(fù)荷變化不是很大的情況下,如果轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，波動(dòng)范圍較大，說(shuō)明調(diào)速器故障，需要對(duì)調(diào)速器進(jìn)行調(diào)試。調(diào)速器的調(diào)試比較復(fù)雜，需要專業(yè)人員進(jìn)行調(diào)試，同時(shí)需要與內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行匹配運(yùn)行,海上執(zhí)行任務(wù)期間，船員可根據(jù)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)的大小,適當(dāng)對(duì)調(diào)速器進(jìn)行調(diào)試,在調(diào)速器發(fā)生故障無(wú)法正常使用時(shí),如果有備件也可由船員進(jìn)行更換調(diào)速器，但需要進(jìn)行一定的調(diào)試，須提前做好培訓(xùn)，掌握其更換與調(diào)試方法，才能使調(diào)速器正常工作。

溫度、壓力和轉(zhuǎn)速之間都是相互關(guān)聯(lián)，相互影響的，從一個(gè)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)安全隱患，其他數(shù)據(jù)可以佐證，作為故障判斷的依據(jù)。例如：某船發(fā)電內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程中，排氣溫度明顯過(guò)高，經(jīng)初步檢查，燃油、滑油、冷卻水溫度均正常，增壓器壓力表、轉(zhuǎn)速表?yè)p壞，不能正常顯示；增壓器渦輪測(cè)透平油乳化且變黑，冒黑煙。經(jīng)拆解增壓器確認(rèn)，由于增壓器軸承氣封不足，引起廢氣進(jìn)入透平油中，并在軸承處結(jié)碳，碳?；烊胪钙接?，導(dǎo)致軸承潤(rùn)滑不充分，摩擦生熱，燒毀軸承，致使增壓器效率降低，壓氣機(jī)供氣量不足，引起不完全燃燒，排氣溫度升高。為避免溫度對(duì)內(nèi)燃機(jī)造成危害，應(yīng)盡力避免在熱態(tài)時(shí)急冷和冷態(tài)時(shí)急劇加熱或過(guò)熱，主要表現(xiàn)形式為，內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)前不暖機(jī)或暖機(jī)不充分，啟動(dòng)后立即增速、增加負(fù)荷；停車后過(guò)早中斷冷卻水循環(huán)，使內(nèi)燃機(jī)散熱不良或局部過(guò)熱；長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)等。

2 振動(dòng)噪音

2.1 振動(dòng)變化

內(nèi)燃機(jī)在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)，安裝在機(jī)體上的振動(dòng)傳感器，可以測(cè)出不同工況下的振動(dòng)值。不同工況下振動(dòng)值有所不同，但會(huì)在合理的范圍內(nèi)，過(guò)大的振動(dòng)值反映出內(nèi)燃機(jī)處于不安全的工作狀態(tài)。霧化的燃油與空氣的混合氣在燃燒室燃燒，膨脹做功推動(dòng)活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng),這是內(nèi)燃機(jī)振動(dòng)的主要來(lái)源。排氣推動(dòng)廢氣渦輪增壓器工作，是內(nèi)燃機(jī)振動(dòng)的另一來(lái)源，急劇變工況和不完全燃燒還會(huì)使增壓器振動(dòng)加劇，形成喘振，需要及時(shí)降工況，以免造成增壓器損壞。如果內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率與船舶固有頻率相同，就會(huì)發(fā)生共振，共振破壞力強(qiáng)，要避開(kāi)共振轉(zhuǎn)速。除了傳感器測(cè)量振動(dòng)以外，值班船員還可以用手持式振動(dòng)測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)異常振動(dòng)用測(cè)量?jī)x測(cè)量，必要時(shí)也可以用手觸摸感受振動(dòng)的變化。高壓油管振動(dòng)脈沖很有規(guī)律，用手就可以感觸到，如果出現(xiàn)明顯加劇或減弱，說(shuō)明噴油泵、噴油器出現(xiàn)故障。

2.2 噪音變化

內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行期間，燃油燃燒、運(yùn)轉(zhuǎn)部位軸承摩擦、以及增壓器、風(fēng)機(jī)、水泵、油泵的運(yùn)轉(zhuǎn)都會(huì)產(chǎn)生一定的噪音，正常情況下不是很大，很有規(guī)律，說(shuō)明處于安全運(yùn)行狀態(tài)。如果內(nèi)燃機(jī)發(fā)出刺耳的尖叫聲或某個(gè)部位突然噪音變大，說(shuō)明內(nèi)燃機(jī)出現(xiàn)大的故障，應(yīng)立即停機(jī)，否則故障將進(jìn)一步擴(kuò)大，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致機(jī)器報(bào)廢。噪音值可以利用音量測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量，也可以采用金屬聽(tīng)音棒靠近機(jī)器傾聽(tīng)。如果聽(tīng)到氣缸內(nèi)有敲擊聲，說(shuō)明燃燒室內(nèi)發(fā)生敲缸現(xiàn)象。如果聽(tīng)到軸承有撞擊聲，說(shuō)明軸承出現(xiàn)了損壞。這些聲音剛開(kāi)始很小，不易辨別，如果發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，聲音會(huì)越來(lái)越大，故障也就逐漸擴(kuò)大。根據(jù)噪音的變化，早發(fā)現(xiàn)異常，早處置，有利于內(nèi)燃機(jī)的安全運(yùn)行。

內(nèi)燃機(jī)一旦產(chǎn)生振動(dòng)噪音也會(huì)隨之增大，某船用主動(dòng)力推進(jìn)內(nèi)燃機(jī)，使用過(guò)程中逐步出現(xiàn)振動(dòng)大、噪音異常的現(xiàn)象，且轉(zhuǎn)速越高振動(dòng)越大。經(jīng)初步查看，內(nèi)燃機(jī)安裝支架無(wú)松動(dòng)，減震膠墊無(wú)損壞，判定振源來(lái)自內(nèi)燃機(jī)尾端橡膠減振器。經(jīng)仔細(xì)勘查，該減振器的橡膠墊與慣性盤有多處裂紋，已處于即將損壞的臨界狀態(tài)，無(wú)法再發(fā)揮降低共振頻率的作用，還增加了內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的不平穩(wěn)性，導(dǎo)致振動(dòng)大，噪音異常，如不及時(shí)排故，將會(huì)產(chǎn)生內(nèi)燃機(jī)損壞，甚至傷人的安全事故。

3 油水泄漏

3.1 燃油泄漏

內(nèi)燃機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，不會(huì)有燃油泄漏，出現(xiàn)燃油泄漏說(shuō)明已處于不安全狀態(tài)，需要引起重視。管路泄漏，多數(shù)情況剛開(kāi)始不大，發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，導(dǎo)致泄漏量增大。燃油進(jìn)油管路泄漏，燃油壓力下降，不但內(nèi)燃機(jī)功率下降，還容易引發(fā)火災(zāi)。特別是高壓油管破裂，高壓的燃油噴到排氣管、廢氣渦輪增壓器上，高溫部位會(huì)使燃油迅速汽化，遇到排煙管漏泄的煙氣會(huì)立即發(fā)生爆燃，即使沒(méi)有煙氣外漏，油氣也因高溫很快達(dá)到自燃點(diǎn)，產(chǎn)生火災(zāi)，如果發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，措施不力，火災(zāi)將難以控制。因此，需要經(jīng)常檢查燃油管路是否有松動(dòng)、泄漏，高壓油管是否有裂紋、傷痕，做到早發(fā)現(xiàn)早處置，避免火災(zāi)事故發(fā)生。

為了便于內(nèi)燃機(jī)火災(zāi)探測(cè)，在內(nèi)燃機(jī)周圍安裝感煙、感溫、紅外火災(zāi)傳感器，但傳感器不可能安裝在每一個(gè)可能的泄漏部位，即使在傳感器周圍起火，也有一個(gè)延遲時(shí)間，等到自動(dòng)報(bào)警，火勢(shì)已經(jīng)擴(kuò)大了。在機(jī)艙內(nèi)，內(nèi)燃機(jī)周圍還安裝監(jiān)控?cái)z像頭，用于監(jiān)控內(nèi)燃機(jī)工作狀態(tài)，攝像頭將監(jiān)控畫(huà)面?zhèn)鞯郊厥遥┘厥胰藛T監(jiān)控。機(jī)旁值班員，一旦發(fā)現(xiàn)燃油大量泄漏或出現(xiàn)火災(zāi)，應(yīng)立即停機(jī)，切斷油源，并迅速用合適的滅火器撲滅初火，一般不會(huì)造成大的損失。如果沒(méi)有停機(jī)，沒(méi)有切斷油源，火災(zāi)就會(huì)迅速蔓延，火勢(shì)擴(kuò)大，最后只能采取封艙滅火措施，才能將火撲滅。有的內(nèi)燃機(jī)帶有箱裝體，箱裝體上安裝有自動(dòng)滅火裝置，應(yīng)使滅火裝置處于工作狀態(tài)，機(jī)艙滅火系統(tǒng)也要處于工作狀態(tài)，一旦出現(xiàn)火災(zāi)，迅速啟動(dòng)滅火系統(tǒng)，實(shí)施封艙滅火，避免火災(zāi)進(jìn)一步擴(kuò)大。

3.2 滑油泄漏

內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行期間，滑油系統(tǒng)只有少量的消耗，滑油柜液位變化不明顯，如果滑油液位出現(xiàn)明顯變化，說(shuō)明出現(xiàn)了滑油泄漏，會(huì)對(duì)內(nèi)燃機(jī)的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。滑油系統(tǒng)泄漏有外漏和內(nèi)漏，外漏主要有管路接頭松動(dòng)、管路破裂，這些泄漏比較容易處置，只要發(fā)現(xiàn)及時(shí)，一般不會(huì)造成大的事故。內(nèi)燃機(jī)的滑油系統(tǒng)有電動(dòng)預(yù)供滑油泵和機(jī)帶滑油泵。起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)預(yù)供滑油泵工作，正常運(yùn)行時(shí)機(jī)帶滑油泵工作，一旦高壓滑油管路破裂，滑油噴到排煙管等高溫部件上，滑油在高溫下就會(huì)迅速汽化，達(dá)到自燃點(diǎn)或遇到火星就會(huì)立即發(fā)生爆燃，形成火災(zāi)，滑油黏度大、密度大，比燃油燃燒破壞力更大，會(huì)產(chǎn)生大量濃煙，對(duì)人員、裝備造成極大的傷害，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并采取緊急停機(jī)措施，就會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)迅速蔓延，難以撲滅，最后只能啟動(dòng)箱裝體滅火裝置或機(jī)艙滅火系統(tǒng)進(jìn)行封艙滅火。

滑油內(nèi)漏不易發(fā)現(xiàn)，需要仔細(xì)檢查。如果滑油冷卻器內(nèi)密封圈出現(xiàn)損壞，因滑油壓力高于冷卻水壓力，滑油就會(huì)進(jìn)入冷卻水中，膨脹水箱液位升高，滑油冷卻部位溫度升高，滑油柜液位降低。如果活塞與氣缸之間間隔過(guò)大，就會(huì)出現(xiàn)燒滑油的現(xiàn)象，排煙為藍(lán)色。如果機(jī)體內(nèi)滑油管道出現(xiàn)破裂，滑油漏入機(jī)體內(nèi)部，需要冷卻的軸承因得不到充分潤(rùn)滑冷卻而升溫。

3.3 冷卻水泄漏

冷卻水主要用于冷卻滑油和機(jī)體，出現(xiàn)不正常的泄露，會(huì)給內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行安全帶來(lái)一定影響。冷卻水泄漏有外漏和內(nèi)漏，外漏主要有管路接頭漏水、管路破裂和機(jī)械密封磨損。冷卻水壓力高，管路上小破口，發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，就會(huì)變成大破口，泄漏量就會(huì)越來(lái)越大，由冷卻水冷卻的滑油系統(tǒng)、機(jī)體部位溫度也會(huì)隨之升高。冷卻水泵機(jī)械密封磨損，少量泄漏時(shí)，運(yùn)行看不到漏水，停機(jī)后可以看到慢慢滴水，隨著運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，機(jī)械密封磨損會(huì)越來(lái)增大，運(yùn)行期間會(huì)出現(xiàn)滴水或線狀泄漏，這時(shí)只能停機(jī)修理，拆下舊的機(jī)械密封，更換新的機(jī)械密封。

內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部冷卻水道漏水，有時(shí)現(xiàn)象不明顯，但時(shí)間一長(zhǎng)，就可以從外部異?，F(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)泄露。缸蓋冷卻水道出現(xiàn)裂紋或缸蓋墊片損壞，冷卻水會(huì)進(jìn)入燃燒室，燃燒質(zhì)量變差，排氣中含有水蒸氣，煙囪冒白煙。如果冷卻水泄漏到油底殼，會(huì)使油底殼液位升高，滑油顏色變白。如果增壓器冷卻水部位出現(xiàn)泄漏，隨著工作時(shí)間增加，泄漏點(diǎn)會(huì)持續(xù)增大，大量冷卻水在增壓器中被揮發(fā)，隨著冷卻水泄漏的加大，未揮發(fā)的冷卻水會(huì)進(jìn)入氣缸，導(dǎo)致排氣溫度降低，膨脹水箱液位降低。

4 結(jié)論

內(nèi)燃機(jī)的安全運(yùn)行是多方面的，在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行期間需要重點(diǎn)關(guān)注溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的變化，同時(shí)，參考內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的振動(dòng)、噪音，以及燃油、滑油、冷卻水液位情況，上述參數(shù)的變化對(duì)內(nèi)燃機(jī)安全運(yùn)行的影響最大、最明顯。除此之外，還應(yīng)關(guān)注其他參數(shù)的變化，如進(jìn)排氣、啟動(dòng)空氣系統(tǒng)、船舶航行海域環(huán)境等因素，這些因素也會(huì)影響內(nèi)燃機(jī)的安全運(yùn)行，一個(gè)疏忽可能就會(huì)造成內(nèi)燃機(jī)故障，甚至出現(xiàn)安全事故，導(dǎo)致船舶平臺(tái)的失效。因此，為確保船舶航行安全，需要時(shí)刻關(guān)注內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行參數(shù)。