船用12PA6V-280 型柴油機PCOT 報警停車故障分析與排除

唐積才，甘 帥，李 唐

（1.91937 部隊，舟山 316099；2.中國船舶集團有限公司第七一一研究所，上海 201108）

1 前言

12PA6V-280 型柴油機是我國引進(jìn)國外專利技術(shù)生產(chǎn)的四沖程中速柴油機，在船舶中應(yīng)用廣泛。

本文以某海洋綜合調(diào)查船為例，該船采用2 臺12PA6V-280MPC 型柴油機作為主推進(jìn)柴油機，配備先進(jìn)的PCOT 監(jiān)測報警系統(tǒng),該系統(tǒng)的作用是檢測曲柄銷軸承油溫，以保護(hù)曲軸，防止其重大事故。該船在實施作業(yè)期間，出現(xiàn)右主機PCOT 報警，且伴有異常響聲，后手動緊急停車，經(jīng)緊急處置，采用單車航行至港。

12PA6V-280 MPC型柴油機是一種直接噴射、水冷、筒形活塞帶廢氣渦輪增壓器和空氣中冷器的中速四沖程柴油機。V 型夾角為60°，不能反轉(zhuǎn)，氣缸蓋為單體式，氣缸體和曲軸箱做成一體構(gòu)成機體，均為球墨鑄鐵材料。

12PA6V-280 型柴油機，額定轉(zhuǎn)速1 000 r/min，最大持續(xù)功率3 540 kW，滑油進(jìn)口壓力0.6±0.05 MPa，各缸出口的排氣平均溫度≤495 ℃±10℃,各缸與平均值之差在±35 ℃內(nèi)；PCOT 系統(tǒng)設(shè)置任一檔曲柄銷軸承溫度與其平均溫度相差值5℃且時間≥5s，或溫度≥100 ℃且時間≥5s 時報警，任一檔曲柄銷軸承溫度與平均溫度相差值7 ℃且時間≥3 s，或溫度≥110℃且時間≥3 s 時緊急停車。

2 故障情況

某日21時20分，該船兩臺推進(jìn)柴油機正高速運行，其中右機轉(zhuǎn)速967 r/min、B6 缸排溫449 ℃、滑油進(jìn)口壓力0.597 MPa，此時右機PCOT 系統(tǒng)發(fā)出曲柄銷軸承高溫報警，柴油機值更人員于機旁檢查確認(rèn)故障情況，同時柴油機責(zé)任班長詳細(xì)查看主機工作參數(shù)；21 時21分，右機PCOT系統(tǒng)發(fā)出曲柄銷軸承高溫故障停機報警，但柴油機并未自動執(zhí)行緊急停車，且監(jiān)控臺顯示的主機工作參數(shù)未有異常，柴油機值更人員查閱右機PCOT控制箱報警信息，發(fā)現(xiàn)是右機第6 缸發(fā)出的報警，檢查A6 缸未發(fā)現(xiàn)異常，再檢查B6 缸工作情況，21 時22分，右機B6 缸發(fā)出異常響聲，柴油機責(zé)任班長遂位集控室手動緊急停車，隨后立即充油盤車并開啟淡水備用泵保持冷卻水循環(huán)。故障發(fā)生后，該船采用單車航行方式航行，直至靠港。

3 故障檢查情況

1）待機體冷卻后打開B6 缸擋門蓋，發(fā)現(xiàn)右機B6缸氣缸套底部有粘著痕跡，主軸承蓋底部有兩顆螺釘及銅質(zhì)合金剝落，見圖2。

2）對該B6 缸進(jìn)行吊缸檢查，發(fā)現(xiàn)排氣閥頂桿錯位、彎曲變形，噴油器頭部斷裂，活塞頂部與裙部脫離，4 個緊固螺栓被拉伸斷裂，活塞裙部與缸套存在較深拉痕，連桿大端曲柄銷軸瓦內(nèi)側(cè)合金剝落，見圖3。

3）對該機A6 缸進(jìn)行吊缸檢查，發(fā)現(xiàn)A6 缸連桿大端曲柄銷軸瓦錯位、上下軸瓦位置顛倒、內(nèi)側(cè)有合金剝落，見圖4。

4）對右機曲軸進(jìn)行磁粉探傷檢查，發(fā)現(xiàn)A6/B6 曲柄銷異常磨損，有長約30 mm 的較深裂紋。

5）對正常運行的左主機連桿軸瓦進(jìn)行抽樣拆檢，發(fā)現(xiàn)左主機A4缸連桿軸瓦亦存在嚴(yán)重的硬物劃傷痕跡，屬兩道較深的漏銅劃痕，還有兩處疑似裂紋，見圖5。

6）檢查柴油機監(jiān)控歷史數(shù)據(jù)記錄，未發(fā)現(xiàn)當(dāng)日18 時至21 時22 分期間右柴油機滑油壓力、各缸排溫數(shù)據(jù)異常。

7）檢查柴油機報警記錄顯示：故障當(dāng)日21 時20分30 秒，右主機曲柄銷軸承滑油溫度高報警；21 時21 分01 秒，右機連桿軸承滑油溫度高停機報警，但該報警后柴油機安保裝置未動作，21 時21 分57 秒，其轉(zhuǎn)速為967 r/min；21 時22 分右機手動緊急停車。

圖6 至圖11 記錄了各部件損傷情況。

圖1 12PA6V-280 型柴油機

圖2 主軸承蓋底部

圖3 排氣閥頂桿彎曲變形

圖4 右主機A6 缸連桿軸瓦

圖5 左主機A4 缸連桿軸瓦

圖6 活塞頂部

圖7 活塞裙部

圖8 活塞裙部拉痕

圖9 活塞裙部拉痕

圖10 軸瓦漏銅

圖11 左主機A4 缸軸瓦

4 故障原因分析

柴油機活塞頂裙分離和連桿軸瓦失效的故障源通常有兩種：一種是從上到下，即故障源發(fā)于拉缸，導(dǎo)致活塞頂、裙分離及連桿軸瓦失效；另一種是從下到上，即故障源發(fā)于連桿軸瓦失效，導(dǎo)致拉缸和頂、裙分離。

針對上述故障檢查情況，經(jīng)分析故障原因如下：

1）柴油機在運行過程中，活塞頂與缸套之間的間隙總大于活塞裙與缸套之間的間隙，正常情況下不會出現(xiàn)拉缸引起活塞頂、裙分離的情況。從電站采用PA6B 燒重油的柴油機，曾出現(xiàn)過類似連桿軸瓦失效、轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致拉缸和活塞頂裙分離、曲軸損壞的類似故障案例，以及在熱機協(xié)會故障史案中，從未出現(xiàn)過因拉缸、活塞頂裙分離而造成連桿軸瓦失效的故障問題；

2）活塞頂、裙分離后的沖擊力通常不會導(dǎo)致軸瓦卡滯。對于四沖程機，活塞頂、裙分離后繼續(xù)運行，燃燒室產(chǎn)生爆炸力時，活塞頂和活塞裙均位于頂端，兩者之間的距離微小，活塞體對活塞裙的錘擊力較小，通常不會對連桿軸瓦造成破壞性損壞。

根據(jù)上述分析判斷，該故障的原因可能為其它原因，如：連桿軸瓦制造質(zhì)量問題；連桿軸瓦裝配質(zhì)量問題；滑油清潔度不良等?，F(xiàn)對其排查分析如下：

1）連桿軸瓦制造質(zhì)量

由于右柴油機A6/B6 連桿軸瓦失效后磨損變形嚴(yán)重，無法開展檢測分析工作，而拆檢左機時發(fā)現(xiàn)同批更換的A4 缸連桿軸瓦存在嚴(yán)重異常劃痕，遂對其進(jìn)行檢測分析。

經(jīng)有資質(zhì)的第三方檢測：左機A4 連桿軸瓦合金層牢固的粘結(jié)在鋼座上，結(jié)合面之間沒有夾渣、氧化物以及孔隙，沒有出現(xiàn)合金層分層、脫落現(xiàn)象，并對該軸瓦進(jìn)行了雙向交叉檢測，認(rèn)為：該疑似裂紋橫截面凹陷部位沒有材質(zhì)缺陷；沒有凹陷輪廓被硬物劃傷產(chǎn)生劃痕；沒有劃痕產(chǎn)生的合金層金屬屑被擠壓嵌入到連桿軸瓦表面；沒有連桿軸瓦表面被劃傷失效后產(chǎn)生的結(jié)果。因此，排除了該部位疑似裂紋是連桿軸瓦材質(zhì)缺陷。

2）連桿軸瓦裝配過程

故障發(fā)生前8 個月，該船曾在工廠進(jìn)行等級修理，期間對兩臺柴油機的連桿軸瓦進(jìn)行了更換，其它裝機使用的同批次連桿軸瓦沒有發(fā)生過類似故障，檢查連桿軸瓦裝配測量記錄，符合技術(shù)要求。

3）滑油清潔度

故障發(fā)生后，該船對柴油機滑油進(jìn)行了更換，因此無法直接通過滑油樣本檢測滑油清潔度，但可從第三方檢測分析報告進(jìn)行分析，左主機滑油中大概率含有硬質(zhì)顆粒和不規(guī)則異物。

4）監(jiān)控系統(tǒng)故障報警

通過查看該船柴油機歷史參數(shù)記錄，故障發(fā)生時右柴油主機處于高負(fù)荷工況運行，此時其連桿軸瓦摩擦、載荷、溫度等處于高位狀態(tài)。參照對比2007 年11月另一船舶發(fā)生的類似故障原因，其主要原因可能是該船主機滑油清潔度不合格，而造成其高負(fù)荷運行工況潤滑達(dá)不到要求。

5）自動停車故障

PCOT 報警柴油機未自動緊急停車原因可能有：PCOT 系統(tǒng)故障，無報警信號輸出，導(dǎo)致安保裝置未動作；PCOT 系統(tǒng)功能正常，報警信號已輸出，但信號傳輸線路故障導(dǎo)致安保裝置未采集到報警信號;安保裝置故障，雖檢測到報警信號，但未實際動作。經(jīng)過對PCOT 系統(tǒng)、安保裝置及各傳輸線路全面檢查，發(fā)現(xiàn)機旁控制箱內(nèi)柴油機啟動/停車電磁閥接線虛脫，重新連接后，系統(tǒng)功能正常。

根據(jù)上述排查與分析：右柴油機B6 缸連桿軸瓦由于滑油中（大顆粒）異物入侵其表面產(chǎn)生劃痕，承載能力下降，當(dāng)主機高負(fù)荷運行時，軸瓦工作條件持續(xù)惡化，引起軸瓦卡滯、轉(zhuǎn)動，軸瓦與曲柄銷表面出現(xiàn)嚴(yán)重的黏著摩擦，摩擦阻力急劇增大，連桿軸瓦表面的耐磨合金甚至銅基被磨掉，軸瓦的鋼座直接與曲柄銷表面摩擦；在曲軸曲柄銷表面摩擦溫升過程中，曲柄銷表面的硬度下降，導(dǎo)致曲柄銷產(chǎn)生熱裂紋；由于軸瓦轉(zhuǎn)動導(dǎo)致油路堵塞，連桿向活塞的供油中斷，造成活塞頂缺乏冷卻，活塞頂溫度升高發(fā)生膨脹卡滯在氣缸頂部，引起拉缸，連桿拉動活塞向下運動，促使活塞頂、裙連接螺栓被拉斷，造成頂裙分離。

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷深入應(yīng)用，各類信息數(shù)據(jù)以極快速度產(chǎn)生和累積，大數(shù)據(jù)時代已經(jīng)來臨[1]。大數(shù)據(jù)備受關(guān)注，核心在于挖掘出新的有價值信息[2]。數(shù)據(jù)挖掘是從已知數(shù)據(jù)集合中發(fā)現(xiàn)各種模型、概要和導(dǎo)出值的過程和方法，也是從大數(shù)據(jù)中挖掘價值信息的核心手段[3]。

5 結(jié)束語

發(fā)生此次故障的原因有多方面，但在整個事件的處置中，暴露出該船在柴油機應(yīng)急處置、安全隱患排查等方面存在薄弱環(huán)節(jié)，需進(jìn)一步改進(jìn)：

1）應(yīng)急處置能力亟需加強

柴油機值更人員應(yīng)密切關(guān)注機旁PCOT 控制箱顯示的曲柄銷軸承油溫，發(fā)現(xiàn)故障征兆及時處置。該船出現(xiàn)曲柄銷軸承高溫停機報警后，柴油機值更人員未能在最短時間內(nèi)緊急停車，班長在集控室手動緊急停車，雖然沒有造成柴油機的進(jìn)一步損壞，但也錯失了處置的最佳時機。必須加強對值更人員培訓(xùn)，減少其對業(yè)務(wù)骨干的依賴意見，提高其應(yīng)急處置能力；強化各專業(yè)職手應(yīng)急處置訓(xùn)練，確保及時、高效處置各種突發(fā)情況，消除安全隱患和故障苗頭，避免處置不及時造成重大損失。

2）安全隱患排查不夠細(xì)