某輪主機排溫高非典型故障簡析

摘 要：文章介紹了某輪主機排氣溫度高故障的排查過程，通過由簡至繁逐步排除，對故障可能的原因進行了全面的排查與分析。分析表明故障原因系波紋管導(dǎo)流套脫落，脫落的導(dǎo)流套阻塞增壓器的進氣道，同時造成增壓器壞噴嘴損壞，導(dǎo)致增壓器增壓效率下降，最終導(dǎo)致主機因進氣量不足，造成港內(nèi)燃燒不良，引發(fā)主機排氣溫度高。據(jù)此提出了預(yù)防措施和解決方案。

關(guān)鍵詞：船舶主機; 排氣溫度; 波紋管; 導(dǎo)流套

某輪為遠(yuǎn)洋大馬力拖輪，主機為兩臺WARTSILA 9L32/40型四沖程渦輪增壓中速柴油機，匹配的增壓器型號為TPL69-A30。推進系統(tǒng)是主機+減速齒輪箱+CPP（可調(diào)螺距漿）結(jié)構(gòu)。該型主機單缸排氣溫度報警值為500℃，540℃時會降負(fù)荷，增壓器進口溫度報警值為590℃，640℃時會降負(fù)荷，增壓器轉(zhuǎn)速29 800 rpm報警，30 120 rpm降負(fù)荷。船舶主機作為船舶推進系統(tǒng)的動力來源，對船舶航行安全至關(guān)重要，本文介紹了一起因主機排氣溫度高導(dǎo)致主機降負(fù)荷的故障排查過程，希望能對防止類似問題再次發(fā)生起到一定的參考作用。

1故障現(xiàn)象

某次航行中發(fā)現(xiàn)右主機1#、2#、3#缸排氣溫度偏高，但穩(wěn)定在報警下限值，因為任務(wù)需要，需維持主機運行，且排氣溫度值尚在允許范圍，因此暫未停車檢查，直至任務(wù)結(jié)束。在返航途中，1#、2#、3#缸排氣溫度突然快速升高至580℃，檢測報警系統(tǒng)發(fā)出降負(fù)荷聲光報警，主機PUU輸出降負(fù)荷指令，同時其他缸排氣溫度也快速升高，負(fù)荷表指示值從70%升到90%。值班輪機員發(fā)現(xiàn)情況后立刻請求駕駛臺降低螺距，減小負(fù)荷，但最后當(dāng)螺距歸零時，負(fù)荷仍有60%指示，為安全起見，經(jīng)過駕駛臺同意后，單車航行，停右主機，進行故障排查。

2 故障分析

當(dāng)主機監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)排氣溫度高于正常值時，有2種可能：一是排氣溫度正常，排氣溫度監(jiān)測系統(tǒng)，主要涉及溫度傳感器故障、采集模塊故障以及線路故障；另外一個是主機排氣溫度確實高。主機排氣溫度實際偏高也有兩種可能：一是主機在高負(fù)荷或超負(fù)荷運行狀態(tài)，二是主機缸內(nèi)燃燒情況不良引起排氣溫度過高。造成主機缸內(nèi)燃燒不良的原因眾多，主要影響因素有：排氣閥漏氣、氣缸密封不良、噴油正時錯誤、噴油器損壞、高壓油泵出油閥、增壓器失效、空冷器失效、劣質(zhì)燃油、后排氣系統(tǒng)不暢等多。

為找出本次右主機排氣溫度過高的故障原因，作者依據(jù)故障可能性大小和排查方法先易后難的原則，逐步進行分析與排查。

3 故障排查

3.1排氣溫度監(jiān)測系統(tǒng)檢查

根據(jù)該輪排氣溫度監(jiān)測系統(tǒng)原理，每個排氣溫度傳感器都有獨立的隔離模塊，所有模塊和氣缸排氣溫度傳感器同時故障的可能性很小，為徹底排除該可能性，將右主機1#、2#、3#缸排氣溫度信息采集模塊同左主機進行調(diào)換，在停車狀態(tài)下對比各缸排溫數(shù)值，左右主機各缸排溫基本無差異，因此先可排除排氣溫度傳感器和模塊故障的可能性，判斷主機排氣溫度確實過高。

3.2主機運行負(fù)荷排查

對于主推進裝置采用可變螺距驅(qū)動的船舶，在同等海況下，其主機負(fù)荷的直接影響因素是螺旋槳螺距，在同等螺距下，其主機負(fù)荷變化的直接影響因素是外部負(fù)載，比如有異物纏繞至螺旋槳。為此采取了如下措施進行排查驗證：（1）潛水員下水摸查車葉確認(rèn)無異物纏繞后，排除外部負(fù)載的影響；（2）螺距角設(shè)定零位，同時啟動左、右主機離合器嚙合狀態(tài)，記錄，排溫、負(fù)荷指示、增壓器轉(zhuǎn)速數(shù)值，右主機增壓器轉(zhuǎn)速4 000 rpm，各缸排溫430℃；對比左主機同狀態(tài)下參數(shù)，增壓器轉(zhuǎn)速9 000 rpm，各缸排溫230℃，由此判斷右主機排氣溫度過高并非因螺旋槳纏繞異物引起主機高負(fù)荷/超負(fù)荷而造成的，應(yīng)該是主機機械系統(tǒng)故障所致。

3.3主機機械系統(tǒng)故障排查

整個柴油機的機械系統(tǒng)是由：燃燒系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)和增壓系統(tǒng)組成的，增壓系統(tǒng)是連接進、排氣系統(tǒng)的紐帶。在機械系統(tǒng)全面排查前，先行翻閱了前一個航次的輪機日志記錄數(shù)據(jù)，記載情況見表1所示。

左、右主機在70%負(fù)荷下，右主機的平均排溫比左主機要高近30℃，并且右主機前3個缸排溫高達420℃。詢問當(dāng)時了解情況的人員得知，這種情況出現(xiàn)已有一段時間，只是一直比較穩(wěn)定，沒有繼續(xù)惡化，未曾引起足夠重視。鑒于此種情況，立刻著手從主機機械系統(tǒng)的幾個組成部分逐一排查。

3.3.1燃燒系統(tǒng)故障排查

燃燒系統(tǒng)包括高壓油泵、噴油器、正時組件和燃燒室，右主機之前只有1#、2#、3#缸排氣溫度同時都過高，而且持續(xù)了一段時間，這3個缸的噴油器、高壓油泵或者燃燒室都同時出現(xiàn)故障的概率相對較小，鑒于出現(xiàn)所有缸排溫過高現(xiàn)象，首先對9個缸的噴油器全部泵壓檢查，試驗結(jié)果霧化良好，負(fù)荷正常使用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其次，復(fù)查所有缸的氣閥正時均無異常。另外，將右主機和左主機對調(diào)了一臺高壓油泵（1#缸）。做好這一切后，啟動左右主機，試車觀察，結(jié)果左主機排溫正常，而右主機1#缸排氣溫度依然異常，整機狀況并沒有任何改善。因左右主機所用燃油一樣，油品質(zhì)量沒有問題。燃燒系統(tǒng)的其他部件，因工程相對較大，且查閱保養(yǎng)記錄，距離保養(yǎng)拆檢時間還有6 000 h，因此暫時排除了燃燒系統(tǒng)故障的可能性，先不執(zhí)行吊缸作業(yè)。

3.3.2進氣系統(tǒng)故障排查

在對進氣系統(tǒng)的檢查，主要對進氣道及增壓器壓氣端進行了檢查。首先拆開了一段掃氣總管，把整個進氣總管檢查了一遍，除了內(nèi)壁有一點點油泥，并無其他任何異物。隨后將增壓器進口消音器拆下，用內(nèi)窺鏡檢查壓氣機蝸殼、葉輪，內(nèi)部無異物，葉輪狀況目測完好，手動盤動葉輪，增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動順滑，無卡頓感。最后對空冷器的空氣側(cè)，進行檢查，，狀況良好，輪機日志記載數(shù)據(jù)顯示掃氣溫度正常、空冷器冷卻水溫度正常，因此可排除進氣系統(tǒng)故障。

3.3.3排氣系統(tǒng)故障排查

整個排氣系統(tǒng)包括增壓器前排氣總管、增壓器渦輪端、增壓器后排氣總管。這3個

部件的臟堵或故障，都對整體排溫有直接的影響。所有的影響因素，最終的結(jié)果是引起增壓器效率下降，本輪所采用的增壓器增壓

方式為脈沖增壓，依據(jù)故障現(xiàn)象，結(jié)合表2數(shù)據(jù)。

正常航行，主機70%負(fù)荷時，增壓器轉(zhuǎn)速會達到22 000 RPM左右，而本次故障時，第1#、2#、3#缸排溫仍快速上升至580℃，負(fù)荷指示70%，后升至90%，此時增壓器的轉(zhuǎn)速只有9千多轉(zhuǎn)，顯然不符合常理，負(fù)荷越大，排溫越高，廢氣能量越足，增壓器轉(zhuǎn)速會越快，掃氣壓力也會越高，但是現(xiàn)在增壓器轉(zhuǎn)速和掃氣壓力都很小，顯然問題的導(dǎo)向指向增壓器，先前壓氣機端已經(jīng)檢查過，并無異常，也無卡阻。渦輪端出現(xiàn)故障的可能性很大，將情況匯報機務(wù)征得同意后，對增壓器渦輪端進行確認(rèn)性檢查。先行拆下渦輪端廢氣進口總管，準(zhǔn)備從此對增壓器渦輪端進行檢查。在拆下該段排波紋管后，發(fā)現(xiàn)有三個金屬管狀物堵在增壓器廢氣進口端，是脫落的波紋管導(dǎo)流套堵在進口。隨后把主機各段排煙管全部拆下，進行詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)第3缸波紋管導(dǎo)流套焊接處有裂紋，第1#、2#、4#缸波紋管的導(dǎo)流套脫落，渦輪清洗管斷裂一根。到此，故障根源基本找到，見圖1。

報請機務(wù)安排修理后，增壓器廠方人員來船拆檢增壓器，拆開后發(fā)現(xiàn)噴嘴環(huán)有損傷，轉(zhuǎn)子部分及噴嘴環(huán)吊至修理廠家做探傷和動平衡試驗。隨后，更換四只新波紋管，對其他缸未脫落的波紋管進行著色探傷檢查，未發(fā)現(xiàn)裂紋。在所有部件重新裝復(fù)后，主機試車觀察，各缸排溫均勻，負(fù)荷指示正常。

4 修理分析與總結(jié)

此次修理結(jié)束后，我們作了梳理、分析和總結(jié)。

4.1本次故障機理推測

圖2是該型主機排煙管布置圖，1#、2#、3#共同接在一個支管上，之前排溫高但之所以能穩(wěn)住，是由于第1#、2#缸的波紋管導(dǎo)流套脫落，可能堵在彎頭處，但是并未堵的非常厲害，只有1#、2#、3#缸排氣不順暢，所以只有這3個缸出現(xiàn)高溫現(xiàn)象，其他缸暫時還不受影響，增壓器的效率還能維持住。此次航行中，1#、2#脫落的導(dǎo)流套在排氣壓力作用下先翻轉(zhuǎn)把前3個缸排氣管堵死，造成這3個缸排氣溫度快速升高，然后它們又和4#缸脫落的導(dǎo)流套一起向后移動，徹底堵住了渦輪端進口，造成所有缸排氣不暢，增壓器失去了足夠的廢氣能量，增壓器轉(zhuǎn)速無法增加，壓氣機效率下降，掃氣壓力不足，從而導(dǎo)致主機各缸內(nèi)油多氣少，氣缸內(nèi)燃燒惡化，最終導(dǎo)致右主機整體排氣溫度升高。

4.2 經(jīng)驗總結(jié)

本次故障出現(xiàn)后，故障處理過程相對復(fù)雜，原因在于故障方向的鎖定，出現(xiàn)了偏差。以至于做了過于繁瑣的排查工作，比如這次的拔油頭、換高壓油泵、調(diào)氣閥間隙等。如果能提前仔細(xì)理性地查看、分析、比對故障出現(xiàn)前后的排溫、負(fù)荷、增壓器轉(zhuǎn)速等相關(guān)數(shù)據(jù)，將更容易確定問題方向，鎖定問題是因增壓器轉(zhuǎn)速不夠，于此便可避免很多無效、額外的拆檢，因此在日常輪機管理中對設(shè)備運轉(zhuǎn)參數(shù)的記錄、審閱、對比，是一項不容忽略的工作。

4.3 幾點建議

（1）波紋管雖具有柔性好，耐腐蝕，抗疲勞，耐高溫特性，作為排煙管起到減震，消音作用，但工作環(huán)境比較惡劣，鑒于本主機運行12 000 h不到就出現(xiàn)波紋管導(dǎo)流套脫落，建議該型主機在需要提前拆檢波紋管（說明書上標(biāo)注24 000 h ），以便及時發(fā)現(xiàn)問題并處理。

（2）帶減速齒輪箱的船舶，有些數(shù)據(jù)雖然輪機日志無需記錄，但輪機管理人員有意識地采集并保存有很大用處，比如：主機550 RPM離合器接排前、接排后增壓器轉(zhuǎn)速；主機750 RPM時，離合器接排與不接排2種狀態(tài)下，增壓器轉(zhuǎn)速、負(fù)荷指示；完車狀態(tài)，離合器接排狀態(tài)下（帶螺旋槳），盤車機盤車電流數(shù)值。這些非常規(guī)節(jié)點的數(shù)據(jù)對判斷主機本身燃燒狀況意義不大，但對于故障判斷，是有用處的。

5 結(jié) 語

柴油機排溫高原因較多且復(fù)雜，當(dāng)出現(xiàn)排氣溫度異常時，要引起重視，需客觀分析、理性推理，查找故障原因，不能馬虎、拖延，“并著”不管 ，致問題擴大，造成更大損失。由此延伸至輪機設(shè)備管理，任何異?，F(xiàn)象，均應(yīng)引起足夠的重視，及時將問題解決。

參考文獻

［1］黃少竹，現(xiàn)代船舶柴油機故障分析［M］，大連：大連海事大學(xué)出版社，2005.

作者簡介：

周道兵，輪機長，（E-mai）18905601645@189.cn