某型巡邏艇動(dòng)力系統(tǒng)故障原因分析

中圖分類(lèi)號(hào)：U664.12 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Fault Cause Analysis of the Power System in a Patrol Boat

CHEN Jian’，WU Darong2， WU Dong'，HUANG Haibin'， ZHOU Jianhua'（1.GuangzhouMarineEnginering Corporation，Guangzhou510250，China;2.AfaiSouthem Shipyard（Panyu Guangzhou）Ltd，Guangzhou 511431，China）

Abstract： This paper investigates the recuring high cooling water temperature alarm and failure to reach rated RPM in the starboard main engine of a dual-engine propulsion patrol boat during sea trials. Systematic inspection revealed significant construction deviations in the starboard sea chest baffe plate，leading to insuffcient seawater intake during high-speed navigation.The cooling system's water supply capacity was restored to design specifications by redesigning the bafle plate structure and optimizing the seawater flow channel configuration. Post-modification trials demonstrated markedly improved cooling efciency under dual-engine synchronous operation.

Key words： power system; sea chest baffle plate; quality improvement

1 引言

某型巡邏艇是由中船605院為東南亞某國(guó)設(shè)計(jì)的高速近海巡邏艇，適用于內(nèi)海、領(lǐng)海及毗連區(qū)遂行巡航、警戒、漁業(yè)檢查，保護(hù)領(lǐng)海安全以及在沿海、近海區(qū)域的環(huán)境保護(hù)巡邏。該艇在交船驗(yàn)收試航過(guò)程中，右主機(jī)缸套冷卻水頻繁出現(xiàn)高溫報(bào)警，最高轉(zhuǎn)速不能達(dá)到額定轉(zhuǎn)速現(xiàn)象。本文將簡(jiǎn)要介紹故障原因排查過(guò)程，并提出改進(jìn)建議。

1）主船體參數(shù)：船長(zhǎng) 5 2 m 、型寬 7 . 4 m 、型深 4 . 0 5 m ） 航速不小于 2 3 k n

2）主要配置：主機(jī)2臺(tái)，額定功率 2 3 4 0 k W ，額定轉(zhuǎn)速 2 1 0 0 r / m i n ：

3）主、輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)配置：主、輔機(jī)均采用間接冷卻系統(tǒng)，即海水冷卻淡水，淡水冷卻相關(guān)系統(tǒng)與設(shè)備。機(jī)艙前部左右舷對(duì)稱布置海水閥箱，由海水總管橫向連通，冷卻海水取自海水總管。主機(jī)的冷卻海水泵為機(jī)帶泵。主機(jī)機(jī)帶海水泵通過(guò)通海閥、濾器、總管吸人海水，經(jīng)主機(jī)熱交換器換熱后，一路直接排舷外，另一路分別通過(guò)排氣管后排出舷外，冷卻艉軸后排舷外；

2 船舶概況

本艇配置雙機(jī)、雙槳的動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)，主機(jī)為船用高速柴油機(jī)，通過(guò)高彈性聯(lián)軸節(jié)、可逆轉(zhuǎn)減速齒輪箱、軸系驅(qū)動(dòng)定距螺旋槳。其概況如下：

4）機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)配置：機(jī)艙采用機(jī)械進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)，并設(shè)有一個(gè)自然出風(fēng)口。機(jī)艙前部左右舷各設(shè)1個(gè)通風(fēng)道，通風(fēng)道內(nèi)各設(shè)1臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)向機(jī)艙內(nèi)送人新鮮空氣，送風(fēng)機(jī)可逆轉(zhuǎn)抽風(fēng)，機(jī)艙內(nèi)設(shè)有風(fēng)管；機(jī)艙艉頂部左右舷各設(shè)1個(gè)菌型通風(fēng)帽；在機(jī)艙艉部的右舷側(cè)設(shè)置1臺(tái)抽風(fēng)機(jī)，以抽出機(jī)艙溫空氣;

5）主機(jī)排氣系統(tǒng)配置：采用舷側(cè)排氣，其排出口設(shè)有擋板閥。主機(jī)部分冷卻海水進(jìn)入排氣末端與排氣混合排至舷外。

3 故障情況

主機(jī)在進(jìn)行 100 % 負(fù)荷（轉(zhuǎn)速 2 1 0 0 r / m i n） 航行試驗(yàn)過(guò)程中，運(yùn)行約2h后出現(xiàn)右舷主機(jī)缸套冷卻水溫度高報(bào)警，之后右舷主機(jī)自動(dòng)停機(jī)。主柴油機(jī)耐久試驗(yàn)記錄如表1所示。

4 故障原因分析

基于試航過(guò)程中出現(xiàn)上述的故障現(xiàn)象分析，其潛在主要原因可能有：

1）冷卻海水量供應(yīng)不足。主機(jī)海水冷卻系統(tǒng)布置在右舷的海水管路、濾器、通海閥及相關(guān)附件或者海水格柵等可能存在阻塞；海水冷卻系統(tǒng)左/右舷主機(jī)共用1根主海水總管，可能存在“搶水”現(xiàn)象；

2）機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)量不足。無(wú)法有效排除機(jī)艙熱量，導(dǎo)致機(jī)艙溫度過(guò)高，進(jìn)而影響主機(jī)正常工作或者降低主機(jī)工作效率；

3）主機(jī)排氣系統(tǒng)排氣背壓過(guò)大；

4）軸系負(fù)荷過(guò)大。螺旋槳超重，或者軸系不對(duì)中，右舷軸系負(fù)荷比左舷大，右舷主機(jī)已達(dá)到最大負(fù)荷，主機(jī)功率及轉(zhuǎn)速已達(dá)到極限；

5）主機(jī)設(shè)備自身存在故障。主機(jī)散熱片或節(jié)溫器等質(zhì)量不合格，節(jié)溫器未開(kāi)啟或者未完全開(kāi)啟，導(dǎo)致右舷主機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不能有效降溫，

5 故障原因排查方法

針對(duì)上述原因，采取以下排除方法：

1）海水冷卻系統(tǒng)阻塞排查。核查右舷船體海水格柵至右舷主機(jī)進(jìn)口之間管路及擋水板的完整性，海底門(mén)格柵是否附著海生物等；通海閥、海水濾器及蝶閥是否有異物堵塞，各個(gè)閥附件是否處于完全開(kāi)啟狀態(tài)；核查主機(jī)冷卻海水出口至排舷外口之間排舷外管的節(jié)流孔板安裝完整性以及是否有堵塞；檢查支管的排氣擋板及艉軸密封裝置管路的完整性。經(jīng)過(guò)上述核查后，再次試航，在進(jìn)行航行試驗(yàn)約2h后，右舷主機(jī)依然會(huì)出現(xiàn)缸套水高溫報(bào)警及自動(dòng)停機(jī)現(xiàn)象，說(shuō)明管路、閥附件等不存在堵塞問(wèn)題，此條可以排除；

2）“搶水”問(wèn)題排查。主海水總管的左/右舷分別連接1臺(tái)主機(jī)及1臺(tái)發(fā)電機(jī)，經(jīng)核查海水總管的管徑計(jì)算書(shū)，DN300海水總管內(nèi)海水流速約 1 . 9 m / s 流速較低。另外，主機(jī)進(jìn)口的接管所要求的管徑僅為D N1 5 0 m m ，而實(shí)際管路通徑為 D N2 0 0 m m ，用于主機(jī)的海水管有足夠余量，因此，不存在其他設(shè)備“搶水”問(wèn)題。此條可以排除；

3）機(jī)艙通風(fēng)排查。經(jīng)核查機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)計(jì)算書(shū)，通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)量滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，且進(jìn)艙的進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口流通面積均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。為加強(qiáng)機(jī)艙通風(fēng)效果，在機(jī)艙艉部右舷增加了1臺(tái)抽風(fēng)機(jī)?？紤]到機(jī)艙的進(jìn)風(fēng)格柵會(huì)存在進(jìn)水的可能，而采用帶汽水分離裝置的進(jìn)風(fēng)格柵，其進(jìn)風(fēng)效率已大大降低，機(jī)艙溫度已接近臨界高溫報(bào)警溫度 。為此，將可閉格柵中的帶汽水分離裝置去除進(jìn)行試驗(yàn)，機(jī)艙溫度明顯降低，在機(jī)艙工作時(shí)的舒適感也顯著提高，但冷卻水仍有高溫報(bào)警自動(dòng)停機(jī)現(xiàn)象，僅報(bào)警時(shí)間滯后而已。因此，通風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)量對(duì)于此問(wèn)題有一定的關(guān)聯(lián)性，但仍非決定性因素；

4）排氣系統(tǒng)排查。核查從主機(jī)排氣出口至舷外排氣出口之間的管路、附件。右舷主機(jī)的排氣出口管路管徑與左舷主機(jī)完全一致；拆檢右舷主機(jī)消音器是否損壞或者有異物堵塞；右舷主機(jī)的排氣擋板是否完全打開(kāi)；右舷主機(jī)排氣管水套的冷卻水進(jìn)出以及水溫是否正常；右舷主機(jī)舷外排出口的排氣是否正常以及在轉(zhuǎn)速達(dá)到最高時(shí)，設(shè)置在排氣管上的排氣溫度計(jì)的溫度顯示是否與左舷主機(jī)有明顯差異。經(jīng)上述詳細(xì)核查后，未發(fā)現(xiàn)異常狀況，此條可以排除；

5）軸系排查。檢查軸系振動(dòng)情況，軸承溫度是否正常，軸系運(yùn)行是否有異常響聲，檢查航行推進(jìn)時(shí)水尾流情況、艉部船體振動(dòng)是否異常，是否有異常響聲，航速是否有較大變化。檢查螺旋槳及軸系是否被漁網(wǎng)及異物纏繞，經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)異常，此條可以排除；

6）主機(jī)自身問(wèn)題排查。核查本艇兩臺(tái)主機(jī)原始的臺(tái)架試驗(yàn)記錄，以及現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)拆檢，確認(rèn)主機(jī)熱交換器的散熱片無(wú)堵塞，節(jié)溫器可正常工作。此條可以排除；

7）船舶上排檢查。在碼頭的各個(gè)專(zhuān)項(xiàng)排查完畢，尚未找到問(wèn)題原因，船舶須上排進(jìn)行徹底的排查。船舶上排后，經(jīng)過(guò)對(duì)軸系及軸承周邊的磨損情況，以及螺旋槳有無(wú)變形等情況進(jìn)行核查，均未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。再對(duì)水下工程所影響的各個(gè)因素進(jìn)行仔細(xì)排查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)左右舷的海底門(mén)格柵處的擋水板高度有明顯差異。機(jī)艙右舷海底門(mén)：部設(shè)有擋水板，高度約 1 5 m m 艉部擋水板高度約為 5 0 m m ，艉擋水板高度差約為3 5 m m ；而左海底門(mén)f擋板高度為 1 5 m m ，艉擋板高度為 5 6 m m 。查設(shè)計(jì)圖紙，僅在海底門(mén)尾端設(shè)高度50mm 擋板的要求，如圖1所示，左右兩舷海底門(mén)吸入格柵的擋水板設(shè)置不符合設(shè)計(jì)要求。施工方按圖紙整改后經(jīng)再次試航驗(yàn)證，右舷主機(jī)冷卻水高溫報(bào)警現(xiàn)象消除，且不會(huì)再出現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)，左右舷主機(jī)均可正常工作，此問(wèn)題最終得到圓滿解決。說(shuō)明右舷主機(jī)冷卻水高溫報(bào)警，進(jìn)而自動(dòng)停機(jī)的現(xiàn)象主要是由于海底門(mén)格柵擋水板未按設(shè)計(jì)圖紙施工，高度差偏小，未到達(dá)設(shè)計(jì)要求的攔水量，進(jìn)入右舷海底門(mén)格柵的海水量偏小，進(jìn)而右舷主機(jī)的冷卻海水量不足所導(dǎo)致。

6改進(jìn)建議

為盡可能避免主機(jī)缸套水高溫報(bào)警及自動(dòng)停機(jī)現(xiàn)象的發(fā)生，提出以下幾點(diǎn)的改進(jìn)建議：

1）主機(jī)海水冷卻系統(tǒng)海底門(mén)格柵開(kāi)口面積設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)留一定的余量，海水總管管徑的計(jì)算、選取也需考慮余量。另外，在滿足規(guī)范的前提下，為避免“搶水”現(xiàn)象的發(fā)生，向主機(jī)提供冷卻海水的管路獨(dú)立，其他設(shè)備供水口應(yīng)盡量遠(yuǎn)離；

2）對(duì)于機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)，機(jī)艙風(fēng)量計(jì)算及風(fēng)機(jī)選型、進(jìn)風(fēng)格柵、出風(fēng)道的面積應(yīng)考慮足夠的余量，風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)速盡可能低，宜設(shè)置獨(dú)立的支管靠近、正對(duì)主機(jī)增壓器通風(fēng);

3）海底門(mén)尾部設(shè)置適當(dāng)高度的檔水板。在船舶高速航行時(shí)可以將海底門(mén)的部分海水?dāng)r截在海底門(mén)中，以改善海底門(mén)供水問(wèn)題。但加裝了攔水板也將會(huì)增加船體的附加阻力，擋水板高度設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮所增加的阻力對(duì)于航速的影響；

4）航行試驗(yàn)前務(wù)必對(duì)海底門(mén)、格柵、熱交換器、濾器、閥附件等進(jìn)行徹底的清潔工作，尤其是建造周期較長(zhǎng)的船舶更應(yīng)如此。

7 結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要介紹某國(guó) 5 2 m 巡邏艇試航過(guò)程中出現(xiàn)的動(dòng)力系統(tǒng)故障問(wèn)題及其原因排查過(guò)程，希望為類(lèi)似船艇設(shè)計(jì)及建造工作提供有益的幫助。