船舶发电柴油机的管理与典型故障分析
发布时间:2009-03-05 浏览次数:1837
摘要：对比雅马（YANMAR）、大发（DAIHATSU）和瓦锡兰（WARTSILA）3种典型型号船舶发电柴油机的技术特点；分析典型故障；提出管理建议，减少机械事故的发生。
关键词：辅机 比较 故障 分析
0 引言
目前，我国远洋船舶使用的发电柴油机主要是YANMAR、DAIHATSU和WARTSILA这3类型号。中远散货运输公司“晶莹海”、“安琪海”等轮的发电柴油机为YANMAR M200L，“泰谷海”“、泰山海”“泰安海”、等轮的发电柴油机为DAIHATSU 6DSD-22。WARTSILA 4L20型发电柴油机在90年代后期配船较多，如“许昌海”轮。三种发电柴油机的结构、功能、技术特点不尽相同，相应的使用和管理也有不同的特点和要求。笔者先后在“泰谷海”、“晶莹海”、“许昌海”等轮任职，经历多次典型故障的维修，对这3种发电柴油机有了一些体会。
1 3种主流型号辅机的总体介绍
1.1 燃油系统
1.1.1 燃料
YANMAR M200L（“晶莹海”轮，1986年9月下水）：原船设计可烧轻油和重油，配有燃油自动转换系统和燃油改质器。2003年7月，由于
1、3号发电柴油机连杆轴承连续出现抱轴烧瓦，改用轻油。
DAIHATSU 6DSD-22（“泰谷海”轮，1988年6月下水）：以烧轻油为主。
WARTSILA 4L20（“许昌海”轮，1997年9月下水）：以烧重油为主，属经济型，配有应急轻油转换管路和重油循环加热模块。
1.1.2 油头、高压油泵和燃油泵
YANMAR M200L：由于加装了高压油管保护套，使更换油头的工作变得不方便。烧轻油时2000h拆验，油头的密封和雾化能保持良好。高压油泵一般无卡死现象，高压油泵漏油会漏至油泵外面，不会经滚轮凸轮进入油底壳。包括燃油泵、摇臂油泵、高压油泵、冷却油泵等组合泵的轴封漏泄易造成机油被污染。组合泵的泵轴容易被磨出凹痕，而新型泵轴无定位螺钉，容易窜动。轻重油经常转换，易出现杂质而使油封出现漏泄。供油定时的调整可通过升降高压油泵下面的调整螺丝单缸进行。烧重油时，辅机循环泵和供给泵运转，烧轻油时则单走一路，自轻油日用柜直供轻重油转换阀经滤器到组合油泵。
DAIHATSU 6DSD-22：油头附件较多，冷却油及燃油的进出油管均设在油头的上部，高压油管保护套的配装合理。油嘴的密封和雾化不太理想。摇臂泵单独设计轴带，燃油泵轴封如果漏泄则漏至机体外，肉眼可直接观察。摇臂油被燃油污染是常见故障，多为油头冷却油泄露。供油定时的调整可单缸进行，拆掉高压油泵通过加减顶杆上的垫片可以调整定时。
WARTSILA 4L20：整个设计紧凑，高压油管保护套设计合理。有的船曾出现过油头压得过紧而将油嘴下面缸头部分压入气缸内的故障，原因是油头热胀冷缩将缸头部分顶裂。换油头时，应先将油头放入，预热一段时间后，按说明书力矩要求上紧。高压油泵容易卡死，说明书对此的说明不详细，只介绍了正常的解体程序，卡死时则要整体拆解，工作量很大。燃油模块的加热器容易漏泄，可通过加热器的回汽放残考克检查。供油定时单缸无法进行调节，通过转动整个凸轮轴调整整体定时。
1.2 机油系统
YANMAR M200L：干式油底壳。带预润滑油泵，机油泵轴带，传动齿轮系统注油润滑。泵前有粗细滤器，并配有小离心滤器。油冷却器海水冷却，设有自动调温及手动转换。滑油自油泵通过主轴承下瓦盖进入主轴承，经曲轴的油腔到曲柄销，到连杆大端，经连杆到小端，每缸下部设有油泵嘴，在活塞运动过程中喷入活塞冷却；另外滑油经各个注油点对齿轮及凸轮润滑。
DAIHATSU 6DSD-22：干式油底壳。无预润滑油泵，起动前需摇动手摇泵。轴带机油泵，通过传动齿轮箱传动，齿轮箱单独补油润滑。配有CJC滤器。油冷器海水冷却。滑油自油泵到主轴承上瓦盖，经曲轴的油腔到由柄销，到连杆大端，经连杆到小端，到活塞；另外滑油经各个注油点对齿轮及凸轮润滑；一路去调速器。
WARTSILA 4L20：湿式油底壳。带预润滑油泵，机油泵浸入油中。机油滤器为纸质一次性使用，耗量大，特别在变负荷情况下（如船吊装卸货期间）。配有小离心滤器。低温淡水冷却。滑油自油泵到主轴承下瓦，经曲轴的油腔到曲柄销，到连杆大端，经连杆到小端，到活塞；一路到摇臂机构后，经注油点到凸轮；一路到透平增压器；另外经注油点对齿轮润滑。平衡轴浸入油中。
机油的污染程度在船上可以作简单分析：取机油滴在滤纸上，正常情况下油迹扩散均匀；如果含有水则速度快而且不均匀。通过闻可以判断是否混入燃油，燃油的气味明显异常。
1.3 冷却水系统
YANMAR M200L：淡水泵轴带，轴封外观可见，轴封漏水漏到机体外，不会进入机体内，冷却器自动调温。淡水冷却缸套、缸头及透平。空冷器海水冷却。
DAIHATSU 6DSD-22：淡水泵轴带，轴封外观可见，轴封漏水漏到机体外，不会进入机体内。淡水冷却缸套、缸头及透平。空冷器海水冷却。
WARTDSILA 4L20：淡水泵轴带，轴封外观可见，轴封漏水漏到机体外，不会进入机体内。
低温淡水冷却空冷器及机油冷却器，配自动调温系统，根据负荷调节，因为船上的负荷达不到85%，所以现在多改为手动调节。高温水冷却缸套、缸头及透平。
1.4 起动系统
YANMAR M200L：气动，配有空气分配器和缸头起动阀。
DAIHATSU 6DSD-22：气功，配有空气分配器和缸头起动阀。
WARTSIL A4L20：气动，配有起动马达。
2 典型故障分析
2.1 YANMAR M200L
2004年1-5月“晶莹海”轮
3、1号发电柴油机相继出现连杆轴承抱瓦烧轴故障。后经董氏镀铁修复，报告数据显示损坏曲柄销椭圆度很大。各缸连杆上瓦露铜严重。我在接班时（2004年11月）1号发电柴油机2缸已抱瓦，开始大修，并于开航前完成试车。3号发电柴油机因为船期的原因维持现状，第5缸曲柄销出现椭圆度较轻，短期使用100h换连杆轴瓦。后来船回青岛3号发电柴油机大修。
1号发电柴油机大修运行，透平工况不好，解体发现涡轮端很脏，喷嘴环有不同程度的烧蚀，装复后效果明显好转，排烟温度也降下来了。为查找故障原因，我们将运行中的发电柴油机换用重油。说明书中要求30%负荷下应换用轻油并尽量避免低负荷运转，实验所示70%负荷烧重油也无异常，说明书要求停车前换轻油运行30min。检查连杆轴瓦也无露铜，但是再次起车后，有游车现象发生，而此时烧的仍是轻油，起动时个别缸有爆燃现象，发出“啪啪”声，吃负荷后游车现象逐渐消失。判断燃油雾化不良，个别缸不发火或间歇发火，运转不稳，致使转速波动，冒黑烟。正是这个过程中爆燃使曲柄销受到冲击，轴瓦失去弹性，露铜发生。船上实际保护工作只是换轴瓦，长时间造成了曲柄销的椭圆度。停车时，燃油不能在管路中形成充分的循环，大部分油在主油路的回流调压管中回流，而油头的设计是非循环的，高压油泵也只有在运行中才有回流。当烧轻油时，以上现象基本消失，再次说明重油换用轻油过程中换油不彻底是根本原因。
笔者建议：
（1）恢复烧重油应拆检轻油重油转换阀，保证开闭良好；
（2）停车前用轻油多运行一段时间，起动前多冲车；
（3）经常拆检连杆瓦，观察是否露铜，及时换瓦，做到“宁耗瓦勿伤轴”。具体工作：拆掉油头，将曲柄销盘至适当位置，用专用工具自装油头处穿过缸头将活塞吊住，配合盘车，将连杆瓦取出；
（4）定时测量爆发压力，形成连续数据化观测，养成及时调整的习惯
2.2 DAIHATSU 6DSD-22
2003年11月“泰谷海”轮
3、1号发电柴油机连续出现No.4缸主轴承损坏故障。1号发电柴油机第4道主轴承上瓦盖震裂开，轴瓦烧，3号发电柴油机第4道主轴承抱瓦，轴颈烧损。接班时（2004年12月），生产厂家陕西柴油机厂2名工程师到船，曲轴及机座和机架送董氏镀铁修理。6DSD型发电柴油机第4道主轴承出现此类故障已经不是第1次了。陕柴的工程师介绍机座轴承孔在制造时定位后一刀切过，设计上上瓦盖安装在机座上是没有齿型定位的，因此上瓦盖的安装很关键，上瓦盖与机座的间隙左右测量以3丝为宜，不能超过5丝，而在实际过程中这一数值比较难控制。机油自上瓦盖进入对主轴承润滑。通过后来的管理实践，我对此种发电柴油机有不同的认识。6DSD的转速为900rpm，发火顺序为1-2-4-6-5-3-1，单缸平衡。根据柴油机曲柄连杆机构的运动理论可知，这种发火顺序的设计本身存在着缺陷。作用在曲柄连杆机构中的不平衡力和力矩是引起柴油机振动的震力源。对多缸柴油机来说，柴油机的离心力和1次2次往复惯性力矩不平衡。6DSD采用各缸平衡法来平衡每个曲柄的离心力，但是曲柄的排列方式和发火顺序的设计导致处于中心位置的第4道主轴承工作条件恶劣，振动交替变化，挠曲变形，长期运转产生疲劳，轴瓦失去弹性，一旦碰到突加负荷时，主轴瓦的油膜被破坏，干磨发生，严重时会烧瓦抱轴，高速运动中振动和摩擦产生的热量最后会波及瓦盖和机座使之破坏。查看以前的记录基本上是损坏-修理-使用-损坏-再修理。厂家介绍此种机型已经停产，这不能不让人考虑到设计的弊端。而中散公司“沱海”、“漫海”等轮装配的6PSHTC-26H型发电柴油机从未发生此类故障，其发火顺序为1-5-3-6-2-4-1。船上监控的手段有限，能做的是控制好机油的质量，勤检查，早发现故障的苗头。笔者建议：
（1）及时清洗机油滤器，发现异物如脱铅等应停用检查，力争将事故损失降到最小；
（2）及时检验，更换机油，保证CJC滤器运转；
（3）每次周期检查要测量开档并分析，形成联续的数据化观察；
（4）用塞尺测量上瓦盖与机座之间的间隙看是否超标。
思考：此型发电柴油机的凸轮轴各凸轮可以单独调整，那么是否可以改变一下发火顺序呢?这需要在实验台上做论证。
2.3 WARTSIL A4L20
由于装配了新型的BBC公司的TPS48型透平，改变了过去那种隔三差五解体透平的状况，但是因为烧重油的原因，周期解体时喷嘴环仍有烧蚀现象。
机油污染多数是由于燃烧高压油所致。检验办法是停掉预润滑油泵，将各个凸轮擦干净，盘车。如果高压油泵漏泄则会从燃油滚轮处有燃油滴下，气味不同于机油。另外更换油头时，密封环要换新。说明书介绍吊缸时要对缸套进行珩磨，缸套内表面不要求光滑，作为阻挡燃烧产物进入底壳的第一道关，这是不同于其他型号发电柴油机的。
以前出现的大故障如“伸腿事故”多数是由于连杆螺栓的安装问题，或者是连杆螺栓质量有
问题。公司多次发布通报及技术指导，现在这种事故很少见了。需要提醒的是中文版本说明书同英文版本说明书连杆螺栓的上紧力矩不一致，建议以英文版本为主。高压油泵卡死是我遇到的常见故障，说明书不赞成卸载后的空转运行，但是卸载后马上停车，高压油泵卡死的机率很大，“许昌海”轮几次卡死情况均是这样。后来我们将空载运行延长5min，卡死现象减少了，判断是高压油泵柱塞热胀冷缩的缘故。
笔者建议：
（1）周期检查时，每次测量连杆螺栓的伸长量，形成连续的量化检测，发现异常及时用液压工具检查；
（2）勤洗小离心滤器，船在吊装卸货期间坚持每天清洗，可以延长机油纸滤器的使用寿命；
（3）虽然可以遥控起车，除非情况特殊，最好起动前冲活车；
（4）由于不能单缸调整定时，当排烟温度相差大时，及时调整油门，测量爆发压力，换油头。
小结
上述故障伤到曲轴，维修量大，费用高。只有结合不同型号辅机的特点，正确的管理和维护，才能有效的减少机械事故的发生。
作者：王连海 来源：天津航海
