几例船舶主机故障现象及其分析.docx

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几例船舶主机故障现象及其分析

几例船舶主机故障现象及其分析

论文：

船舶主机故障现象及分析

内容提要

主机运行状态与船舶安全营运密切相关。

特别是在一些特殊海域、贸易繁忙的港口以及在狭窄的内河航道机动航行时，主机的运行装态往往对船舶安全起到至关重要的作用。

因此在船舶航行中，保持主机良好的运行状态，及时、有效的处理主机的一些突发故障，不仅可以避免重大海难事故的发生，而且也是轮机员良好素质和适任能力的体现。

本文介绍了船舶主机的几例故障现象，并对这些故障的原因进行了深刻分析，并提出了处理办法及注意事项，说明了有效的维护是船用设备可靠工作的必要保证。

本文的内容主要包括以下几个方面：

1、主机增压器故障，描述了故障现象，并对故障进行了简单分析。

2、主机空冷器故障，描述了故障现象，并对故障进行了简单分析。

3、主机排气高温故障，描述了故障现象，进行了故障分析。

并根据不同情况分别分析了出现排气高温故障的原因，然后依据造成高温故障因素的不同给出了相应的处理办法。

4、主机扫气箱着火故障，描述了故障现象，进行了故障分析，并给出了预防措施。

关键词：

船舶，主机，故障，分析

船舶主机几例故障现象分析及处理办法

1主机增压器故障

1.1故障现象

某集装箱轮，1996年中国制造，主机是WARTSILA机型，主机出厂不到一年，增压器的滑油经常变黑，公司安排专业人员拆检两次，更换油封和轴承，问题还是没有解决。

就这样维持运行了将近一年，直到最后增压器完全损坏为止。

1.2故障分析

增压器转子是高速运行的机件，本故障中由于润滑油变黑引起轴承损坏，是增压器损坏的直接原因。

而引起增压器滑油变黑的可能原因有：

温度太高而变质，作为水冷式增压器可能是冷却水温过高或冷却流量过小；

增压器涡轮端的气封和油封损坏，造成主机排气漏入轴承箱污染了滑油。

进厂检修时，首先排除了增压器涡轮端气封和油封损坏的可能性，然后松开增压器冷却水水管接头，发现水量充足，因此判断故障的原因应是进口水温太高。

通过仔细观察，发现增压器的冷却水是来自冷却了缸套和缸盖的循环水，这样增压器进口的水温就比较高，可能引起增压器高温，导致滑油变黑。

分析认为，可能是安装时没有考虑增压器滑油的工作极限温度，导致冷却水进、出管接反。

修改后将增压器的冷却水改为直接由主机进水口供给，出机后汇入主机淡水泵进水总管，这样由于淡水进机温度较低，滑油就不会因高温而变质，实践证明，改装后的增压器一直工作正常。

2主机空冷器故障

2.1故障现象

某集装箱轮，1997年德国制造，主机是MARK机型。

某航次航行途中，发现主机增压器转速不高，扫气压力降低，排温升高。

由于主机负荷加不上去，因此船舶只能维持在一个适当的速度航行,导致整个航期延长。

2.2故障分析

本故障表现的主要现象是扫气压力降低和增压器转速降低，而导致主机增压器转速不高和扫气压力降低的共同原因可能有：

增压器进气滤网脏堵；

增压器的压气机效率下降；

增压器的涡轮效率下降；

空冷器的空气侧脏堵。

通过对相关设备的逐一排查，发现原因是空冷器的空气侧脏堵，因此临时的做法就是每次到港后，用安装在进气管中的喷淋设备进行清洗，以维持船舶正常航行，但效果并不明显。

到后来不得不用挡板挡着机舱进风筒的风，直接对着增压器进气口吹，以便使主机排温下降以维持到港。

当公司确认故障无法排除后，到某个港口更换了空冷器，更换后，主机运行正常。

对换下的空冷器进行拆检,发现其空气侧非常脏，原因可能是前面船员没有按要求对空冷器进行清洗，以致积垢越积越多，越积越难清洗，最后导致本故障发生。

对其清洗时，首先用钢板钻孔制作盖板两块，将其装在空冷器空气侧的进、出口两边，然后接上软管和水泵，泵入加有清洗剂的清洗水，这样循环冲洗了两天，冲洗出的脏物有一桶多。

后来公司其他的船舶发生类似故障时，将空冷器以此办法进行彻底清洗，装上后效果非常好。

3主机排气高温故障

对同一台柴油机而言，排气温度的高低在一定程度上反映了缸内负荷的大小与燃烧质量的好坏。

柴油机排气温度过高，不但标志热负荷过高，而且还会引起经济性和可靠性下降。

因此，排气温度通常用来衡量柴油机热负荷的大小，是柴油机运行管理中须重点监测参数，也是柴油机性能分析的重要依据。

船舶柴油机排气温度过高影响柴油机的正常工作，如造成排气管变形破裂漏气，成为火灾的隐患；破坏润滑油膜，加剧发动机活塞与气缸的磨损；同时造成机舱环境污染，影响工作人员的正常工作。

为了保证柴油机的可靠运转，排气温度的数值不应该超出说明书的规定值，并且各缸的排气温度应该基本保持一致。

3.1排气温度过高故障现象

某轮船的主机是苏尔寿柴油机，型号为6RTA-48，是采用废气涡轮增压和直流扫气形式的单作用二冲程柴油机。

育龙轮在从上海到新加坡的航行期间,发现主机的排气温度逐渐上升，由原来正常运行时排气温度的360~380e升至400e，个别缸甚至达到了450e，平均升高40~50e，排气总管的温度达到500e甚至是510e，说明书排气总管的报警温度为515e。

虽然该温度没有超过理论上船用柴油机排气温度的最高值，但根据该机的运行参数及实际的设定工况，排气温度如此升高，是一种不正常的现象。

于是将主机微微降速，以稍低的速度航行到港。

经过反复地检查排除，确定是增压器废气涡轮端脏污造成的，清洗后，主机整体排温下降。

但在紧接着的航次，在热带海域航行时，1号缸与3号缸排气又出现了高温，温度分别是440e、430e。

3.2排气温度过高故障原因分析

船舶柴油机排气温度过高的根本原因是燃烧不良而造成的后燃增加和在气缸中未能完全燃烧的燃油在排气管中的二次燃烧。

排气高温分为两种情况，一种是整体排气高温，另一种是单缸排气高温。

在此次故障中就出现了两种情况。

下面就两种不同情况进行分析。

3.2.1整体排气高温

（1）环境因素

机舱温度上升，则进入压气机的空气温度上升。

海水温度上升，使空气冷却器的冷却效果变差。

这时进入气缸的空气温度升高，密度下降，空气实际量变少，燃烧变差，产生后燃或者是未燃尽的燃气在排气管中的二次燃烧，所以排气温度上升。

（2）柴油机超负荷

当船舶满载，顶风，污底严重时，因阻力增大，主机负荷增大。

柴油机在低转速高负荷运转时，气缸耗气量降低而循环喷油量增加，使过量空气系数降低，燃烧不良造成后燃增加或燃油在排气管中发生二次燃烧，排气温度升高。

（3）燃油质量太差或燃油黏度太大

当燃油质量太差或黏度太大时，会造成喷油器雾化不良，使滞燃期变长，燃烧粗暴，后燃增加，排气温度上升。

（4）整体喷油定时错误

如果整体喷油定时错误，致使喷油提前角减小，因着火前缸内温度与压力已下降，而使滞燃期变长，最高燃烧压力降低，后燃增加，排气温度上升。

（5）空冷器故障

空冷器的传热主要是以对流、导热形式对来自压气机的增压空气进行冷却的。

实际使用中，由于空冷器实际壁面随着使用时间而增厚，且增厚部分的主要成分几乎全是油性混合物，其导热系数很低，使热阻增大，传热系数降低，因而实际传热量大大减少，冷却效果变差，使进入扫气箱内的空气温度升高，有关试验表明，进气温度增加1e，则循环温度增加3e。

同时，由于扫气箱容积是不变的，则在温度升高的前提下势必造成实际进机空气密度下降，空气质量减少，从而引起燃烧恶化（供油量不变，供气量少，达不到完全燃烧的过量空气系数），形成后燃，甚至后燃延续到排烟管内仍在进行，致使排烟温度大大升高。

另一方面，因流道的脏堵，流经空冷器的空气流量大大下降，也导致供气量减少而更加剧上述状态的恶化。

（6）进气不畅和排气不畅

增压系统中容易脏堵的部件是进口滤器、压气机叶轮和扩压器、空气冷却器、气缸扫气口和排气门、涡轮的喷嘴环和叶轮。

压气机进口滤器堵塞、压气机叶轮脏堵、扫气箱漏气、扫气箱单向止回阀失效、扫气箱放残阀常开等会造成进气不畅，使进气减少，从而使燃油燃烧不充分，造成后燃增加,甚至是在排气管继续燃烧，引起排气高温。

增压系统中的增压器涡轮端脏污、喷嘴环受热变形、排气流道脏堵（废气锅炉烟道堵塞）等会造成排气不畅，使排气背压升高，减少新气的进气量。

在这种情况下，燃油燃烧不充分，加上逐渐积累的排气，使排气温度逐渐地上升。

3.2.2单缸排气高温

（1）单缸超负荷

高压油泵油量调节齿条调整不当，高压油泵齿条卡住等故障可能使单缸供油量增大，使单缸超负荷，单缸排气高温。

（2）喷油器故障

喷油器喷嘴滴漏或雾化不良，二次喷射会造成滞燃期变长，燃烧粗暴，使燃油喷入气缸后，不能立刻完全燃烧，造成后燃增加，甚至未完全燃烧的燃油在排气管中二次燃烧；喷油器启阀压力调整不当，若启阀压力过低，使喷入气缸的燃油过多，使过量空气系数下降，燃烧不充分，造成后燃增加或排气管的二次燃烧，使排气温度升高；若启阀压力过高，则使喷油提前角变小，着火前缸内温度与压力已下降，而使滞燃期变长，最高燃烧压力降低后，燃增加，也有可能使排气温度上升。

（3）气缸压缩压力降低

活塞环失效、排气门密封不良或开度不足、排气门定时不正确、气门间隙调整不当、活塞头部烧蚀、气缸过度磨损等都会使气缸漏气，过量空气系数减少，燃烧不充分，同时压缩压力下降，也使最高燃烧压力降低，后燃增加，从而使排气温度上升。

3.3排气温度过高故障分析与处理

3.3.1整体排气高温故障分析与处理

根据故障原因分析，首先，主机没有超负荷运行，育龙轮的船底刚刚被清理过，当天也没遇到大风浪。

燃油是由正规厂家提供，质量一般不会出现太大的问题，燃油的黏度也在正常范围内。

对扫气箱、扫气箱单向止回阀、扫气箱放残阀进行检查,未发现异常。

对整个增压系统进行了如下冲洗：

（1）对压气机进气滤网进行重新拆开清洗；

（2）分别对空冷器的空气侧和水侧进行清洗。

空气侧进行如下处理：

将除炭剂与水按比例混合，然后加热至55e左右，将空冷器浸泡约24h，浸泡时用压缩空气吹搅，然后用清水冲洗，拆下空冷器下部专用盲板放净存水，最后再用压缩空气吹干。

水侧进行了如下处理：

关闭冷却水进出口阀，打开端盖上的泄放阀，将冷却器内的水泄放掉。

打开端盖，仔细检查端盖、冷却水管、管板等部件的腐蚀情况，观察在正常范围内后，利用专用的清洁工具清洁。

更换端盖上的防腐块，重新涂防腐层。

（3）对扫气箱进行清洁，铲除积存的油污。

（4）对废气锅炉的烟道进行检查，并对废气锅炉进行彻底地吹灰。

（5）由于育龙轮上增压器解体清洗是由厂家进行的，所以对增压器只是进行了常规清洗，因为增压器的一些仪表例如转速探测器出现损坏，将无法准确判断清洗后的工作状态，但根据经验判断，增压器的工作状态不是很好，所以初步判断排气温度的主要原因就是增压器涡轮端的脏污所造成的。

后来到了国内厂家对增压器涡轮进行解体清洗，发现涡

轮端脏堵，一些喷嘴环部分叶片出现了变形。

经过整修后，整体排气温度明显下降了。

3.3.2单缸排气高温故障分析与处理

几种可能原因的检查：

（1）检查排气阀的工作状态

在气阀机构中，气阀和阀座是工作条件最恶劣的零件。

气阀阀盘和阀座底面是燃烧室壁面的一部分，受到燃气高温、高压的作用，特别是排气阀,由于受到排气气流的加热，温度很高。

气阀在关闭时，与阀座发生撞击与磨损，在撞击中，由于阀和座的弹性变形、气阀的振动及气阀弹簧螺旋线的扭转作用，会使阀面和阀座产生锲入性和扭转性滑移。

这种滑移使阀面和座面间产生干摩擦，阀面和座面上剥落的金属颗粒、灰分、碳粒又变成磨料加重磨损。

燃烧产物对气阀和阀座有腐蚀作用，特别是燃用重油时，由于重油中含有较高的硫、钒及钠等，燃料燃烧后生成硫、钠、钒的氧化物及这些氧化物生成的盐和聚合物，在排气时其中一部分沉积到气阀和阀座上，使气阀和阀座接触不良，并对金属起腐蚀作用，使阀面和座面上出现凹坑，造成漏气和烧损。

依照故障情况分析，排气阀存在问题的可能性较大，对1号和3号缸的排气阀予以换新,观测拆下来的排气阀，并没有发现明显的烧蚀、磨损现象，表明排气阀工作状态没有问题。

（2）喷油器的检查

从1号、3号缸喷油器的检查记录可知，这两缸的喷油器工作时间都没有超过期限。

接着对喷油器进行了雾化试验，试验时，将启阀压力调到规定值，然后以40~80次/min的速度进行喷雾试验，喷雾质量要符合以下要求：

（1）喷出的燃油应成雾状,无肉眼可见的飞溅油粒、连续油柱和局部浓稀不均匀的现象；

（2）喷油开始和终了时声音清脆，喷油迅速利落；（3）喷油开始前和终了后不得有渗漏,但允许喷孔周围有湿润的现象。

然后根据试验时雾化的形状、分布（如图1）等检验喷油器的质量。

图1几种喷油器的喷雾情况

试验发现1号缸喷油器完全正常，3号缸喷油器出现滴漏情况，雾化形状如图1中的c图。

将3号缸的喷油器进行更换后，3号缸的排气温度明显下降。

（3）气缸、活塞密封状况检查

检查活塞环的工作状态有两种方法：

一是通过扫气口检查，二是吊缸检查。

吊缸工作麻烦且劳动量大，而扫气口检查，既直接、简便又经济，而且能获得可靠的活塞环工作状况，所以采用通过扫气口检查的方法。

其步骤如下：

（1）柴油机停车一段时间后，拆下扫气箱上操纵侧的气缸观察孔盖板并清洁检查孔。

检查中应使冷却油保持循环，以便检查是否存在漏油现象。

关闭主起动阀，起动空气啮合盘车机盘车，使活塞处于下止点位置，由此位置开始检查。

（2）做好照明准备工作、并且同时有人配合记录及准备盘车。

（3）当活塞上行，通过扫气口时，用布清洁活塞头，活塞环和活塞裙部，仔细观察活塞环的工作表面及工作情况。

（4）用木棒触动活塞环，检查有无故障（黏着、咬死、折断）现象。

检查结果：

3号缸用木棒触动活塞环，稍稍用力压缩活塞环，木棒远离后，活塞环弹回，环在环槽内活动自如，说明活塞环没有因为环槽内积炭较厚而黏着。

并且，活塞环弹性良好，没有裂纹、折断及弹性丧失现象；再用肉眼观察，可见活塞与气缸套工作表面光亮湿润。

说明3号缸活塞环与气缸的密封状况良好。

而1号缸环表面干燥发黑且气缸壁上也有大面积干燥发黑现象，说明1号缸活塞环漏气，更换1号缸的活塞环后，1号缸的排气温度也恢复了正常。

3.4小节

柴油机排气温度过高的原因较多也较复杂，多方位耐心分析排查，找出主要原因，是排除故障的有效途径。

为了减少和及时地发现排气温度过高这个故障，建议：

（1）注意控制柴油机负荷，尽量避免柴油机超负荷运行。

（2）严格执行管理制度，定期检查清洗空气滤器、增压器压气机端和废气涡轮端、废气锅炉、空冷器；定期拆验喷油器，进行压力试验，定期检查气阀机构，及时调整气阀间隙。

（3）轮机管理人员应严密监视各缸排气温度,各缸温差按说明书规定在50e左右。

（4）对监测仪表小心保养维护，对损坏的仪表应及时更换；各种检修纪录及运行状况记录完善,这对故障的发现和分析排查非常重要。

4主机扫气箱着火故障

二冲程柴油机扫气箱着火是船舶航行过程中常见的故障之一，威胁着机器和人身的安全，给船舶和公司造成较大的经济损失。

因此，在柴油机日常维护保养方面应采取有效的预防措施，保证柴油机正常的运行工况。

4.1故障介绍

某轮主机UEC52/125H、二冲程、定压增压、直流扫气、5888kW，150r/min。

2008年12月连续发生2起严重的机损事故。

当发生扫气箱着火时，机舱值班人员迅速将油门拉至停车位置，并用蒸汽灭火，与此同时首先听到的是增压器发出尖锐的声音（飞车），接着连续的几声爆炸声并有黑烟冒出。

从机损情况看，增压机叶轮、止推环及压气端蜗壳被打坏，这是由于爆炸产生的侧向推力将转子推向压气端所至。

同时，排烟管内的爆燃导致排烟管4个膨胀节破裂。

船上原遗留多个损坏的增压器止推环，且排烟管的膨胀节有几个已经被原船东用电焊焊死，说明这个故障在原船上已经发生过不止1次。

4.2故障分析

故障的原因是由于主机扫气箱着火后使气缸燃烧不良，排烟温度升高，主机转速降低，调速器瞬间加大油门以维持主机转速，更加剧气缸燃烧的恶化，产生大量未完全燃烧的可燃油气混合物。

这些可燃气混合物在排烟管和增压器的废气端继续燃烧和爆炸，在短时间产生大量的能量导致增压器飞车和损坏。

扫气箱着火必须同时具备三个基本条件：

氧气、大量可燃物积聚及有高温热源存在。

可燃物和氧气主要是由于主机燃烧不良或增压空气中混有油气，高温热源来自气缸燃气漏泄或扫气压力过低的排气倒流。

事故发生后，公司通过安排船舶吊缸检查，帮助船舶分析排除可能引起主机扫气箱着火的因素。

（1）该轮每航次都在台湾加装运动粘度为180mm2/s的燃油，及时对船舶保留的油样进行

化验，化验数据显示油质没有问题。

在燃油的使用管理方面，船舶也加强了对燃油过滤净化环节的管理，并适当提高了燃油的雾化温度。

柴油机运行过程中测量的热工数据（排烟温度的变化，纯压缩压力、爆压的变化）显示主机工况是正常的。

（2）事故发生后，公司要求船舶轮机部对主机高压油泵进行抽检，定时正确，没有发现明显的问题。

对主机所有喷油器偶件重新研磨、泵压检查,并适当调高了喷油压力，装机使用。

随船供应了3只UEC原厂标准孔径喷油器，原厂喷油器装机后，从实际使用效果看，与国内配套厂的喷油器相比有较大的改善。

船舶配备的雾化试验台过于简陋，无法区别其雾化的效果。

（3）事故发生后，安排对主机6个气缸进行全面的吊缸检查，吊缸报告显示主机缸套状态良好,磨损都在0.8mm以内，无明显的圆度误差。

扫气口检查清洁，结炭不严重。

活塞头表面没有明显的腐蚀、穿孔，活塞头状态正常。

吊缸时对活塞进行了泵压试验，活塞表面和环槽处未发现滑油漏泄。

抽取3#缸的活塞头进行解体检查，未发现其内部有异常情况。

活塞无明显的圆度和圆柱度误差，符合说明书要求。

第一道活塞环半干，其余各道活塞环表面湿润，活塞环与环槽活络，状态正常。

（4）检查增压器发现，增压器涡轮端喷嘴环有轻微变形，导致增压器转速不足，增压器转速表的读数也显示其转速不足，导致辅助鼓风机长时间持续运转。

UEC52/125H主机供油提前角为7b，气门开启为下止点前70b，扫气口打开为下止点前39b。

UEC系列柴油机对燃油雾化燃烧要求比较高，要求在较短的时间内彻底完成燃烧过程，否则容易引起因后燃导致的扫气箱着火。

由此发现：

由于增压器转速不够，导致增压压力较低，空气量不足，使燃油无法在气缸内完全燃烧；喷油器喷射雾化不良使油雾产生后燃现象，最终导致扫气箱着火。

在船舶主机变工况运行条件下，减速过快会造成增压器与柴油机暂时失去匹配，造成增压器喘振，燃烧不良的情况更加严重。

UEC系列的其他柴油机如UEC52/105D柴油机也经常发生扫气箱着火事故，但由于其采用脉冲增压，排烟管互不干扰，不会引起增压器爆炸。

UEC后续推出的LA和LS系列长行程柴油机，转速降低，行程膨胀充分，已很少发生扫气箱着火事故。

4.3预防措施

根据以上分析，认为对UE-D和UE-H系列柴油机的管理应着重采取以下几点措施：

（1）喷油器保持燃油良好的雾化质量。

缩短油头检查周期，喷油器应每月检查、泵压一次，检查油雾的喷射角和贯穿力，确保良好的雾化效果。

对喷油器来源地应有记录，有条件的话尽量使用原厂的喷油器及其配件，对配套厂的喷油器应重点跟踪检查。

对发现扫气箱火星较多的缸更应及时抽检。

（2）柴油机保持较高的扫气压力注意观察增压器的转速和扫气压力，如有下降应及时报告。

增压器长期工作，轴承磨损，使叶片与喷嘴环间隙过大；喷嘴环的喷嘴会因燃气冲刷而变形扩大。

可通过更换轴承，调小叶片与喷嘴环间隙，调小喷嘴出口或更换内径小的喷嘴罩等方法适当提高透平转速，提高扫气压力，

修，中冷器清洗，提高扫气压力；使用原厂喷油嘴改善燃油的雾化质量，按维护周期（800~1000h）进行更换测试。

目前，该轮主机工况已经有了初步的转好。

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