導(dǎo)讀

　　柴油機(jī)燃油系統(tǒng)中高壓油泵是非常重要的部分，高壓油泵通過(guò)柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將低壓燃油變成高壓燃油，以保證足夠的噴油壓力，其工作可靠性直接影響柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性。

　　本文介紹了某改造船兩臺(tái)副機(jī)高壓油泵柱塞彈簧損壞的故障現(xiàn)象，通過(guò)細(xì)致的分析各方面因素對(duì)故障的影響，結(jié)合本船實(shí)際改造情況，最終排除了故障，保證了設(shè)備的正常運(yùn)行。

　　一、船舶和設(shè)備概況

　　某改造船舶主要參數(shù)見(jiàn)表 1。

　　

　　三臺(tái)副機(jī)主要參數(shù)見(jiàn)表 2。

　　

　　

　　改造前由于船舶是在全球營(yíng)運(yùn)，所以燃油使用的是低硫燃料油(Low Sulphur Fuel Oil，LSFO)和低硫輕柴油(Low Sulphur Marine Gas Oil，LSMGO)，改造后因?yàn)榇皩⒅辉跉W盟排放控制區(qū)內(nèi)使用，所以使用的燃油改為只使用 LSMGO。

　　基于以上原因，船東安排服務(wù)商來(lái)船吊檢 NO.1 發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)和 NO.3 發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)，NO.2 發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)由于船員自己剛剛吊檢完成不久，沒(méi)有安排服務(wù)商再吊檢。

　　NO.1 發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)和 NO.3 發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)吊檢時(shí)更換了全部缸套、缸頭、噴油器、連桿螺栓、軸瓦和高壓油泵除殼體以外所有相關(guān)備件。

　　另外，由于船舶改造需要，對(duì)本船燃油系統(tǒng)的設(shè)備和管系做了較大的改動(dòng)，主要改動(dòng)如下。

　　本船原來(lái)主機(jī)和三臺(tái)發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)均由燃油系統(tǒng)的供油單元提供燃油。

　　供油單元由兩組一級(jí)濾器、兩臺(tái)燃油循環(huán)泵、兩臺(tái)燃油增壓泵、二級(jí)自動(dòng)反沖洗濾器、加熱器、黏度控制器、流量計(jì)等組成。

　　其中二級(jí)自動(dòng)反沖洗濾器精度為 10 μm，在原供油單元回油進(jìn)日用柜的回油管路上有壓力調(diào)節(jié)閥，可以保證閥前供油管路上的燃油壓力在一定的范圍內(nèi)。

　　這個(gè)壓力調(diào)節(jié)閥的設(shè)定數(shù)值可調(diào)節(jié)。

　　整個(gè)系統(tǒng)如圖 1 所示。

　　

　　▲圖1 改動(dòng)前原船燃油單元

　　由于本船以后只使用LSMGO，不再需要供油單元的加熱裝置等，所以設(shè)計(jì)公司拆除了供油單元。

　　主機(jī)和發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)分別由兩組泵直接供油，泵前加裝濾器，加裝的濾器精度僅為 320 μm，燃油日用柜和供油泵的位置也發(fā)生了變化，由原來(lái)的日用柜在供油泵的上一層平臺(tái)改為日用柜和供油泵在同一層平臺(tái)，改后的燃油系統(tǒng)回油管路沒(méi)有安裝調(diào)壓閥等裝置，只在回油管進(jìn)日用柜處安裝了一個(gè)手動(dòng)的截止閥，可以靠手動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)量粗略地調(diào)節(jié)燃油供油壓力，如圖 2。

　　

　　▲圖 2 改動(dòng)后燃油供油泵組

　　二、故障現(xiàn)象

　　在服務(wù)商完成吊檢兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)后進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)計(jì)劃每臺(tái)機(jī)逐漸加負(fù)荷到 100% 負(fù)載過(guò)程中發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，但當(dāng)三臺(tái)機(jī)都在100%負(fù)載運(yùn)行即將進(jìn)行并車(chē)試驗(yàn)時(shí)，吊檢后的 NO.1 和 NO.3 發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)突然出現(xiàn)連續(xù)幾個(gè)缸排煙溫度突然下降，繼而突然停車(chē)的故障，而之前船員自己吊檢的 NO.2 發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)卻運(yùn)轉(zhuǎn)正常，沒(méi)有出現(xiàn)類(lèi)似故障。

　　停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)排煙溫度不正常的幾個(gè)缸高壓油泵齒條卡死，拆檢這幾個(gè)高壓油泵后發(fā)現(xiàn)，柱塞、套筒和齒圈都有一定程度的磨損，高壓油泵柱塞彈簧斷裂，進(jìn)一步拆解兩臺(tái)副機(jī)所有高壓油泵擴(kuò)大檢查后發(fā)現(xiàn)，NO.1 和 NO.3 兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)共有 9 個(gè)高壓油泵柱塞彈簧斷裂，所有缸高壓油泵的柱塞，套筒和齒圈都有一定程度的磨損，如圖 3~ 圖 5。

　　

　　▲圖3 高壓油泵柱塞彈簧斷裂

　　

　　▲圖 4 高壓油泵齒圈損壞

　　

　　▲圖 5 高壓油泵柱塞磨損

　　三、故障可能的原因初步分析

　　根據(jù)相關(guān)原理分析可能造成高壓油泵柱塞，套筒和齒圈異常磨損，柱塞卡死進(jìn)而使柱塞彈簧損壞的原因有 5 種。

　　1、燃油質(zhì)量及濾器過(guò)濾情況等原因

　　由于本船發(fā)電機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)使用的是新加的LSMGO，有化驗(yàn)報(bào)告作參考，使用前所有管路，相關(guān)閥件和濾器都已串洗干凈，油的品質(zhì)也能保證，加之之前船員自己吊檢的 NO.2 發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，所以初步排除燃油質(zhì)量問(wèn)題。

　　考慮到柱塞，套筒和齒圈有一定程度的磨損，所以懷疑濾器過(guò)濾效果不佳，有雜質(zhì)進(jìn)入損壞柱塞及彈簧，但經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，雖然本船改造前供油單元二級(jí)自動(dòng)反沖洗濾器精度為 10 μm，改造后發(fā)電機(jī)供油泵前濾器精度僅為 320 μm，明顯過(guò)濾精度降低了很多，但是在燃油進(jìn)機(jī)前發(fā)電機(jī)本體還有一組燃油濾器，過(guò)濾精度為 25 μm，根據(jù)柴油機(jī)說(shuō)明書(shū)確定，只要所用燃油經(jīng)過(guò) 42 μm 濾器有效過(guò)濾后，都能達(dá)到使用要求。

　　拆檢這三臺(tái)機(jī)的濾器，發(fā)現(xiàn)濾器工作狀況良好，濾器前并沒(méi)有多少雜質(zhì)，經(jīng)過(guò)此濾器過(guò)濾的油可以滿足正常使用，不會(huì)造成此類(lèi)故障的顆粒磨損情況。

　　為了找出故障原因，船東安排在濾器后取樣，重新化驗(yàn)了所用的這種LSMGO，化驗(yàn)結(jié)果顯示此種 LSMGO 的各項(xiàng)參數(shù)都正常。

　　因此可初步排除是燃油質(zhì)量和改裝后濾器過(guò)濾精度的問(wèn)題。

　　2、副機(jī)燃油進(jìn)機(jī)壓力低的原因

　　根據(jù)日常經(jīng)驗(yàn)，在其他常規(guī)檢查之后，開(kāi)始考慮燃油系統(tǒng)改造對(duì)發(fā)電機(jī)造成的影響。

　　經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，副機(jī)燃油供油泵的出口壓力偏低，燃油系統(tǒng)改造前給發(fā)電機(jī)供油的泵在日用柜下一層平臺(tái)，供油泵的吸入端有一定的正壓，工作時(shí)泵的出口處壓力能保持在 0.4 MPa 左右，此時(shí)回油管路上的壓力調(diào)節(jié)閥還有很大的調(diào)節(jié)余量，也就是說(shuō)，根據(jù)需要壓力還可以進(jìn)一步調(diào)高。

　　燃油系統(tǒng)改造后供油泵與燃油日用柜在同一平臺(tái)，供油泵的吸入端正壓變小，供油泵的出口處壓力由于管系的改動(dòng)也只能達(dá)到 0.2 MPa 左右，而此時(shí)回油管路上那個(gè)手動(dòng)的調(diào)壓截止閥已經(jīng)基本關(guān)閉了，基本沒(méi)有再進(jìn)一步調(diào)高壓力的可能。

　　這就造成改造后比之前到達(dá)發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)附近的燃油壓力小很多。

　　但進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，此種機(jī)型的發(fā)電機(jī)有自帶的機(jī)帶燃油泵，可以把進(jìn)機(jī)燃油壓力進(jìn)一步增壓到0.5 MPa 左右，根據(jù)說(shuō)明書(shū)要求，燃油進(jìn)機(jī)壓力正常范圍是0.49~0.54MPa，這樣就可以滿足發(fā)電機(jī)的進(jìn)機(jī)壓力要求，所以判斷燃油進(jìn)油壓力也不是造成此類(lèi)故障的主要原因，但這樣長(zhǎng)久運(yùn)行，會(huì)對(duì)機(jī)帶燃油泵產(chǎn)生不良影響。

　　3、副機(jī)燃油進(jìn)機(jī)流量低的原因

　　經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，由于船東按照設(shè)計(jì)公司的設(shè)計(jì)拆除了供油單元，使原有的供油單元系統(tǒng)中循環(huán)泵和增壓泵被取消，改為只有供給泵給主機(jī)和發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)供油，供給泵的型號(hào)選取是按照原供油單元增壓泵型號(hào)選取的，這會(huì)導(dǎo)致三臺(tái)發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)同時(shí)使用時(shí)，或兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)高負(fù)荷使用時(shí)系統(tǒng)供油流量不足。

　　可以通過(guò)三臺(tái)副機(jī)各自回油管路上的截止止回閥閥芯在使用中持續(xù)發(fā)生敲擊和管路振動(dòng)來(lái)證實(shí)。

　　閥芯敲擊是因?yàn)榛赜土髁坎蛔?，斷斷續(xù)續(xù)，管路振動(dòng)也是由于管路所流經(jīng)液體的流量不穩(wěn)定造成的。

　　供油流量的不足就會(huì)引起高壓油泵進(jìn)油和回油流量不足，從而使高壓油泵冷卻不良。

　　檢查高壓油泵回油管，確實(shí)發(fā)現(xiàn)使用中高壓油泵回油管溫度有所增高，尤其是在發(fā)電機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)較明顯，而此種情況在三臺(tái)發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)都處于高負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)則更為明顯。

　　高壓油泵在使用中溫度很高，通過(guò)測(cè)溫大約為 70℃左右。

　　就導(dǎo)致了高壓油泵柱塞和套筒受熱膨脹十分嚴(yán)重，可能造成柱塞偶件異常磨損，而熱量傳導(dǎo)至彈簧，彈簧也會(huì)出現(xiàn)熱疲勞而斷裂，因此流量不足也是產(chǎn)生此類(lèi)故障的一個(gè)重要原因[1]。

　　但考慮到同樣條件下 NO.2 發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)高壓油泵雖然由于流量不足，冷卻不良，工作溫度有所增加，但并沒(méi)有發(fā)生像另外兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)那樣的故障，所以燃油流量不足也不是造成此次故障的主要原因。

　　4、LSMGO 的黏度原因

　　檢查新加 LSMGO 的化驗(yàn)報(bào)告發(fā)現(xiàn)，40℃時(shí)運(yùn)動(dòng)黏度為 3.828 mm²/s，此型號(hào)發(fā)電機(jī)要求進(jìn)機(jī)燃油的黏度范圍是 3.6~14 MPa，在發(fā)電機(jī)正常使用狀態(tài)下沒(méi)有問(wèn)題，但在發(fā)電機(jī)百分百負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在上述第二條，第三條中的燃油進(jìn)機(jī)壓力和燃油進(jìn)機(jī)流量都不足的前提下，會(huì)導(dǎo)致高壓油泵工作溫度很高，使高壓油泵區(qū)域燃油溫度增高，從而使這一區(qū)域燃油的黏度進(jìn)一步減小，而本就接近下限的黏度再繼續(xù)減小，就更不利于高壓油泵柱塞偶件間的潤(rùn)滑，所以也會(huì)加劇柱塞偶件的異常磨損，從而造成柱塞偶件卡死，進(jìn)一步使彈簧損壞。

　　為了進(jìn)一步查清故障原因，船東安排故障柴油機(jī)高壓油泵內(nèi)殘留的燃油取樣化驗(yàn)，化驗(yàn)結(jié)果顯示高壓油泵柱塞偶件處殘留的燃油有很多金屬屑，這是潤(rùn)滑不良，柱塞偶件異常磨損造成的，結(jié)合拆卸時(shí)柱塞偶件上的磨損痕跡和卡死狀態(tài)，可以判斷是因?yàn)橹技目ㄋ涝斐傻闹麖椈傻膿p壞。

　　通過(guò)對(duì)殘油的進(jìn)一步化驗(yàn)，當(dāng)殘油工作溫度超過(guò) 70℃時(shí)，殘油的黏度低于 2mm²/s，而低硫輕柴油在黏度低于 2mm²/s 時(shí)已很難對(duì)密封件起到潤(rùn)滑作用[2]。

　　所以黏度問(wèn)題是造成此次故障的直接原因，但黏度問(wèn)題又是在其他幾種不利條件的特定情況下造成的，所以在經(jīng)過(guò)以上這些分析檢查后，本次兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)高壓油泵的故障較復(fù)雜，可能不是單一原因或是常見(jiàn)的原因引起的。

　　5、備件的原因

　　本船這兩臺(tái)發(fā)電機(jī)吊組柴油機(jī)吊檢所更換的備件都是由服務(wù)商提供的，服務(wù)商由船東指定，但并非 YANMAR 原廠家服務(wù)商。

　　但服務(wù)商提供備件時(shí)保證這些備件是原廠備件，備件的包裝、備件序號(hào)，備件的加工質(zhì)量等初步檢查也都未發(fā)現(xiàn)什么問(wèn)題，所以大家第一時(shí)間就沒(méi)有再考慮備件質(zhì)量問(wèn)題。

　　但意識(shí)到本次故障可能是由多方面原因共同造成時(shí)，又重新重點(diǎn)檢查了備件的質(zhì)量情況，經(jīng)過(guò)對(duì) NO.2 發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)相關(guān)備件的拆檢，對(duì)比 NO.2 發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)拆檢下來(lái)的原廠備件，發(fā)現(xiàn) NO.1 和 NO.3 發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)更換的這些備件雖然包裝是 YANMAR 廠家包裝，備件號(hào)也是廠家備件號(hào)，但是與 NO.2 發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)的原廠 YANMAR 備件仔細(xì)對(duì)比，還是發(fā)現(xiàn)很多細(xì)節(jié)上的不同，在進(jìn)一步咨詢(xún)了 YANMAR 廠家后，得出結(jié)論，這些備件并非 YANMAR 原廠備件，YANMAR 廠家說(shuō)明，非原廠備件雖然看似加工也很精細(xì)，但與原廠備件相比，其材質(zhì)無(wú)法保證，耐久性、抗機(jī)械疲勞和熱疲勞性能也無(wú)法保證，并沒(méi)有像原廠備件那樣經(jīng)過(guò)各種條件的綜合測(cè)試。

　　而本船 NO.2 發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)所用備件經(jīng)YANMAR 廠家檢查后確認(rèn)為原廠備件。

　　船東把這批備件送實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)后得知，這批備件的材料和強(qiáng)度與原廠備件有一定的差距。

　　在柴油機(jī)正常工況下使用，差別不明顯，但在柴油機(jī)異常工況下使用時(shí)，備件的質(zhì)量就有很大的差別，如圖 6~ 圖7。

　　所以備件質(zhì)量問(wèn)題也是造成此次故障的一個(gè)重要原因。

　　

　　▲圖 6 左側(cè)為非 YANMAR 原廠備件，

　　右側(cè)為 YANMAR 原廠備件

　　

　　▲圖 7 左側(cè)為非 YANMAR 原廠備件，

　　右側(cè)為 YANMAR 原廠備件

　　四、故障解決

　　在綜合分析出故障的主要和次要原因后，船東安排 YANMAR 廠家服務(wù)商攜帶滿足廠家柴油機(jī)技術(shù)資料要求，帶有排放控制標(biāo)識(shí)的原廠備件上船，更換了兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)相關(guān)所有非原廠備件[3]。

　　并在 YANMAR 廠家工程師的指導(dǎo)下對(duì)改造后的燃油系統(tǒng)泵及管路進(jìn)行修改，通過(guò)更換兩臺(tái)更大壓力和流量的供油泵來(lái)滿足柴油機(jī)組的供油要求，并在燃油系統(tǒng)回油管路加裝調(diào)壓閥來(lái)保證供油壓力，泵前重新選擇使用精度為 10 μm的濾器和 LSMGO 使用時(shí)添加適量的能增加黏度改善潤(rùn)滑性能的添加劑等措施進(jìn)一步保證柴油機(jī)組的正常工作。

　　在完成上述改正工作后，三臺(tái)發(fā)電機(jī)組負(fù)荷試驗(yàn)得以順利完成。

　　所以本次故障是以改裝后燃油壓力和流量不足造成的高壓油泵區(qū)域工作溫度異常高，高壓油泵內(nèi)低硫輕柴油黏度隨著溫度的增高而變低，從而失去正常的潤(rùn)滑性能，致使柱塞偶件卡死為主要原因，其他不利條件為次要原因，此故障比較特殊，需要綜合全面考慮。

　　五、結(jié)束語(yǔ)

　　從原理上分析，此類(lèi)故障并不復(fù)雜，但是由于本船燃油系統(tǒng)設(shè)備和管系經(jīng)過(guò)改造的緣故，使影響判斷的因素增加了，困難也就加大了。

　　而往往很容易相信已經(jīng)經(jīng)過(guò)法國(guó)船級(jí)社認(rèn)可的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)公司的改進(jìn)方案，卻忽略了一線人員在實(shí)際工作中積累的經(jīng)驗(yàn)，主觀上認(rèn)為設(shè)計(jì)公司已經(jīng)考慮到了所有改變對(duì)設(shè)備運(yùn)行的影響，而實(shí)際在判斷故障時(shí)就會(huì)忽略這些最基本的因素。

　　所以在日常管理中，遇到問(wèn)題時(shí)，一線人員要綜合具體的實(shí)際情況來(lái)分析原因，要敢于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，要在專(zhuān)業(yè)技術(shù)上有敢于質(zhì)疑、精益求精的精神，使自己不僅是設(shè)備的操作者、管理者，更是專(zhuān)業(yè)的研究人員。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[2] 李斌.船舶柴油機(jī)[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，2008.

　　[3] 宋啟志.柴油機(jī)低壓油路常見(jiàn)故障的判斷[J].工程機(jī)械與維修，2002.

　　原創(chuàng)作者系：

　　廣東海運(yùn)股份有限公司

　　晏宏淳