主機(jī)不能加速的故障處理與分析

大連海事大學(xué) 吳 恒

某遠(yuǎn)洋船主機(jī)為SULZER 6RTA48型二沖程直流掃氣增壓柴油機(jī)，其排氣閥為空氣彈簧式液壓排氣閥，調(diào)速器為WOODWARD PGA58，廢氣渦輪定壓增壓器為VTR454型。

一、事故前的背景資料

9月15日該船航行于黃海水域時(shí)，主機(jī)各缸突然出現(xiàn)不同程度的敲缸，排煙溫度升高并伴有增壓器喘振聲、主機(jī)負(fù)荷指示器讀數(shù)增大等現(xiàn)象。臨時(shí)轉(zhuǎn)為機(jī)旁操縱，即用B操作方式脫開主機(jī)調(diào)速器，人工控制油門啟動(dòng)。啟動(dòng)后要維持正常的較低轉(zhuǎn)速，則須加大油門，使負(fù)荷指示器讀數(shù)增大，這就導(dǎo)致無(wú)法正常航行。經(jīng)潛水員清理尾軸纏繞的漁網(wǎng)后，仍不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。后經(jīng)進(jìn)塢檢查，徹底清除尾軸護(hù)套內(nèi)的殘留漁網(wǎng)，并對(duì)主機(jī)吊缸檢修，才恢復(fù)了正常航行。

二、事故發(fā)生過程

該船經(jīng)塢修后正常航行20多小時(shí)，于10月24日離港前往下一港受載。在離港過程中，主機(jī)啟動(dòng)和低速運(yùn)轉(zhuǎn)正常，但是隨著船速不斷增加，在船舶定速前再次出現(xiàn)主機(jī)負(fù)荷指示器數(shù)值突然增大現(xiàn)象，隨之各缸排氣閥分別敲擊，部分掃氣箱溫度升高，與上次纏網(wǎng)時(shí)的現(xiàn)象十分相似。雖經(jīng)各種運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的試驗(yàn)調(diào)整，均無(wú)法排除故障現(xiàn)象。

低速返回港口錨地后，公司派人登船再三試車，確認(rèn)主機(jī)啟動(dòng)后有異常負(fù)荷增大現(xiàn)象。公司派潛水員檢查確認(rèn)沒有再次纏網(wǎng)后，又請(qǐng)某造船廠技術(shù)科工程師來(lái)船幫助分析檢查，經(jīng)再次試車檢查，主機(jī)負(fù)荷異常增大的現(xiàn)象仍未消除。

造船廠技術(shù)人員拆檢No.2和No.8主軸承、盤出推力軸承，檢查中間軸承，均未發(fā)現(xiàn)異常，但也未能消除故障。

三、故障的排除

我應(yīng)邀登船進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析，除聽取情況介紹和查閱技術(shù)資料外，還進(jìn)行了碼頭系泊試驗(yàn)和航行試驗(yàn)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)了解的各種情況，進(jìn)行綜合分析和判斷。在系泊試驗(yàn)之前，我胸有成竹地建議輪機(jī)長(zhǎng)，將主滑油壓力提高至0.29~0.3MPa，果然在多次進(jìn)行正倒車不同轉(zhuǎn)速下的運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，均未再現(xiàn)原有的故障現(xiàn)象。我當(dāng)即向公司領(lǐng)導(dǎo)確認(rèn)故障已經(jīng)消失，可以投入正常營(yíng)運(yùn)了。

船公司為進(jìn)一步驗(yàn)證主機(jī)故障已被排除，堅(jiān)持要進(jìn)行試航。向海事局申報(bào)后進(jìn)行了8h的海上航行試驗(yàn)。在各種可能使用的航行工況下均可達(dá)到正常航行的要求，負(fù)荷指示器數(shù)值與轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系正常，沒有發(fā)現(xiàn)任何異常現(xiàn)象，船主立即恢復(fù)了正常營(yíng)運(yùn)。

在沒有修理和更換任何機(jī)械部件的情況下，故障突然消失，令船員感到迷惑，造船廠工程師也感到費(fèi)解，還煞費(fèi)苦心地分析為：“這可能是在上次纏網(wǎng)主機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)中，造成主機(jī)運(yùn)動(dòng)部件的某處有輕微的損傷，通過近期的運(yùn)轉(zhuǎn)、盤車和試車反復(fù)磨合，傷痕被磨平了，故障也就隨之自行消失了。”如此分析是牽強(qiáng)附會(huì)的。

四、故障原因分析

1.液壓排氣閥的滑油壓力低

如圖1所示，排氣閥氣動(dòng)活塞下部的空氣彈簧室內(nèi)始終充滿著控制空氣（0.6~0.8MPa），使排氣閥保持關(guān)閉。當(dāng)排氣閥液壓活塞上部充入來(lái)自驅(qū)動(dòng)泵的壓力油（16MPa）時(shí)，克服空氣彈簧室的氣壓，使排氣閥開啟。而當(dāng)油壓降低時(shí)，空氣彈簧又將排氣閥關(guān)閉。

油壓過低所導(dǎo)致的情況與發(fā)生的故障現(xiàn)象完全一致，如下所述：

圖1 液壓排氣閥結(jié)構(gòu)圖

（1）油壓低時(shí)，排氣閥會(huì)出現(xiàn)開啟時(shí)刻延遲、關(guān)閉時(shí)刻提前、開啟升程減小，嚴(yán)重時(shí)完全不能開啟。

（2）油壓低時(shí)，影響排氣閥開和關(guān)，但不影響柴油機(jī)正常啟動(dòng)。

（3）油壓低時(shí)，排氣閥關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生敲擊聲，嚴(yán)重時(shí)升程愈小，敲擊聲愈小。

（4）排氣閥有故障的汽缸，則自由排氣過程不充分，形成掃氣口廢氣倒流，使該掃氣箱溫度升高。該主機(jī)No.4、5、6缸曾出現(xiàn)掃氣箱高溫現(xiàn)象，說(shuō)明這幾個(gè)排氣閥有不同程度的故障。

（5）排氣閥有故障的汽缸不能正常換氣和燃燒，單缸功率下降，轉(zhuǎn)速降低。在調(diào)速器作用下，其余正常的汽缸需增加負(fù)荷，使主機(jī)負(fù)荷指示器數(shù)值增大。

（6）上述正常汽缸負(fù)荷增加，排氣溫度上升，造成增壓器喘振甚至超速損壞。

2.排氣閥的滑油壓力低產(chǎn)生原因

（1）造成滑油壓力低的各種情況

①故障發(fā)生前滑油分油機(jī)分油凈化不足，使滑油臟污，濾器經(jīng)常臟堵，壓差增大。

②纏繞漁網(wǎng)時(shí)，主機(jī)的阻尼力矩增加，轉(zhuǎn)速下降，燃油霧化燃燒不良，燃燒產(chǎn)物加劇了滑油的臟污變質(zhì)。

③滑油臟污使自清濾器頻繁沖清，反沖的壓縮空氣漏入滑油系統(tǒng)造成滑油低壓。船舶空載時(shí)，主機(jī)首端容易聚集空氣，故No.4、5、6缸排氣閥較易發(fā)生故障。

④備車啟動(dòng)主滑油泵時(shí)，因滑油臟污黏度較大，滑油泵出口壓力過高，如將壓力調(diào)低些，待油溫升高后，滑油壓力將更加偏低。

⑤滑油臟污使滑油系統(tǒng)中的部分運(yùn)動(dòng)部件和閥件產(chǎn)生磨損和泄漏。

（2）排氣閥對(duì)油壓低更敏感

由圖2可知，來(lái)自滑油循環(huán)柜的滑油經(jīng)過主滑油泵、十字頭滑油泵和排氣閥驅(qū)動(dòng)油泵的三級(jí)壓縮壓力達(dá)到16 MPa，才能供液壓排氣閥正常工作，總壓比高達(dá)160，第1級(jí)主滑油泵壓力對(duì)后續(xù)壓力影響最大，而第3級(jí)驅(qū)動(dòng)油泵的壓比最大。系統(tǒng)中數(shù)道濾器臟堵時(shí)，其壓差的累計(jì)值可達(dá)0.2~0.4 MPa，如自動(dòng)反沖洗濾器的壓差預(yù)定值為0.08~0.12 MPa，一般的表面型濾器允許壓差值為0.025~0.06 MPa，而深度型的精細(xì)濾器，如金屬粉末燒結(jié)濾芯過濾精細(xì)度高，但其壓差大（0.09~0.2 MPa）。如濾器臟污壓差增大，則最終油壓大為降低。

主滑油泵正常壓力為0.21~0.3 MPa，低壓報(bào)警壓力為0.21 MPa，自動(dòng)降速壓力為0.18 MPa。如將主滑油泵壓力從0.24 MPa調(diào)高至0.3 MPa，對(duì)主滑油泵壓力（1級(jí)壓縮）只提高0.06 MPa，但排氣閥滑油壓力卻是百倍的提高，因此排氣閥比主軸承處更敏感。再考慮到各道濾器對(duì)滑油累計(jì)壓差附加值的影響，不難理解，在主滑油泵壓力尚未降低到0.21 MPa報(bào)警值時(shí)，液壓排氣閥已經(jīng)不能正常工作了。

圖2 滑油系統(tǒng)圖

五、實(shí)測(cè)與計(jì)算

1.實(shí)例

為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述原因分析的正確性，參照?qǐng)D1所示的液壓排氣閥結(jié)構(gòu)和受力情況，對(duì)該主機(jī)的排氣閥結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了解體測(cè)量，并計(jì)算出各受力面積，如表1所示。

2.排氣閥受力計(jì)算

（1）空氣彈簧力

空氣彈簧室內(nèi)始終充滿著8 kg/cm2壓力的控制空氣，使排氣閥升起保持關(guān)閉狀態(tài)，其受力為

P空=F空×8=1658.76kgf

（2）排氣閥盤受力

排氣閥在關(guān)閉狀態(tài)下，閥盤受到柴油機(jī)汽缸的燃?xì)鈮毫Γ艢忾y開啟時(shí)，缸內(nèi)的燃?xì)鈮毫Ω哂谂艢夤軆?nèi)壓力，是超臨界的自由排氣階段。根據(jù)超臨界氣體流動(dòng)方程，可以計(jì)算出此刻的汽缸壓力力盤為10.05kg/cm2（略），故閥盤受到的燃?xì)饬?/p>

P盤=F盤×p盤=539.11×10.05=5 418.06 kgf

（3）排氣閥自重

該排氣閥桿（帶轉(zhuǎn)葉）重量為 23kgf，即

P重=23kgf

（4）液壓柱塞受力

液壓柱塞受力為

P油=F油×p油（ kgf）

當(dāng)排氣閥開啟瞬時(shí)必須滿足下列條件：

P油≥P空+P盤-P重

則p油≥（P空+P盤-P重）/F油

=（1658.76+5418.06-23）/44.06

=160.10 kgf/cm2（15.69MPa）

（5）小結(jié)

上述排氣閥的測(cè)量與計(jì)算結(jié)果同滑油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是相符的，進(jìn)一步驗(yàn)證了所做的原因分析是成立的。

六、建議

（1）做好滑油質(zhì)量的維護(hù)保養(yǎng)工作，加強(qiáng)滑油的凈化管理，堅(jiān)持滑油分油機(jī)與主機(jī)同步運(yùn)行的操作規(guī)定。（2）對(duì)各道濾器，特別是精細(xì)濾器，要及時(shí)進(jìn)行清洗。（3）對(duì)自動(dòng)反沖洗濾器應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)管理，避免沖清頻率異常增加而引起其他機(jī)械故障。（4）在排氣閥有異常敲擊和行程不足時(shí)，建議加強(qiáng)放氣和適當(dāng)調(diào)高主滑油泵壓力。熟悉，發(fā)展比較緩慢，可以說(shuō)國(guó)內(nèi)船公司已經(jīng)失去發(fā)展先機(jī)。

表1 排氣閥測(cè)量與計(jì)算表

53英尺集裝箱近兩年在歐美航線船上大量出現(xiàn)。雖然大部分53英尺集裝箱是國(guó)內(nèi)集裝箱制造廠為歐美客戶建造的空箱，運(yùn)到國(guó)外卸下船后就不再調(diào)運(yùn)回來(lái)，但是這種情形預(yù)計(jì)不會(huì)持續(xù)太長(zhǎng)。總統(tǒng)輪船早已宣布在太平洋航線采用53英尺的集裝箱進(jìn)行運(yùn)營(yíng)，在其開辟越南至美國(guó)航線首航時(shí)，其部門高級(jí)副總裁貝瑞特在開航儀式上曾介紹裝載體育用品制造商耐克公司運(yùn)輸貨物使用的就是53英尺集裝箱。預(yù)計(jì)不久的將來(lái)，53英尺集裝箱必然會(huì)在集裝箱航線快速發(fā)展起來(lái)。

2.應(yīng)對(duì)策略

（1）轉(zhuǎn)變觀念

超長(zhǎng)集裝箱對(duì)輕拋貨物的貨主是很有吸引力的，因?yàn)槭褂盟b載運(yùn)輸貨物可以降低物流成本。如果船公司經(jīng)營(yíng)部門不轉(zhuǎn)變觀念，不積極跟蹤集裝箱發(fā)展趨勢(shì)變化，將會(huì)逐漸失去輕拋貨物的貨源。

（2）加強(qiáng)內(nèi)部培訓(xùn)

要抓緊在公司內(nèi)部進(jìn)行培訓(xùn)，使?fàn)I銷、配載、箱管以及船舶等相關(guān)部門熟悉超長(zhǎng)集裝箱的裝箱、配載、裝船、調(diào)運(yùn)等操作流程，保證船舶能夠安全承運(yùn)超長(zhǎng)集裝箱。

（3）培育客戶獲得貨源

要培育客戶使用超長(zhǎng)集裝箱，向玩具、箱包、木制品、成套家具、充氣產(chǎn)品、紡織家居等輕拋貨的大客戶介紹超長(zhǎng)集裝箱裝貨的成本優(yōu)勢(shì)。然后針對(duì)一些大客戶的貨源在某一優(yōu)勢(shì)航線上特定港口到港口之間實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)集裝箱運(yùn)輸，再慢慢擴(kuò)展到其他客戶和其他港口。

（4）與集裝箱制造廠商合作

目前已經(jīng)有物流公司與集裝箱制造廠商合作，向制造廠商借用出口的超長(zhǎng)集裝空箱攬貨，以重箱形式出運(yùn)，貨到目的港后，將拆空的空箱交給進(jìn)口商。這種合作對(duì)于集裝箱制造商來(lái)說(shuō)，可以免去或減少空箱海運(yùn)費(fèi)；對(duì)于物流公司來(lái)說(shuō)，因?yàn)槌羞\(yùn)的貨物為自備箱，船公司不需要調(diào)運(yùn)回來(lái)，可以申請(qǐng)到比較優(yōu)惠的運(yùn)價(jià)；對(duì)于貨主來(lái)說(shuō)，利用大容積集裝箱裝貨可以節(jié)省物流成本；而對(duì)船公司來(lái)說(shuō)裝載重箱運(yùn)費(fèi)相比空箱運(yùn)費(fèi)高，從而可以增加收入。這是多方受益的合作，但是受益最大的為物流公司，其逐步掌握了貨源，在開展超長(zhǎng)集裝箱攬貨業(yè)務(wù)上取得了先機(jī)。船公司應(yīng)向先進(jìn)的物流公司學(xué)習(xí)這種操作模式，逐步掌握貨源并完善整個(gè)操作流程，為開展超長(zhǎng)集裝箱運(yùn)輸做好充分準(zhǔn)備。

六、結(jié)束語(yǔ)

標(biāo)準(zhǔn)集裝箱運(yùn)輸?shù)母咚侔l(fā)展并不能完全滿足客戶的個(gè)性化需求，超長(zhǎng)集裝箱大量出現(xiàn)是必然的。超長(zhǎng)集裝箱對(duì)船公司攬貨、裝載、運(yùn)輸安全、空箱調(diào)運(yùn)等產(chǎn)生重大影響。目前國(guó)外船公司已經(jīng)普遍使用45英尺集裝箱，而國(guó)內(nèi)船公司卻只在少數(shù)航線運(yùn)營(yíng)，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上發(fā)展形勢(shì)。不但如此，目前國(guó)外船公司已經(jīng)率先在太平洋航線投入53英尺集裝箱進(jìn)行運(yùn)營(yíng)，并且歐美地區(qū)出現(xiàn)53英尺集裝箱的大量進(jìn)口需求，這將對(duì)未來(lái)集裝箱運(yùn)輸市場(chǎng)產(chǎn)生深刻影響，國(guó)內(nèi)船公司對(duì)此應(yīng)高度重視，并采取相應(yīng)的措施和經(jīng)營(yíng)策略應(yīng)對(duì)。