船用柴油機(jī)液壓沖擊故障一例原因分析與排除

韓利昆，李占吉，朱旭聰

(1.92330部隊(duì) 裝備部, 山東 青島 266102；2.4808工廠 威海修船廠, 山東 威海 264200)

船用柴油機(jī)液壓沖擊故障一例原因分析與排除

韓利昆1，李占吉2，朱旭聰2

(1.92330部隊(duì) 裝備部, 山東 青島 266102；2.4808工廠 威海修船廠, 山東 威海 264200)

某拖船在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，主機(jī)突發(fā)汽缸液壓沖擊故障，經(jīng)勘查和分析，最后查明是柴油機(jī)自身冷凝水造成的，故障得以順利排除，文章對(duì)柴油機(jī)設(shè)計(jì)和使用管理提出了參考性建議。

柴油機(jī)；汽缸液壓沖擊；原因分析；排除；改進(jìn)

某船為882 kW全回轉(zhuǎn)港作拖輪，主機(jī)是2臺(tái)6DSM-18A型柴油機(jī)。2013年7月初的某一天，該船在某海域執(zhí)行任務(wù)，當(dāng)2臺(tái)主機(jī)轉(zhuǎn)速加至600 r/min時(shí)(主機(jī)額定轉(zhuǎn)速為900 r/min)，突然左主機(jī)第6缸發(fā)出異常敲擊聲，接著汽缸蓋與機(jī)體之間密封面刺射出一股水。及時(shí)停機(jī)后發(fā)現(xiàn)，第6缸發(fā)生了液壓沖擊故障，汽缸蓋墊片破碎。據(jù)船員反映，夏季該船左右主機(jī)汽缸液壓沖擊故障時(shí)有發(fā)生，一直沒(méi)有查清原因，是該船安全航行的隱患。

1 故障勘查和原因分析

先勘查故障損壞情況，拆卸第6缸汽缸蓋和連桿、活塞，除了汽缸蓋墊片碎了外，其它零部件均完好無(wú)損，檢測(cè)連桿平行度、扭曲度和曲軸彎曲度，都符合規(guī)定要求。同時(shí)對(duì)主機(jī)作常規(guī)性檢查，檢查航行記錄各缸排溫(包括第6缸)均正常，油水溫度、壓力等參數(shù)也都正常；拆卸觀察孔端蓋，檢查凸輪緊固螺母完好無(wú)松動(dòng)；檢查噴油提前角和進(jìn)排氣時(shí)間，符合規(guī)定要求。

從故障現(xiàn)象看，造成第6缸液壓沖擊的原因顯然是由于這個(gè)汽缸內(nèi)進(jìn)水。4沖程柴油機(jī)在壓縮沖程時(shí)，活塞向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，如果這時(shí)汽缸內(nèi)有水且體積大于汽缸余隙，因?yàn)樗遣豢蓧嚎s的，就會(huì)引起液壓沖擊，使汽缸內(nèi)壓力激劇上升，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于汽缸蓋墊片能承受的壓力，導(dǎo)致汽缸蓋墊片刺裂。柴油機(jī)汽缸內(nèi)進(jìn)水是柴油機(jī)常見(jiàn)的故障，眾所周知，柴油機(jī)在作功的同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量熱量，為此水冷柴油機(jī)設(shè)有淡水系統(tǒng)和海水系統(tǒng)，用來(lái)將這些熱量帶走，防止機(jī)器溫度過(guò)高。但同時(shí)，淡水、海水系統(tǒng)也是柴油機(jī)汽缸內(nèi)非預(yù)期進(jìn)水的2條主要途徑。

1)淡水進(jìn)入汽缸的途徑。①汽缸蓋產(chǎn)生裂紋，冷卻水經(jīng)裂紋漏入汽缸；②汽缸套穴蝕穿孔或裂紋，冷卻水漏入汽缸；③汽缸蓋墊片和導(dǎo)水管膠圈損壞，冷卻水從汽缸密封面漏入汽缸；④有些柴油機(jī)排煙管設(shè)計(jì)成雙層，中間為淡水冷卻，當(dāng)內(nèi)層管腐蝕穿孔時(shí)，冷卻水經(jīng)排煙管和排氣閥漏入了汽缸。

2)海水進(jìn)入汽缸的途徑。①空冷器漏水，海水經(jīng)空冷器、進(jìn)氣管進(jìn)入汽缸；②有些柴油機(jī)排煙管設(shè)計(jì)成雙層，中間為海水冷卻，當(dāng)內(nèi)層管腐蝕穿孔時(shí)，海水經(jīng)排煙管和排氣閥漏入汽缸；③有些柴油機(jī)舷側(cè)排煙管設(shè)計(jì)成雙層，由海水系統(tǒng)冷卻，當(dāng)內(nèi)層管腐蝕穿孔時(shí)，海水經(jīng)舷側(cè)排煙管和排氣閥進(jìn)入汽缸。

按照以上分析，我們先檢查了活塞頂部殘留的少量水滴，分清是淡水還是海水，檢查結(jié)果是淡水，于是重點(diǎn)檢查淡水系統(tǒng)漏水。拆檢了第6缸汽缸蓋，對(duì)水腔進(jìn)行水壓密性試驗(yàn)，不漏；檢查汽缸套，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋和穴蝕穿孔；檢查汽缸蓋導(dǎo)水管膠圈和墊片均無(wú)損壞和異常。因?yàn)槠變?nèi)是淡水，排除了從空冷器和舷側(cè)排煙管漏水，因而沒(méi)對(duì)這些部位作進(jìn)一步檢查。

以上因果對(duì)應(yīng)排查和常規(guī)檢查均沒(méi)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。然后擴(kuò)大檢查范圍，發(fā)現(xiàn)了左主機(jī)進(jìn)氣管內(nèi)有大量水存于底部，打開(kāi)進(jìn)氣管底部的螺塞，放出約12 L水。再檢查右主機(jī)，同樣在進(jìn)氣管底部放出約10 L水，檢查證實(shí)放出的水為淡水。

6DSM-18A柴油機(jī)為直列6缸機(jī)，安裝在882 kW港作拖輪上，從前至后略有傾斜角，前高后低。缸號(hào)越靠后，進(jìn)氣管越低，存水量越多。拖輪在海上航行時(shí)總是有輕微的顛簸，當(dāng)主機(jī)某一缸進(jìn)氣閥正好處于開(kāi)啟位置時(shí)，進(jìn)氣管的水就有可能涌入到汽缸內(nèi)。如果水涌入量小于汽缸余隙，一般不發(fā)生液壓沖擊，完成工作沖程后，水就隨排氣閥排出汽缸外。但由于水占用了汽缸一部分余隙，使得汽缸實(shí)際余隙減小，爆壓上升，工作粗暴；如果水涌入量大于汽缸余隙，就會(huì)造成液壓沖擊。該型柴油機(jī)汽缸密封墊設(shè)計(jì)在汽缸套凸肩的外側(cè)，當(dāng)汽缸受到液壓沖擊時(shí)，密封墊片受力很容易向外撕裂，這樣能有效地保護(hù)連桿與曲軸，防止汽缸內(nèi)壓力過(guò)高而頂彎連桿和曲軸，甚至造成連桿斷裂而捅破機(jī)體。

2 進(jìn)氣管存水原因分析

以上分析得出，對(duì)于該船6DSM-18A柴油機(jī)，如果進(jìn)氣管內(nèi)存有大量水，就有可能發(fā)生汽缸液壓沖擊，而且缸號(hào)越靠后，進(jìn)氣管水位越高，發(fā)生液壓沖擊的概率越大。那么進(jìn)氣管大量的水究竟來(lái)自何處，之后對(duì)2臺(tái)主機(jī)進(jìn)行全面反復(fù)查找，始終沒(méi)發(fā)現(xiàn)有漏水的地方，勘查和分析似乎進(jìn)入了死胡同。

由于青島夏天氣候十分潮濕，使大家想到了一種自然現(xiàn)象，把一溫度較低的物體置于濕熱空氣中，它的表面很快會(huì)凝聚許多小水珠，即冷凝水。進(jìn)氣管內(nèi)的水會(huì)不會(huì)是柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)自身產(chǎn)生的冷凝水，而并不是從某個(gè)部位漏進(jìn)去的，該船執(zhí)行任務(wù)當(dāng)天海上有霧，相對(duì)濕度90%以上， 7月初的青島海域海水溫度還相對(duì)較低，當(dāng)柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)吸入空氣，先經(jīng)過(guò)渦輪增壓器，以提高空氣壓力，同時(shí)空氣溫度也隨之提高，然后再來(lái)到空冷器冷卻，當(dāng)濕熱空氣遇到空冷器相對(duì)溫度較低的傳熱片時(shí)，產(chǎn)生了大量冷凝水，并隨空氣帶到進(jìn)氣管里。隨著工作時(shí)間增長(zhǎng)，進(jìn)氣管內(nèi)的冷凝水越積越多，水位越來(lái)越高，最后發(fā)生了上述故障。由此，主機(jī)進(jìn)氣管水的來(lái)源終于查清楚了。

3 改進(jìn)措施

實(shí)際上，當(dāng)遇到特殊潮濕天氣，柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量冷凝水不是個(gè)新問(wèn)題，尤其是帶增壓及空氣中冷器的柴油機(jī)。許多柴油機(jī)在設(shè)計(jì)上采取了各種措施，一般是在進(jìn)氣系統(tǒng)最低處加裝若干個(gè)放水閥，要求柴油機(jī)管理人員遇到這種特殊潮濕天氣時(shí)，應(yīng)時(shí)常打開(kāi)此閥放水。6DSM-18A柴油機(jī)在設(shè)計(jì)上也考慮了這個(gè)問(wèn)題，它是在進(jìn)氣管最低處設(shè)置一個(gè)放水螺塞。螺塞放水需用扳手?jǐn)Q開(kāi)，操作不甚方便，這種設(shè)計(jì)一般用于不需要經(jīng)常釋放的地方，如柴油機(jī)上各種放氣螺塞，而釋放冷凝水一般應(yīng)采用放水閥。采用螺塞放水的設(shè)計(jì)，一是管理人員不容易想到要去打開(kāi)此螺塞放水；二是即使想到了操作也不方便，難以做到時(shí)常去放水。

為了解決此問(wèn)題，我們將該船2臺(tái)6DSM-18A柴油機(jī)的進(jìn)氣管放水螺塞都改為了放水閥，這樣既方便了管理人員時(shí)常打開(kāi)放水閥放出冷凝水，也能對(duì)管理人員起到“放水”的提示作用。改進(jìn)后該船主機(jī)汽缸液壓沖擊故障再也沒(méi)有發(fā)生。

建議：柴油機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)氣系統(tǒng)冷凝水釋放應(yīng)采用放水閥而不是螺塞，這樣既方便放水，又可起到提示作用；柴油機(jī)使用管理時(shí)，在這一類(lèi)的放水閥上掛一個(gè)“潮濕天放水”的提示牌，這樣能更好地起到提示作用。

A sudden fault happened to the cylinder hydraulic-impulse on the main engine of the tow-boat.Through prospecting and analysis,condensed water from the diesel itself was found the cause of the fault and was removed,which provides valuable ideas for diesel design and management of its use.

diesel;cylinder hydraulic-impulse；cause analysis;removal;improvement

韓利昆(1962-)，男，北京人，高級(jí)工程師，大學(xué)本科，主要從事船舶維修技術(shù)工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.01.009

2013-08-19