示功圖在船用主機故障診斷中的應用

黃步松，王必改，許明華

（福建船政交通職業學院，福建福州350007）

示功圖在船用主機故障診斷中的應用

黃步松，王必改，許明華

（福建船政交通職業學院，福建福州350007）

柴油機作為民用船舶的主要動力裝置之一，其運行的可靠與否直接影響船舶的安全航行。通過對船用主機異常示功圖的主要熱工參數與正常示功圖的比較，對船用主機缸內燃燒情況進行了分析，指出了可能存在的故障，為快速、有效地排除主機運行中出現的故障提供了依據，僅供輪機管理人員參考。

示功圖；爆發壓力；排氣溫溫；船用主機

船用主機的常用故障診斷技術有性能參數分析法、油液監測法和震動檢測法等。其中，示功圖法是性能參數分析法的一種，它能夠準確、直觀地反映柴油機氣缸內的燃燒過程。而燃燒過程直接關系到柴油機的動力性、經濟性、排放性和可靠性等性能。采用對運轉中的柴油機定期進行示功圖的測錄和分析，比較正常示功圖與異常示功圖、主要熱工參數，找出它們之間的差別，并判斷產生偏差的原因，可直觀地判斷柴油機的燃燒性能，從而進行合理的調整和檢修，以確保船用主機在良好的技術狀態下運轉，保障船舶的安全運行。

1 正常示功圖

示功圖是指氣缸內壓力隨曲柄轉角或氣缸容積變化規律的圖形，它是在柴油機出廠前，試車臺運行狀態良好時測取的。正常示功圖有以下特征：①工作過程各主要特征參數值比如壓縮壓力PC、最高爆發壓力PZ等應符合說明書或試航報告的規定；②工作過程曲線比較圓滑，曲線過渡處無銳角或突變形狀；③示功圖尾部軌跡形狀應與二沖程柴油機正常時不同的換氣形式相符合。

2 異常示功圖的特征

造成異常示功圖的因素很多，可能是由于示功器本身或使用不當引起的，但主要是由于柴油機本身故障，即缸內燃燒過程不正常引起的。以下列舉一些在運行管理中常見的異常示功圖的特點。

2.1 最高爆壓高而排溫降低

最高爆發壓力高而排氣溫度降低的示功圖與正常示功圖比較有以下幾個特點：①燃燒點提前，燃燒曲線與壓縮曲線過早脫離；②膨脹曲線與正常示功圖低（排氣溫度降低）；③最高爆發壓力PZ比正常要高，示功圖頭部尖瘦，壓力上升曲線陡削。最高爆發壓力高、排氣溫度降低的主要原因有供油提前角過大、噴油器啟閥壓力降低，進而造成大部分燃油在上止點前噴入氣缸燃燒。另外，當由以往燃重質油改用輕質燃油而未調整供油定時，由柴油機燃燒理論分析可知，輕質燃油的滯燃期短，會在氣缸內形成提前燃燒，進而增加柴油機的機械負荷，嚴重時會使氣缸內單位曲柄轉角壓力升高過快，發生最高爆發壓力過高的情況，造成燃燒敲缸，降低了主機的可靠性。此時，應及時調小供油提前角。

2.2 最高爆壓低而排溫升高

最高爆壓低而排溫升高的示功圖與正常示功圖比較有以下特點：①示功圖頭部形狀圓滑，燃燒點后移，甚至發生在上止點后；②膨脹線高于正常示功圖，且排氣溫度升高；③最高爆發壓力PZ明顯降低，即示功圖高度下降。最高爆壓低而排溫升高的原因通常有供油泵供油提前角過小、噴油器啟閥壓力過高、噴油泵柱塞套筒過度磨損、噴油器針閥與針閥體過度磨損造成泄漏、燃油溫度過低、粘度過大造成霧化不良、燃油濾清器部分堵塞、航行阻力增大等。另外，由原來燃輕質燃油改用重質燃油又未調整供油正時，因重質燃油的滯燃期長，在氣缸內形成滯后燃燒，滯后燃燒造成熱負荷增加，柴油機的動力性、經濟性降低、排放增加。此時，應及時調大供油提前角。

2.3 最高爆壓與排溫均升高

與正常示功圖相比，最高爆壓與排溫都升高的示功圖特點為：①膨脹線比正常示功圖高（排氣溫度升高）；②示功圖面積增大，即示功增加；③最高爆發壓力PZ比正常值高，壓縮壓力正常。其原因是循環噴油量過大、調節齒輪鎖緊螺釘松脫、調節齒輪移位、調速器調節齒桿最大油量螺釘調整失誤、油門控制桿卡在大的供油量上、調速器輸出軸與噴油泵供油刻度匹配不當、控制空氣或掃氣空氣壓力太大等。

2.4 最高爆壓與排溫均降低

與轉角示功圖、正常示功圖相比，最高爆壓與排溫都降低示功圖的特點為：①壓縮線與膨脹線均比正常示功圖低；②示功圖面積減小，指示功率降低，排氣溫度升高；③最高爆發壓力PZ和壓縮壓力PC都降低。最高爆壓與排溫均降低的原因通常是氣缸內空氣量不足、循環噴油量過低引起的：①氣缸內空氣量不足的原因主要有氣缸漏氣，比如活塞與氣缸過度磨損，活塞環外表面磨損搭扣間隙、天地間隙過大，氣缸注油率和注油定時不當；排氣閥與閥座撞擊磨損、氣閥間隙過小產生漏氣等；掃氣空氣供應不足，比如掃排氣口積炭，增壓器進氣濾清器臟堵，中冷器臟污，工作葉輪、增壓器噴嘴環積炭臟污，渦輪前排氣管漏氣、軸承故障、軸封結碳等；排氣系統受阻；船舶在不同氣象條件和不同航區下，比如在頂風頂浪、污底等海況中航行時，造成主機與螺旋槳不匹配等。②循環噴油量過低的原因有噴油泵柱塞套筒過度磨損、出油閥與閥座磨損、啟閥壓力過大、噴孔部分堵塞、燃油濾清器堵塞、燃油控制桿卡死在小的供油量位置、可變噴油定時（VIT）機構調節失常等。

2.5 掃排氣口部分堵塞

掃排氣口堵塞會使缸內新鮮空氣量不足，形成燃燒不完全，使柴油機的動力性、經濟性、排放性和可靠性變差。

圖1和圖2為某二沖程柴油機掃排氣口部分堵塞時的示功圖。該柴油機在正常工作時測得示功圖的壓縮始點壓力為35 kPa，掃氣壓力為42 kPa。圖1中壓縮始點壓力為30 kPa，明顯低于正常時的35 kPa，這說明氣缸內新鮮空氣量過少，掃氣空氣不足，掃氣口部分堵塞。圖2中排氣口開啟始點延后，掃氣口開啟時缸內壓力為42 kPa，高于正常掃氣壓力，且壓縮始點壓力為38 kPa，也比正常的35 kPa高，說明排氣不暢，氣缸內廢氣壓力過高，排氣口部分堵塞。掃排氣口部分堵塞的主要原因有氣缸注油量過多、氣缸溫度過高、循環噴油量過多進而造成燃燒不良。管理中要綜合檢查燃油系統、換氣機構與增壓系統、冷卻系統和潤滑系統等。

3 結束語

示功圖對船用主機的故障診斷直觀、方便、快速，但由于柴油機的故障往往不是單一因素引起的，而是由許多綜合因素引起的，且在實際工作中，示功圖測錄時會受到示功器本身安裝精度、測試時的海況、吃水、船速、氣象條件和柴油機本身技術狀態等因素的影響，造成所測圖形產生一定偏差，給分析故障造成困難。所以，用示功圖分析船用主機故障時，還應針對具體情況并參考其他測試的熱工參數進行綜合分析。只有這樣，才能快速、準確地找到和排除故障，確保主機良好運轉。

圖1 掃氣口部分堵塞的示功圖

圖2 排氣口部分堵塞的示功圖

［1］李斌.主推進動力裝置［M］.大連：大連海事大學出版社，2012.

［2］劉賜輝.從示功圖判斷柴油機故障［J］.航海技術，2009（04）.

［3］張躍文.用電子示功圖分析主機故障實例［J］.航海技術，2015（05）.

〔編輯：張思楠〕

TE933.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.19.155

2095－6835（2017）19－0155－02