內(nèi)河巡標(biāo)船主機(jī)冷卻系統(tǒng)溫度過高的問題研究及解決措施

黃天壽

摘要：文章介紹了巡標(biāo)船柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)作用及其工作原理，并以“廣西港航4104”巡標(biāo)船柴油機(jī)為例，分析了柴油機(jī)冷卻水系統(tǒng)與機(jī)油潤滑系統(tǒng)高溫故障及解決方案。

關(guān)鍵詞：巡標(biāo)船;柴油機(jī);主機(jī)冷卻系統(tǒng);高溫故障;解決方案

0 引言

隨著航道等級(jí)的提升，特別是打造西江億噸“黃金水道”以來，對(duì)航道管理養(yǎng)護(hù)工作提出了“更快速、更高效、更優(yōu)質(zhì)”的要求，需要提升航道養(yǎng)護(hù)船舶設(shè)備技術(shù)性能。

為提升航道養(yǎng)護(hù)船舶設(shè)備技術(shù)性能，增加船舶航行速度及動(dòng)力，“廣西港航4104”巡標(biāo)船安裝有型號(hào)為YC6A220C船舶用柴油機(jī)，直列6缸、增壓水冷、雙循環(huán)冷卻、其額定功率為162 kW，額定轉(zhuǎn)速為2 230 r/min，制造日期為2016-01-05。在使用期間主機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)油溫或水溫過高提示報(bào)警或溫度過高系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)等情況。

1 巡標(biāo)船柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)作用及其工作原理

1.1 巡標(biāo)船柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)作用

柴油機(jī)通過柴油在內(nèi)部燃燒產(chǎn)生動(dòng)力，在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱能，溫度可達(dá)2 027 ℃，導(dǎo)致相關(guān)零部件的溫度升高。溫度較高時(shí)柴油機(jī)內(nèi)零件的精度、性能會(huì)受到影響，導(dǎo)致潤滑度差，從而縮短它的使用壽命，降低工作效率，增大能耗[1]。所以，冷卻系統(tǒng)對(duì)于柴油來說是非常重要的，冷卻系統(tǒng)正常工作應(yīng)確保其溫度合適。

1.2 柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)的型式

柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)的型式一般分為風(fēng)冷和水冷。

（1）風(fēng)冷。用空氣作為冷卻媒介質(zhì)，將部分熱量散發(fā)到空氣中，并使溫度保持在正常運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，這種冷卻型式結(jié)構(gòu)簡單，使用維護(hù)方便，適用于缺水地區(qū)和小功率柴油機(jī)上。

（2）水冷。用水作直接冷卻媒介質(zhì)將熱量帶出機(jī)體散發(fā)冷卻水中。其冷卻效果好，控制冷卻能力較方便，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，需使用大量冷卻液進(jìn)行冷卻[2]。YC6A220C型號(hào)船舶用柴油機(jī)的冷卻系統(tǒng)采用水冷型式。

1.3 柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)工作原理

YC6A220C型號(hào)船舶用柴油機(jī)的冷卻系統(tǒng)是采用海、淡水雙路循環(huán)冷卻，如圖1所示：淡水泵將淡水泵入滑油冷卻器冷卻滑油后，再進(jìn)入冷卻缸體及汽缸蓋;從機(jī)體出來的高溫淡水，經(jīng)過節(jié)溫器作用，一部分直接回到淡水泵入口，另一部分經(jīng)海淡水熱交換器后回到淡水泵入口。海水經(jīng)海水泵泵入中冷器冷卻高溫高壓空氣，再進(jìn)入海淡水熱交換器冷卻高溫淡水，之后排出船舷外。機(jī)油隨機(jī)油泵注入機(jī)體內(nèi)有冷卻潤滑活塞、氣缸套、軸瓦、曲軸等作用[3]。

2 柴油機(jī)冷卻水系統(tǒng)高溫故障分析及解決方案

2.1 冷卻水系統(tǒng)高溫故障狀況

“廣西港航4104”巡標(biāo)船是高速船艇類型，船舶吃水較淺，只有0.6 m。船舶在高速航行（35 km/h）時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)主機(jī)冷卻系統(tǒng)水溫升高，系統(tǒng)水溫高報(bào)警提示，甚至因達(dá)到內(nèi)循環(huán)冷卻水溫度限定臨界值以上出現(xiàn)主機(jī)自動(dòng)停機(jī)保護(hù)現(xiàn)象。如果在該繁忙的水域航行時(shí)，主機(jī)突然停機(jī)，船舶失去動(dòng)力，無法進(jìn)行避碰，這種情況是非常危險(xiǎn)的。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，是因?yàn)楹５组T長期缺水，造成主機(jī)冷卻系統(tǒng)水溫升高的。

2.2 海底門缺水問題狀況分析

當(dāng)船舶航行速度>35 km/h時(shí)，發(fā)現(xiàn)排出舷外的海水流量比較小;當(dāng)船舶速度<28 km/h時(shí)，排出舷外的海水流量正常。針對(duì)上述問題，結(jié)合了流體力學(xué)及船舶高速航行時(shí)船底流體線性分布的特性分析，當(dāng)船舶高速航行時(shí)，平面光滑的船底與海水形成相對(duì)高速流動(dòng)，有時(shí)海底門形成真空失水狀態(tài)或海底門進(jìn)水不足。海底門持續(xù)進(jìn)水不足或無水狀態(tài)，使主機(jī)出現(xiàn)因缺海水冷卻導(dǎo)致水溫、油溫過高等問題。

2.3 海底門缺水問題解決方案

為了解決在高速航行時(shí)海底門持續(xù)進(jìn)水不足或無水狀態(tài)的問題，我們采取了一種簡單、使用方便的結(jié)構(gòu)，就是將海底門改成有兜水的功能。在海底門格柵后部焊接長與高為200 mm×35 mm的擋板，這一結(jié)構(gòu)利用船向前高速航行時(shí)將經(jīng)過海底門部分海水?dāng)r截進(jìn)海底門中，解決了海底門缺水的問題。但加裝這種裝置增加了船體的附加阻力，其增加的附加阻力對(duì)于大功率高速船影響不大

3 柴油機(jī)機(jī)油潤滑系統(tǒng)高溫故障分析及解決方案3.1 機(jī)油油溫高故障狀況

“廣西港航4104”巡標(biāo)船的主機(jī)是船用高速機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為2 230 r/min。該船在投入使用一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)船舶在額定轉(zhuǎn)速帶負(fù)荷的情況下航行1 h左右，機(jī)油油溫逐漸升高，油溫達(dá)到115 ℃臨界值時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)保護(hù)。當(dāng)油溫達(dá)到臨界值時(shí)，內(nèi)循環(huán)淡水的溫度保持在91 ℃正常的范圍內(nèi)。當(dāng)主機(jī)帶負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)速降低到80%的額定轉(zhuǎn)速時(shí)，油溫還是偏高，保持在105 ℃左右。機(jī)油溫度一般在85 ℃～100 ℃范圍內(nèi)。若機(jī)油油溫太高，將對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成不良影響。當(dāng)機(jī)油溫度超過110 ℃及以上，將使機(jī)油黏度嚴(yán)重下降，并易于氧化變質(zhì)而失去潤滑作用。油溫偏高這一問題急需解決。

3.2 機(jī)油油溫高的故障排除與分析

3.2.1 對(duì)主機(jī)外部檢查分析

首先對(duì)機(jī)油量進(jìn)行檢查，機(jī)油油量不足或液面過高時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致機(jī)油溫度過高現(xiàn)象。技術(shù)員到現(xiàn)場檢查了機(jī)油量情況，確定機(jī)油油面高度在油標(biāo)尺上下刻度之間，并不是因?yàn)闄C(jī)油油量不足或液面過高導(dǎo)致機(jī)油溫度過高的。

再對(duì)主機(jī)的排放廢氣、主機(jī)油底殼的透氣孔進(jìn)行檢查，當(dāng)時(shí)排放的廢氣正常，沒有發(fā)現(xiàn)冒黑煙、白煙、藍(lán)煙等情況。確認(rèn)并不是因?yàn)槌?fù)荷、高溫的燃?xì)庵苯痈Z入曲軸箱對(duì)機(jī)油直接加熱，從而導(dǎo)致機(jī)油溫度過高的現(xiàn)象出現(xiàn)。

3.2.2 對(duì)主機(jī)潤滑油系統(tǒng)內(nèi)部檢查分析

首先對(duì)更換的機(jī)油及機(jī)油濾清器型號(hào)進(jìn)行核實(shí)檢查，因?yàn)楫?dāng)時(shí)進(jìn)行了主機(jī)一級(jí)保養(yǎng)后，才出現(xiàn)機(jī)油油溫高、水溫正常這一現(xiàn)象。技術(shù)員認(rèn)為是因?yàn)楦鼡Q了不合適的機(jī)油造成機(jī)油油溫高的現(xiàn)象。但在重新更換了該主機(jī)型號(hào)專用機(jī)油及機(jī)油濾清器，運(yùn)行一段時(shí)間后，還是出現(xiàn)機(jī)油油溫高的現(xiàn)象。

檢查并不是因?yàn)闄C(jī)油及濾清器造成油溫高問題后，技術(shù)員再提出可能是機(jī)油冷卻器機(jī)油散熱器堵塞或結(jié)垢造成的散熱不良。最后在廠家訂購?fù)吞?hào)的機(jī)油冷卻器回來更換，但效果還是不理想，運(yùn)行一段時(shí)間后，油溫還是偏高，問題還沒有得到解決。同時(shí)也懷疑機(jī)油泵出現(xiàn)故障，或泵油量過少，導(dǎo)致散熱不佳，但根據(jù)機(jī)油監(jiān)控的壓力儀表數(shù)值顯示在0.45 MPa左右，機(jī)油壓力正常，所以機(jī)油泵并沒有故障。

根據(jù)只有油溫高而內(nèi)循環(huán)冷卻水溫度正常情況進(jìn)行判斷，懷疑是油溫的溫度探頭測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏高情況。當(dāng)出現(xiàn)高油溫顯示時(shí)，立刻停機(jī)，用靈敏的溫度計(jì)從機(jī)油尺孔插進(jìn)油底殼的機(jī)油中，現(xiàn)場測(cè)機(jī)油的溫度。然而溫度計(jì)測(cè)量出來的數(shù)據(jù)與主機(jī)油溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對(duì)比，兩者的數(shù)據(jù)相差1 ℃，在誤差范圍內(nèi)，所以并不是溫度探頭的問題。

3.2.3 引起機(jī)油油溫高故障的原因

該船的主機(jī)剛投入使用時(shí)間不足一年，正常進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，并沒有對(duì)主機(jī)內(nèi)部的配件進(jìn)行拆裝、裝配。技術(shù)員根據(jù)自己檢查分析的情況，與玉柴廠家的售后服務(wù)部的技術(shù)員進(jìn)行反映、討論。最終討論的結(jié)果是該型號(hào)主機(jī)的機(jī)油冷卻器的冷卻能力不足，即主機(jī)長時(shí)間高速運(yùn)行，機(jī)油得不到充分冷卻，造成油溫高的現(xiàn)象。

3.3 機(jī)油油溫高的問題解決方案

為了解決機(jī)油冷卻器的冷卻能力不足這一情況，提出了在機(jī)油冷卻器后增加一個(gè)機(jī)油冷卻器進(jìn)行二次冷卻的方案。進(jìn)行二次冷卻的冷卻器的熱換面積計(jì)算及冷卻器型號(hào)選擇，選型計(jì)算公式如式（1）～（3）所示：

經(jīng)過計(jì)算，確定選擇型號(hào)為GLC1-0.8的船用冷卻器，其總長為660 mm，直徑為115 mm，流量為80 m/h，熱交換面積為0.8 m3，工作溫度≤125 ℃，工作壓力≤0.9 MPa。

經(jīng)過在主機(jī)機(jī)油冷卻器管路后增加一個(gè)型號(hào)為GLC-0.8的船用冷卻器進(jìn)行二次冷卻后，機(jī)油得到充分冷卻，機(jī)油油溫恢復(fù)到正常范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

通過以上對(duì)“廣西港航4104”船的柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)的改造，經(jīng)過實(shí)船運(yùn)行效果明顯，從根本上解決了“廣西港航4104”船因冷卻系統(tǒng)頻繁高溫而停機(jī)的安全隱患，確保該船全年正常運(yùn)行，提高了柴油機(jī)的使用經(jīng)濟(jì)性，提高了該船的巡標(biāo)的工作效率且具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]伍賽特.船用柴油機(jī)可靠性要求及改善措施研究[J].內(nèi)燃機(jī)，2019（6）：48-51，55.

[2]劉江濤，張 鵬，李治明，等.某船用柴油機(jī)機(jī)組拉缸故障原因分析及解決方案[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（5）：50-52.

[3]田海濤.船用柴油機(jī)故障診斷技術(shù)研究[J].裝備機(jī)械，2019（3）：65-68，72.