某船發電柴油機啟動困難故障分析與排除

董慶豐，陽躍圖，李文豪，羅 旭

(中國衛星海上測控部，江蘇 江陰 214431)

某船配備5個發電機組為全船提供電力保障，每個發電機組由1臺柴油機和1臺發電機組成，其中柴油機采用MAN B&W 6L23/30H型中速柴油機作為機組的原動機。此柴油機額定功率為770 kW，額定轉速750 r/min，缸徑為225 mm，活塞行程為300 mm；發電機采用HFC6-508型發電機，日常使用2～3個發電機組即可滿足全船電力供應。

該船在碼頭組織備航，進行設備常規保養，在啟動4號發電機組時，按下啟動按鈕，壓縮空氣推動機組的柴油機轉動后，沒有達到啟動轉速，最終導致啟動失敗。

本文全面分析柴油機啟動失敗的原因，并對啟動空氣系統和控制空氣系統進行重點排查，查找故障原因并確定故障點，最終將故障排除。

1 故障原因分析

1.1 燃油系統故障

燃油系統工作原理示意圖如圖1所示，燃油由A1管路進入燃油系統，由機帶燃油泵驅動，并進入燃油濾器凈化，之后進入高壓油泵，一部分燃油經過高壓油泵加壓后進入高壓油管到達汽缸內的噴油器，并噴入汽缸燃燒，一部分燃油回流至A2管路，最后流回燃油日用柜。

圖1 柴油機燃油系統原理示意圖

若燃油系統發生故障，柴油機啟動時，汽缸內無燃油或燃油過少都會導致啟動失敗，具體原因如下。

1)燃油管路接頭松動，系統中混有空氣，使燃油無法進入汽缸內，造成汽缸無法發火。

2)燃油管路、燃油濾器阻塞或管路泄漏，使汽缸內供油不足。

3)供油總桿及油門齒條卡滯，使燃油無法進入汽缸。

4)機帶燃油泵、高壓油泵或噴油器故障，導致供油不足。

5)調速器故障，導致燃油無法進入汽缸[1]。

1.2 啟動空氣系統故障

柴油機啟動空氣系統工作原理示意圖如圖2所示，從空氣瓶來的壓縮空氣(2.5～3.0 MPa)經過空氣濾器，進入減壓閥將壓力降低至0.7～0.9 MPa，之后分2路，一路連接補氣電磁閥至增壓器壓氣端進行補氣，另一路通過安全閥到達主啟動閥待用，在安全閥后面再分一路空氣到啟動閥及緊急啟動閥，當啟動閥動作后，壓縮空氣進入空氣啟動機使啟動機上的傳動齒輪與柴油機飛輪嚙合，之后壓縮空氣使主啟動閥接通，待用的壓縮空氣使啟動機轉動，帶動柴油機轉動。當柴油機轉速超過110 r/min時，柴油機發火，啟動閥關閉，啟動機上的傳動齒輪與飛輪上的啟動齒圈脫離。其中安全閥后有一路與機械超速裝置的兩位三通閥相連，當柴油機轉速超過最大允許轉速時，兩位三通閥動作，壓縮空氣進入油門控制汽缸，將高壓油泵齒條推至零位，使柴油機停車。

圖2 柴油機啟動空氣系統工作原理示意圖

啟動空氣系統出現故障會導致柴油機達不到發火轉速，從而導致啟動失敗，具體原因如下。

1)氣瓶壓縮空氣壓力不足或系統管路泄漏，無法推動柴油機。

2)空氣濾器臟污，壓縮空氣進氣量過小。

3)減壓閥調節壓力過小或出現故障，使壓縮空氣進氣不足[2]。

4)主啟動閥或啟動閥出現故障，使壓縮空氣無法進入空氣啟動機。

5)機械超速裝置出現故障，超速裝置使兩位三通閥動作，壓縮空氣進入油門控制汽缸，油門控制汽缸推動高壓油泵齒條，使齒條保持在零位。

6)空氣啟動機故障，無法帶動柴油機轉動。

1.3 汽缸內故障

柴油機汽缸內若出現故障，使壓縮壓力不足，會導致無法發火，造成啟動失敗，具體原因如下。

1)活塞環或缸套過度磨損，導致壓縮壓力不足[3]。

2)進排氣門彈簧力不足或密封不嚴。

3)缸蓋或缸體密封不嚴。

4)檢修時更換的活塞備件不屬于該機型，導致燃燒室容積過大[4]。

此類問題在柴油機維護保養正確，操作規范的情況下不會發生。

2 故障排查與排除

2.1 故障排查

設備故障往往都是由于一個小部件或一個小問題引起的，因此故障排查過程，遵循先簡單后復雜、先系統后機體、先外部后內部的原則來排查，效果較好，同時可以節省人力物力。柴油機按下啟動按鈕后能夠轉動，但是達不到啟動轉速，說明是啟動系統出現故障，具體排查過程如下。

1)檢查空氣瓶及管路。氣瓶壓力在2.5 MPa左右，符合啟動要求，壓縮空氣系統管路及機身空氣管路無泄漏。

2)檢查空氣濾器。拆開空氣濾器檢查，發現內部有少量雜質，不影響進氣量，清潔后裝復。

3)檢查減壓閥設定值。檢查減壓閥設定值在0.8 MPa，壓力正常。

4)檢查機械超速裝置及油門控制汽缸。裝置沒有動作，油門控制汽缸也沒有動作，設備正常。

5)檢查啟動閥及控制空氣管路。按下啟動按鈕后，啟動機嚙合齒輪能夠與飛輪正常嚙合，說明啟動閥工作正常，啟動閥前后的空氣管路暢通。

6)檢查主啟動閥及控制空氣管路。按下啟動按鈕后，柴油機能夠正常轉動，說明主啟動閥已經接通，使壓縮空氣進入到啟動機內，主啟動閥正常，控制管路暢通，而啟動機前的主空氣管路管徑較大，不會堵塞。

7)檢查空氣啟動機。柴油機能夠正常轉動，說明啟動機嚙合齒輪能夠正常伸出與飛輪嚙合，傳動齒輪能夠正常轉動。

8)外部檢查沒有發現故障點，對部件進行解體檢查，拆解減壓閥檢查內部情況，檢查發現內部各部件正常，部分O型圈老化，對部分O型圈進行換新后裝復，啟動柴油機試驗，仍然啟動失敗，故障未解決。

9)該柴油機采用的是渦輪式空氣啟動機。控制空氣使啟動機與柴油機飛輪嚙合，之后，控制空氣到達主啟動閥，使主啟動閥動作，啟動空氣通過主啟動閥后進入啟動機，推動渦輪葉片轉動，之后通過傳動齒輪帶動嚙合齒輪轉動，最終實現柴油機的轉動。

對啟動機進行解體發現內部渦輪葉片出現嚴重磨損，轉子葉輪內部葉片幾乎全面磨平，定子葉輪內部葉片也出現較大磨損。故障定位為空氣啟動機內部渦輪葉片異常磨損，導致啟動機動力不足，使柴油機達不到啟動轉速，最終造成啟動失敗。

2.2 故障排除

啟動機的渦輪葉片磨損嚴重，已經無法修復，只能更換葉片，同時在拆檢時發現，啟動機內部異物雜質較多，腔室較臟，對啟動機各部件進行清潔后，更換渦輪葉片及密封圈，最后裝復啟動機，檢查柴油機各系統，按下啟動按鈕，柴油機正常啟動，故障順利排除。

3 結束語

引起此次啟動機渦輪葉片異常磨損的原因，是由于鐵銹等雜質隨壓縮空氣進入啟動機內，渦輪葉片轉動過程中與雜質碰撞，導致葉片出現異常磨損。而鐵銹的產生，則是由于空氣系統內存在凝水。輪機員作為設備的管理和使用者，應該提高空氣系統的日常維護，需要在以下幾方面加以注意：①縮短對空氣瓶放殘的時間，及時將內部凝水及雜質排出，確保壓縮空氣質量；②縮短柴油機啟動系統中空氣濾器清潔時間，及時清潔濾器，防止系統臟堵或異物進入系統；③根據設備的維護周期，定期對設備進行拆檢保養，保證設備運行狀態。

此次故障原因較隱蔽，平時設備保養及操作不易發現，但是引起類似故障的根源卻是可以控制的，這就需要管理人員加強空氣系統的使用及管理，提高壓縮空氣的質量，避免類似故障的發生。