某船發電柴油機排氣閥故障實例分析

王志浩 王洪發 李懷元 黃良云

摘 要：船舶發電機是船舶電力系統最重要的組成部分，也是使用頻率最高的設備之一。快速準確排除船舶發電機故障，對保障各種設備的正常運行以及船舶安全航行具有重要意義。現介紹某船發電柴油機突發增壓器嘯叫、喘振、補氣電磁閥報警、功率報警、氣缸排溫異常低的故障實例，并結合故障現象進行分析定位，總結了導致排氣閥閥桿斷裂的原因和設備維護的經驗方法，對類似故障的分析研判和后續處置具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：柴油機;增壓器;排氣閥;喘振;故障

1 故障現象及定位

某船在航行期間，崗位人員突然聽到機艙傳出發電柴油機增壓器短暫的嘯叫異響，同時發現發電機功率從原始55%負載不斷下降，還出現補氣電磁閥報警、功率報警。為全力保障電力暢通穩定，崗位人員迅速遙控啟動備用發電機組并網并對故障發電機解列，在前往現場進行應急處置和故障排除時未聽到異響，檢查各參數時發現掃氣箱溫度上升至90 ℃（正常為40 ℃左右），且1#缸排溫為160 ℃，與其余各缸排溫存在較大偏差，崗位人員迅速對故障發電機組進行停機檢查。

崗位人員根據故障現象對發電機組進行故障排查：

（1）對增壓器空氣系統進行檢查，重點試驗了補氣電磁閥的功能是否完好，檢查增壓器氣路是否通暢，結果表明增壓器氣路通暢并無堵塞，且調閱故障機組增壓空氣轉速、原動機運行轉速、發電機頻率曲線圖，如圖1所示，發現故障時增壓器轉速確實下降，且隨后出現短暫的轉速及頻率上升，說明故障時增壓器轉速下降引起增壓空氣壓力不足，導致機組功率下降和調速器自動調整，引起轉速和頻率短暫上升，整個過程確需補氣電磁閥動作補氣，因此排除了補氣電磁閥故障導致的誤報警可能。

（2）對空冷器進行檢查，未發現凝水及臟堵情況，排除了空冷器不暢導致增壓空氣壓力低報警的可能。

（3）對增壓器淡水溫度進行檢查，發現增壓器淡水進出機溫度正常，排除了淡水系統故障引起掃氣箱溫度異常的可能。

（4）對排溫異常的1#缸進行檢查，首先檢查排氣閥間隙，發現排氣閥間隙較小，隨后拆除搖臂機構，發現排氣閥閥桿斷裂（圖2）。崗位人員隨即拆除1#缸搖臂機構并進行吊缸檢查，發現其余進排氣閥閥盤不同程度變形，其中一個排氣閥閥盤下端碎裂，底部貫穿活塞并斜插于活塞頂部。

正是由于1#缸排氣閥閥桿斷裂，燃燒后部分廢氣隨進氣閥倒灌至掃氣箱，引起掃氣箱里增壓空氣溫度異常升高，同時排煙總管廢氣量下降，導致增壓器轉速下降，增壓空氣壓力與機組運行工況嚴重不匹配，Lambda氣缸底部補氣電磁閥信號觸點接通，且超過設定的10 s延時報警值，在增壓器轉速下降初期，調速器自動調整出現短時突加負荷引起原動機轉速及發電機頻率上升，因而產生增壓器嘯叫、喘振、補氣電磁閥報警、功率報警、1#缸排溫異常等現象。至此，故障得以定位。

2 故障原因分析

造成閥桿斷裂的原因通常包括：

（1）油料品質問題。油料品質差易導致積垢和結炭現象的出現，附著在氣閥與閥座接觸面，導致氣閥偏心，不規整運動，最終造成閥桿疲勞斷裂。

（2）氣閥間隙不當。間隙過大，閥桿溫度升高，導管內滑油因高溫結炭，燃燒物在間隙中沉積;間隙過小，氣閥工作熱膨脹后也易與導管產生磨損，兩者都會造成閥桿斷裂。

（3）閥桿質量問題。閥桿本身質量存在問題，在頻繁撞擊和高溫環境的雙重影響下機械強度降低，最終發生斷裂。

（4）長期運行磨損腐蝕。氣閥閥盤長期在高溫高壓運行中與閥座撞擊易產生變形，如受到燃氣中的炭粒及其他雜質沖刷，長期累積產生傷痕，均會造成閥盤落座不平穩，閥桿受力不平衡。且氣閥閥桿與導管長期在高溫環境下往復運動易產生摩擦磨損，導致閥桿偏心，產生局部應力集中，同樣易引起閥桿受力不平衡，造成閥桿斷裂。

該船發電柴油機組使用-10號柴油，進入噴射系統前需經過油柜粗濾器及機體精濾器兩道過濾，崗位人員定期組織油柜放殘及濾器清潔，近幾次濾器清潔均未發現異常，且查閱故障機組值班本燃油壓力無異常，其余4臺機組燃油壓力也正常，因此可排除油料品質的問題;船舶航行前，崗位人員對5臺發電機組氣閥間隙進行了檢查，未發現異常，查閱近半個月以來機組運行排溫數據均正常，因此可排除氣閥間隙不當因素;經調閱維護保養記錄，本批次排氣閥為2015年發電機運行16 000 h原廠家保養時進行的統一更換，近期未進行過單獨更換，因此可基本排除閥桿質量問題。目前，該船5臺發電機組運行時間分別為：1#發電機31 412 h、2#發電機31 720 h、3#發電機31 317 h、4#發電機30 815 h、5#發電機30 568 h，均已接近第二個16 000 h大修周期，需對進排氣閥進行拆檢維護。在2015年16 000 h大修時，就因排氣閥閥盤與閥座長期在高溫高壓環境中運行產生變形，對所有排氣閥進行了換新，因此本次該發電柴油機組故障是由排氣閥長期工作造成閥盤變形，進而引起閥桿受力不均，應力集中導致閥桿斷裂的可能性較大。

3 發電機運行管理

基于上述發電柴油機故障因素，在各項航行保障中只能選擇其他4臺發電機組交替運行使用，為防止其他機組故障，做了針對性的維護保養和運行檢查，并總結出以下四點經驗做法：一是“交接”，主要是在交接班時對值班期間檢查的現象和運行情況做好進一步的明確;二是“檢查”，到達現場觀察機組本身有無明顯異常（如跑冒滴漏或影響運行的雜物等），各參數運行狀態是否在規定范圍，油柜液位是否在規定范圍;三是“聽”，在檢查時通過銅棒傾聽發電機組各缸運行聲音，不放過任何異常聲響;四是“聞”，通過嗅聞機組有無異味，判斷有無漏油或排煙管漏煙等情況。

4 總結及建議

發電柴油機是船舶的電力來源，其運行好壞直接影響著船舶電力的供應，故障嚴重時會造成巨大的人員傷亡和財產損失。因此，在日常的維護管理中崗位人員應加強業務學習，提高發現問題和解決問題的能力，正確操作保養與發電柴油機相關的每一臺設備，保養完畢后應及時復查復核，并在值班巡視中加大巡查力度，為船舶電力安全提供可靠保障。

根據本文所述的故障產生原因和后續處置安排，建議從以下三個方面加強對發電柴油機在內的關鍵設備的維護保養工作：一是密切關注設備狀態管控，定期開展設備檢查工作，為排除設備隱患，避免設備出現問題，需要崗位人員切實掌握設備狀態和維修保養周期等重要信息，這對緊前謀劃和開展設備保養工作，確保設備狀態穩定可靠有著重要的意義。二是科學有效地制訂設備保養計劃，當前，受疫情影響，船舶靠港時間進一步縮短，無法集中時間一次性完成大量保養工作。這就需要科學制訂設備維護保養計劃，將原先系統的保養工作化整為零，適應當前形勢要求，提前聯系維修廠家，協調備件，確保靠港即修，充分利用短暫的靠港時間穿插開展設備維護保養工作。三是全面提升崗位人員專業技能，培養一批能夠提前發現并有效處理故障的技術骨干，高效開展設備維護保養和故障應急處置工作。

收稿日期：2021-04-06

作者簡介：王志浩（1990—），男，山東菏澤人，技術員，研究方向：柴油機管理與維修。