船用柴油機故障診斷及處理技術分析

曹立江

摘要：船用柴油發動機是船舶運行的動力中心，安全性能直接關系到運輸過程的安全性，診斷船舶的機械故障是至關重要的。當船用柴油機出現故障時應該及時進行診斷，并應用相關處理技術消除故障，確保船用柴油機的安全性和適用性。柴油機故障維護是船舶維護的重要組成部分，它決定著柴油機的使用壽命。通過總結船用柴油機的常見故障，分析故障原因并提出解決方法。

關鍵詞：船用柴油機;機械故障診斷;處理

0? 引言

現階段我國的船舶所使用的發動機多數都是柴油發電機，因此，柴油機的工作可靠性就成為了船舶是否可以長時間工作的主要條件。但是，柴油機在工作一段時間后，通常會出現很多問題，如果對其放任不管，將會縮短柴油機的使用壽命。柴油機最常見的故障包括排氣溫度過高、汽缸套氣蝕、滑動軸承故障，主機安全閥故障以及主機“汽缸拉動”現象。

1? 柴油機的故障診斷分類以及處理技術

1.1 船舶柴油機排煙溫度過高

當使用老舊船舶時，由于從主機排出的廢氣溫度有時異常高，因此有必要檢測是來自所有氣缸的廢氣溫度還是來自各個氣缸的廢氣溫度，分析原因并根據測試結果采取不同的措施。如果在所有氣缸上都發生此故障，則可能是因為渦輪機的前格柵和渦輪機葉輪太臟、渦輪機噴嘴堵塞、進氣口不暢通、廢氣鍋爐堵塞并且排氣不良。如果各個氣缸的排氣溫度過高，則可能是由于氣缸的排氣閥損壞導致空氣泄漏、活塞密封有問題、空氣口堵塞吸氣不暢[1]。

排查出導致廢氣溫度過高的原因，就可以采取針對性的措施解決該問題。對于排氣堵塞的問題，有必要清除機器的灰塵。對于堵塞渦輪噴嘴的問題，必須首先卸下渦輪并進行清潔。如有必要，可以更換籠中的葉輪和渦輪噴嘴。對于氣缸閥和活塞密封件泄漏，必須及時修復原因。

1.2 柴油機氣缸套穴蝕問題

當柴油發動機運行時，汽缸套氣蝕嚴重影響柴油機的運行性能和使用壽命。形成汽缸套氣穴的原因非常復雜，當柴油機采用開放式冷卻時，冷水溫度較低，并且在高速運行時機器加熱不均勻，從而導致缸套和活塞之間的裝配間距不均勻，由于缸套中的力不均勻，導致出現氣蝕現象。另外，用于冷卻的冷水中含有許多雜質以及復雜的化學物質，由于這些物質的原因導致用于冷卻的冷水具備了一定程度的腐蝕性，而導致柴油機出現氣缸穴蝕的原因之一便是冷卻水具有腐蝕性。另外，由于曲柄連機構會帶動活塞進行往復活動，在進行往復活動的過程中，活塞會對氣缸造成沖擊力，引起氣缸發生共振。當氣缸與活塞產生共振時，氣缸內壁的金屬材料會因為活塞沖擊力的作用下發生形變。長時間的沖擊會導致氣缸內壁上的金屬材料脫離，從而導致形成穴蝕[2]。

解決方法：①封閉式冷卻方法可以使冷水溫度保持相對恒定，確保機械零件的適當熱膨脹系數，并減少空化的發生。但是，封閉式冷卻的成本比開放式冷卻的成本高得多，并且設備更為復雜。②在冷卻液中添加乳化油等腐蝕抑制劑。抗蝕劑在氣缸套的表面上形成保護膜，盡管該保護膜的厚度很薄，但可以減少氣缸表面的消極影響。③合理地調節柴油機供油提前角，并使每個氣缸的燃油噴射量保持恒定，以使柴油機平穩運行、減少振動、減少汽蝕現象。④使用結構致密，結構均勻，石墨形狀良好且含有Gr、Mo等元素的缸套材料。這些材料具有很高的機械性能、熱穩定性和耐化學性，可以有效地提高氣缸套的抗氣蝕能力。⑤盡量降低氣缸套外壁的表面粗糙度，以減少積聚在氣缸壁凹部和薄部中的蒸氣芯的數量，并減慢氣蝕過程。⑥改進冷卻液腔的設計。當冷卻劑流經精心設計的冷卻劑腔時，流速和壓力變化緩慢，通常不會突然變化，腔體的水流速度不超過2m/s，速度相對均勻，不應有大的波動，以免形成旋流區。

1.3 柴油機滑動軸承的故障問題

滑動軸承是柴油發動機的重要組成部分，但船用一級和二級柴油發動機中的軸承損壞卻很常見。滑動軸承承受交變載荷，其中軸承油膜分布不均勻。柴油機運轉時，軸承承受很大的力，內圈和外圈之間的相對速度很高。柴油發動機頻繁啟動并在使用時加速會使軸承力改變頻率太大;天氣不好，潮濕的空氣會使潤滑油變質。這些復雜因素會導致軸承損壞并縮短使用壽命[3]。

軸承的常見損壞包括：①拉毛和劃痕。如果硬顆粒意外地混入潤滑劑中，當軸承的內圈和外圈相對旋轉時，這些硬顆粒會在軸承殼表面形成凹槽。②過度磨損。柴油發動機頻繁啟動、長時間的超負荷工作、粗糙的軸承表面帶有雜質的潤滑劑等等。③局部磨損。當軸承之間的同軸度不符合要求時，就會發生偏心磨損，從而導致局部壓力集中。局部磨損通常發生在軸承襯套的中間或側面。④龜裂或疲勞剝落。軸承襯套表面上會出現微裂紋和剝離。如果軸承材料的疲勞強度不符合要求，或者對軸承施加了過大的力，則軸承會在高溫下運行，從而導致不均勻的力和局部應力集中在軸承表面上。局部壓力過大會導致合金層出現疲勞裂紋。疲勞裂紋發展到深處，在接縫表面附近橫向擴展，彼此連接，剝落合金層。⑤軸瓦燒熔。燒熔會嚴重損壞軸承。軸承熔化的原因有很多，例如潤滑劑分布不均，油膜損壞以及軸頸的表面光潔度不足。這種基本缺陷會導致軸和襯套之間直接接觸，從而引起干摩擦，并且摩擦會產生熱量，使合金熔化。

解決措施：如果軸承的損壞在可維修范圍內，則有許多維修軸承的方法，可以避免浪費。常見的方法包括部分維修、焊接維修、重新填充軸承襯套和噴涂。如果軸承襯套的劃痕、剝落、小面積脫殼和腐蝕較小，則可以進行局部維修和刮擦。增加日常維護工作可以減少軸承損壞。可以從以下幾個方面采取預防措施：選擇合適的潤滑劑、確保潤滑劑供應狀況良好、加強機油濾清器的維護、加強導航行值班的管理，減少柴油機的頻繁起停，并定期檢查和調整軸承間距。

1.4 主機安全閥故障

當柴油發動機氣缸中的壓力超過安全閥的臨界壓力時，安全閥會跳動。通常，有三個主要原因。當柴油機的工作負荷超過額定負荷并且工作條件發生變化時，氣缸爆炸壓力急劇上升，安全閥跳動、安全閥的質量不合格、注射器的質量不合格[4]。

1.5 主機“拉缸”現象

當發生“汽缸拉動”現象時，主機的聲音變鈍并且產生“達達達達”的異常聲音。“拉動氣缸”的主要原因是活塞材料的熱處理不佳，日常使用和維護不當。

處理方法：如果氣缸套異常磨損且劃傷嚴重，則說明氣缸潤滑油系統不干凈，需要清洗。如果刮擦活塞裙部，則必須重新設計活塞的結構或適當地切割氣缸部分或是更換合適的活塞。

2? 柴油機機械故障診斷方法

2.1 熱力參數分析法

熱參數分析的方法主要是根據柴油機運行時的熱參數來診斷柴油機的工作狀態。該方法豐富的指示器圖可以使工作人員更方便的計算顯示的功率，以確保燃燒質量和氣缸平衡。基于準確的數據，顯示圖對于監視運行期間的柴油發動機非常重要，并且經常用于對實際工作進行全面監視的過程中。而指示器圖有直接錄取與間接錄取兩種方法：直接錄取方法主要是當曲轉角發生變化時，直接通過指示器來錄取氣缸壓力。而間接錄取方法，是指通過在柴油機運行時通過測量不同的物理量的變化來錄取氣缸壓力。實際上，間接方法在某種意義上更為適用，因為它不影響柴油機的運行過程。現在通常通過獲取氣缸蓋螺栓應變以獲得氣缸氣壓來間接測量和記錄功率圖。換句話說，它通過汽缸蓋振動信號來分析汽缸氣壓。這種方法的優點是可以更全面地了解柴油機的各種缺陷，但是缺點是上止點不很清楚，并且對壓力傳感器的安裝和通道效應的要求也更高[5]。

2.2 振動分析法

振動方法主要是在船用柴油機運行時使用振動，并測試振動信號，分析和處理數據以及診斷內部零件的狀況。振動方法具備可以在線診斷的優點。而在利用振動分析法進行診斷時，也會存在以下幾點內容：第一，確定大量的寬頻率激勵力。第二，柴油發動機具有許多運動部件，并且在操作過程中難以接近機身。第三，因為柴油發動機的零件不同，所以每個零件都被激發。由于傳輸路徑和表面振動的不同貢獻，很難識別。第四，在運動部件受到不同程度的機械損壞的情況下，可以檢測到激振力如何變化的表面振動信號。第五，相鄰圓柱和該圓柱的運動部件之間相互干擾的差異。第六，測量點的判斷和選擇[6]。

2.3 瞬時轉速法

由于可以通過柴油機曲軸的瞬時速度波動信號來表示柴油發動機的運行質量和運行狀態，因此可以利用瞬時速度波動信號來獲得駕駛狀態和相關的故障信息。但是，該方法也有一些缺點。例如，可以判斷由于瞬時速度波動而引起的氣缸位置異常，但是無法確定原因。這是因為需要高精度的高頻速度測量裝置來捕獲內部旋轉角度的變化。

2.4 油液分析法

在機械故障的情況下，潤滑劑中包含的鐵元素可以確定金屬零件的磨損，因此可以使用潤滑劑的鐵譜儀和頻譜分析方法來監控柴油機的運行狀況。每對柴油發動機在運行過程中都有不同程度的磨損，但是由于磨損形式不同，磨損顆粒也不同。這些顆粒存在于潤滑劑中，并且金屬可以通過鐵光學和光譜法鑒定[7]。實際上，不可能依靠單獨的鐵譜和光譜學來實際檢測柴油發動機，但是它們各有千秋。光譜可以準確地獲得磨損成分的含量，但是形狀不能被理解，而鐵譜可以清楚地理解顆粒的形狀。但是，無法判斷有色金屬及其分辨率不如光譜高。僅在同時使用鐵磁和光譜學時才能實現常見的檢測效果。當然，機油分析方法的使用也有一定的局限性，主要是因為不可能找到并準確地掌握有缺陷的氣缸的位置，也無法進行監視，同時機油分析結果只能進行定性分析并且具有很高的隨機性。上面提到的診斷柴油機機械故障的所有四種方法都有一定程度的缺陷，任何方法的實施都有局限性，否則可能只有一種方法，但這并不妨礙我們使用這些方法。執行機械診斷并處理故障。

上面提到的診斷柴油機機械故障的所有四種方法都有一定程度的缺陷，任何方法的實施都有局限性，否則可能只有一種方法，但這并不妨礙我們使用這些方法。執行機械診斷并處理故障。

3? 結束語

綜上所述，在對船舶進行維修時最為主要的便是柴油機故障檢修，柴油機是否可以正常使用直接決定了船舶的使用安全。因此對于柴油機檢修而言，有必要對其進行研究。基于此，本文在總結了我國船用柴油機中最為常見的幾種故障，分析故障原因，并給出相應的處理方法，希望可以為我國的船用柴油機故障檢修方面起到有利參考。

參考文獻：

[1]張大勇，許振波.船舶柴油機主要機械故障診斷和解決方法探析[J].中國高新科技，2019（002）：39-41.

[2]文成知.船舶柴油機監測與故障診斷技術初探[J].農村科學實驗，2018（010）：89-90.

[3]覃福良.船用柴油機故障診斷技術及維護案例解析[J].船舶物資與市場，2020（003）：87-88.

[4]王鑫，郭巖松.船舶柴油機機械故障診斷與處理分析[J].船舶物資與市場，2019.

[5]李昆.船用共軌柴油機排氣閥常見故障探析[J].港口經濟，2020（004）：66-67.

[6]曾富菁.船舶柴油機減排防污染的技術和經濟分析[J].商品與質量，2018（033）：207，210.

[7]申如弦.船用氣缸套磨損機理及提高其使用壽命方法[J].內燃機與配件，2018（003）：139-140.