某船用發(fā)電柴油機(jī)油液監(jiān)測(cè)案例分析

任鳳華，吳善躍，呂 躋，王嘉志

(92957部隊(duì),浙江 舟山 316000)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，柴油機(jī)80%的失效故障與潤(rùn)滑系統(tǒng)問(wèn)題有關(guān)，而潤(rùn)滑系統(tǒng)問(wèn)題多半是因?yàn)橛推肺廴疽鸬模渲杏忠运廴据^為普遍[1]。潤(rùn)滑油進(jìn)水會(huì)破壞油膜，從而降低潤(rùn)滑效果，增加機(jī)械異常磨損，同時(shí)可加速有機(jī)酸對(duì)金屬摩擦副的腐蝕，破壞油品添加劑的效能，嚴(yán)重的可直接導(dǎo)致柴油機(jī)拉缸抱瓦甚至整機(jī)報(bào)廢。

1 基本信息

1.1 油樣信息

此次裝備監(jiān)測(cè)對(duì)象為某船用發(fā)電柴油機(jī)，其潤(rùn)滑系統(tǒng)采用“干式曲軸箱”式，即柴油機(jī)單獨(dú)設(shè)有循環(huán)油柜。潤(rùn)滑過(guò)摩擦介質(zhì)后的滑油經(jīng)曲軸箱進(jìn)入循環(huán)油柜，循環(huán)柜起儲(chǔ)存循環(huán)油量的作用，當(dāng)柴油機(jī)工作時(shí)，通過(guò)滑油泵再將循環(huán)柜中的滑油抽送到機(jī)器各潤(rùn)滑部位。

滑油使用牌號(hào)為通用柴油機(jī)潤(rùn)滑油，滑油取樣工作采用油液專業(yè)取樣器，取樣位置為油底殼液面高度一半略下的深度，取樣時(shí)機(jī)為機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)停機(jī)后30 min內(nèi)。取樣時(shí)機(jī)器使用時(shí)間18 342 h，滑油使用時(shí)間216 h。

1.2 監(jiān)測(cè)技術(shù)信息

油液監(jiān)測(cè)技術(shù)包括潤(rùn)滑劑分析和磨損微粒分析2大技術(shù)領(lǐng)域。前者通過(guò)監(jiān)測(cè)由于添加劑損耗和基礎(chǔ)油衰變引起的油品物理和化學(xué)性能指標(biāo)的變化程度，來(lái)檢測(cè)機(jī)械設(shè)備的潤(rùn)滑狀態(tài)和識(shí)別機(jī)器因潤(rùn)滑不良引起的故障；后者通過(guò)對(duì)油中攜帶的磨損微粒的大小、形貌、材質(zhì)和數(shù)量等進(jìn)行觀測(cè)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器摩擦狀態(tài)的有效監(jiān)測(cè)和診斷。

理化性能分析項(xiàng)目主要包含油品的衰敗、添加劑的損耗以及油液污染。常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目有：①水分檢測(cè)，儀器配備有爆裂法快速水分分析儀、KF庫(kù)倫滴定法精密水分分析儀；②黏度檢測(cè)，儀器配備全自動(dòng)運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定儀；③閃點(diǎn)分析，儀器配備全自動(dòng)開口閃點(diǎn)測(cè)定儀。

磨粒分析內(nèi)容包含磨粒成分、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、尺寸大小、幾何形貌等。常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目有：①光譜分析，儀器配備原子發(fā)射光譜儀；②鐵量分析，儀器配備金屬磨屑測(cè)量?jī)x；③鐵譜分析，儀器配備分析式鐵譜系統(tǒng)。

2 案例監(jiān)測(cè)過(guò)程

2.1 油液監(jiān)測(cè)與故障診斷

根據(jù)監(jiān)測(cè)診斷工作大綱規(guī)定及船舶柴油機(jī)潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)技術(shù)要求，我單位對(duì)送檢的發(fā)電柴油機(jī)潤(rùn)滑油樣品進(jìn)行了水分檢測(cè)、黏度檢測(cè)、閃點(diǎn)分析、原子發(fā)射光譜分析、鐵量檢測(cè)與鐵譜分析等檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果為：

1)水分檢測(cè)正常。油樣水分含量測(cè)定為0.07%，依據(jù)GJB3714-99《艦艇主要潤(rùn)滑油換油指標(biāo)》規(guī)定，水分含量不應(yīng)大于0.2%，因此水分含量判定正常。

2)黏度檢測(cè)正常。油樣100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定為12.18 mm2/s，依據(jù)正常換油指標(biāo)規(guī)定，100 ℃柴油機(jī)油運(yùn)動(dòng)黏度變化率不應(yīng)超過(guò)±20%，而新油黏度正常范圍為12.5～14.5 mm2/s，因此油樣黏度判定正常。

3)閃點(diǎn)檢測(cè)正常。油樣開口閃點(diǎn)值測(cè)定為210 ℃，依據(jù)正常換油指標(biāo)規(guī)定，柴油機(jī)油開口閃點(diǎn)值不應(yīng)低于180 ℃，因此油樣閃點(diǎn)判定正常。

4)鐵譜檢測(cè)正常。通過(guò)譜片制作、顯微鏡觀測(cè)分析，未見油樣中存在明顯異常的磨損顆粒。

5)光譜檢測(cè)異常。油液光譜分析數(shù)據(jù)如表1所示，其中鈉元素含量為1 422 μg/g，數(shù)值偏高。

表1 油液光譜分析數(shù)據(jù) μg/g

將歷次光譜分析的鈉元素濃度值與取樣時(shí)間制成曲線圖，得到鈉元素歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖1所示，相比歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，鈉元素含量明顯陡增。

滑油水分檢測(cè)正常，但鈉元素含量異常增高。柴油機(jī)在工作運(yùn)行中，混進(jìn)滑油的水分因?yàn)榇嬖谡舭l(fā)現(xiàn)象，而容易導(dǎo)致油樣水分含量檢測(cè)正常但污染物元素含量動(dòng)態(tài)增加的現(xiàn)象[2]，鈉元素又屬水污染特征元素之一，因此懷疑該發(fā)電柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)存在水源泄漏問(wèn)題。為進(jìn)一步確定水源類型、縮小故障排查范圍，對(duì)另一污染特征元素鎂進(jìn)行了數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析，得到鎂元素歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖2所示，結(jié)果顯示鎂元素變化趨勢(shì)穩(wěn)定，未見明顯增長(zhǎng)。根據(jù)文獻(xiàn)[2]的研究結(jié)論，鈉元素含量升高、鎂元素含量正常的油液特征，大概率為冷卻水污染問(wèn)題(冷卻水中添加的緩蝕劑原液主要為鈉鹽成分，鎂元素含量較低)。

圖1 鈉元素歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

圖2 鎂元素歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

綜上分析，診斷結(jié)論為該發(fā)電柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)可能存在冷卻水泄漏問(wèn)題，但水分泄漏強(qiáng)度有限導(dǎo)致其在柴油機(jī)工作運(yùn)行中不斷被蒸發(fā)，柴油機(jī)各摩擦副組件目前尚未發(fā)生嚴(yán)重磨損。對(duì)船方提供的意見建議為：①立即停用存在隱患的發(fā)電柴油機(jī)；②對(duì)該柴油機(jī)可能存在冷卻水泄漏的部件進(jìn)行狀態(tài)檢查，重點(diǎn)排查汽缸套內(nèi)外壁、汽缸套密封圈、汽缸蓋、汽缸墊等部位；③排查故障完成后更換潤(rùn)滑油，做好后續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)。

2.2 問(wèn)題排查與故障修復(fù)

船方根據(jù)我單位的診斷意見，立即停用了機(jī)器，同時(shí)開展柴油機(jī)各系統(tǒng)部件的問(wèn)題排查。首先檢查了滑油冷卻器、熱交換器及增壓器滑油冷卻系統(tǒng)等柴油機(jī)附屬部件，結(jié)果顯示均完好。然后將各缸噴油器拆卸掉，利用工業(yè)內(nèi)窺鏡檢查，發(fā)現(xiàn)缸套內(nèi)壁無(wú)穿孔跡象，但有4個(gè)缸套內(nèi)壁存在明顯銹蝕痕跡，懷疑水分是由汽缸蓋泄漏進(jìn)汽缸內(nèi)，汽缸套內(nèi)壁圖如圖3所示。遂將各缸缸頭拔起，檢查了各缸汽缸墊的密封狀態(tài)，并對(duì)所有汽缸蓋進(jìn)行了泵壓試驗(yàn)。檢查結(jié)果為：汽缸墊無(wú)損壞，但有6個(gè)缸頭泵壓不保壓，其中3個(gè)存在明顯滲水。根據(jù)以上現(xiàn)象，基本可以斷定汽缸蓋內(nèi)部出現(xiàn)了裂紋，柴油機(jī)工作時(shí)缸頭水套內(nèi)的冷卻水經(jīng)由裂紋處滲漏進(jìn)汽缸和油底殼內(nèi)，導(dǎo)致油液檢測(cè)異常。汽缸蓋正、反面圖如圖4所示。

后來(lái)，船方對(duì)問(wèn)題缸頭和缸套進(jìn)行了全部更換，滑油也進(jìn)行了換新，并在新?lián)Q滑油使用50 h和80 h后，組織了2次取樣送檢。監(jiān)測(cè)結(jié)果為：水分含量均正常，鈉元素含量分別為99.8 μg/g、116.7 μg/g，鈉元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)恢復(fù)至歷史正常水平，且變化趨于穩(wěn)定，證明該柴油機(jī)冷卻水泄漏問(wèn)題已徹底得到解決。

圖3 汽缸套內(nèi)壁圖

圖4 汽缸蓋正、反面圖

3 結(jié)束語(yǔ)

在某發(fā)電柴油機(jī)潤(rùn)滑油定期監(jiān)測(cè)中，本案例通過(guò)多種油液監(jiān)測(cè)技術(shù)手段、數(shù)據(jù)綜合研判分析，準(zhǔn)確診斷出水污染特征之一的鈉元素含量異常偏高問(wèn)題，并指導(dǎo)船方針對(duì)性展開問(wèn)題排查，快速定位了汽缸蓋內(nèi)部裂紋導(dǎo)致水分滲漏的故障源，通過(guò)更換缸頭、滑油換新等措施，及時(shí)排除了柴油機(jī)故障隱患，有效遏制了問(wèn)題的持續(xù)劣化，避免重大裝備事故的發(fā)生。

當(dāng)前，船舶任務(wù)形勢(shì)日趨復(fù)雜嚴(yán)峻，裝備使用強(qiáng)度不斷加大，而發(fā)電柴油機(jī)作為全船電力系統(tǒng)的關(guān)鍵首要部件，其性能狀態(tài)的好壞直接影響全船的生命力與戰(zhàn)斗力。定期開展油液監(jiān)測(cè)工作，可及時(shí)了解掌握發(fā)電柴油機(jī)潤(rùn)滑和磨損狀態(tài)的信息，準(zhǔn)確診斷柴油機(jī)磨損故障的類型、部位和原因，指導(dǎo)船方科學(xué)組織發(fā)電柴油機(jī)的狀態(tài)維修和潤(rùn)滑管理，從而預(yù)防裝備重大事故的發(fā)生，為鞏固提高船舶生命力和戰(zhàn)斗力提供有力保障。