某型巡邏艇動力系統(tǒng)故障原因分析

中圖分類號：U664.12 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Fault Cause Analysis of the Power System in a Patrol Boat

CHEN Jian’，WU Darong2， WU Dong'，HUANG Haibin'， ZHOU Jianhua'（1.GuangzhouMarineEnginering Corporation，Guangzhou510250，China;2.AfaiSouthem Shipyard（Panyu Guangzhou）Ltd，Guangzhou 511431，China）

Abstract： This paper investigates the recuring high cooling water temperature alarm and failure to reach rated RPM in the starboard main engine of a dual-engine propulsion patrol boat during sea trials. Systematic inspection revealed significant construction deviations in the starboard sea chest baffe plate，leading to insuffcient seawater intake during high-speed navigation.The cooling system's water supply capacity was restored to design specifications by redesigning the bafle plate structure and optimizing the seawater flow channel configuration. Post-modification trials demonstrated markedly improved cooling efciency under dual-engine synchronous operation.

Key words： power system; sea chest baffle plate; quality improvement

1 引言

某型巡邏艇是由中船605院為東南亞某國設(shè)計的高速近海巡邏艇，適用于內(nèi)海、領(lǐng)海及毗連區(qū)遂行巡航、警戒、漁業(yè)檢查，保護領(lǐng)海安全以及在沿海、近海區(qū)域的環(huán)境保護巡邏。該艇在交船驗收試航過程中，右主機缸套冷卻水頻繁出現(xiàn)高溫報警，最高轉(zhuǎn)速不能達(dá)到額定轉(zhuǎn)速現(xiàn)象。本文將簡要介紹故障原因排查過程，并提出改進(jìn)建議。

1）主船體參數(shù)：船長 5 2 m 、型寬 7 . 4 m 、型深 4 . 0 5 m ） 航速不小于 2 3 k n

2）主要配置：主機2臺，額定功率 2 3 4 0 k W ，額定轉(zhuǎn)速 2 1 0 0 r / m i n ：

3）主、輔機冷卻水系統(tǒng)配置：主、輔機均采用間接冷卻系統(tǒng)，即海水冷卻淡水，淡水冷卻相關(guān)系統(tǒng)與設(shè)備。機艙前部左右舷對稱布置海水閥箱，由海水總管橫向連通，冷卻海水取自海水總管。主機的冷卻海水泵為機帶泵。主機機帶海水泵通過通海閥、濾器、總管吸人海水，經(jīng)主機熱交換器換熱后，一路直接排舷外，另一路分別通過排氣管后排出舷外，冷卻艉軸后排舷外；

2 船舶概況

本艇配置雙機、雙槳的動力推進(jìn)系統(tǒng)，主機為船用高速柴油機，通過高彈性聯(lián)軸節(jié)、可逆轉(zhuǎn)減速齒輪箱、軸系驅(qū)動定距螺旋槳。其概況如下：

4）機艙通風(fēng)系統(tǒng)配置：機艙采用機械進(jìn)風(fēng)、機械排風(fēng)，并設(shè)有一個自然出風(fēng)口。機艙前部左右舷各設(shè)1個通風(fēng)道，通風(fēng)道內(nèi)各設(shè)1臺軸流風(fēng)機向機艙內(nèi)送人新鮮空氣，送風(fēng)機可逆轉(zhuǎn)抽風(fēng)，機艙內(nèi)設(shè)有風(fēng)管；機艙艉頂部左右舷各設(shè)1個菌型通風(fēng)帽；在機艙艉部的右舷側(cè)設(shè)置1臺抽風(fēng)機，以抽出機艙溫空氣;

5）主機排氣系統(tǒng)配置：采用舷側(cè)排氣，其排出口設(shè)有擋板閥。主機部分冷卻海水進(jìn)入排氣末端與排氣混合排至舷外。

3 故障情況

主機在進(jìn)行 100 % 負(fù)荷（轉(zhuǎn)速 2 1 0 0 r / m i n） 航行試驗過程中，運行約2h后出現(xiàn)右舷主機缸套冷卻水溫度高報警，之后右舷主機自動停機。主柴油機耐久試驗記錄如表1所示。

4 故障原因分析

基于試航過程中出現(xiàn)上述的故障現(xiàn)象分析，其潛在主要原因可能有：

1）冷卻海水量供應(yīng)不足。主機海水冷卻系統(tǒng)布置在右舷的海水管路、濾器、通海閥及相關(guān)附件或者海水格柵等可能存在阻塞；海水冷卻系統(tǒng)左/右舷主機共用1根主海水總管，可能存在“搶水”現(xiàn)象；

2）機艙通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)量不足。無法有效排除機艙熱量，導(dǎo)致機艙溫度過高，進(jìn)而影響主機正常工作或者降低主機工作效率；

3）主機排氣系統(tǒng)排氣背壓過大；

4）軸系負(fù)荷過大。螺旋槳超重，或者軸系不對中，右舷軸系負(fù)荷比左舷大，右舷主機已達(dá)到最大負(fù)荷，主機功率及轉(zhuǎn)速已達(dá)到極限；

5）主機設(shè)備自身存在故障。主機散熱片或節(jié)溫器等質(zhì)量不合格，節(jié)溫器未開啟或者未完全開啟，導(dǎo)致右舷主機高速運轉(zhuǎn)時不能有效降溫，

5 故障原因排查方法

針對上述原因，采取以下排除方法：

1）海水冷卻系統(tǒng)阻塞排查。核查右舷船體海水格柵至右舷主機進(jìn)口之間管路及擋水板的完整性，海底門格柵是否附著海生物等；通海閥、海水濾器及蝶閥是否有異物堵塞，各個閥附件是否處于完全開啟狀態(tài)；核查主機冷卻海水出口至排舷外口之間排舷外管的節(jié)流孔板安裝完整性以及是否有堵塞；檢查支管的排氣擋板及艉軸密封裝置管路的完整性。經(jīng)過上述核查后，再次試航，在進(jìn)行航行試驗約2h后，右舷主機依然會出現(xiàn)缸套水高溫報警及自動停機現(xiàn)象，說明管路、閥附件等不存在堵塞問題，此條可以排除；

2）“搶水”問題排查。主海水總管的左/右舷分別連接1臺主機及1臺發(fā)電機，經(jīng)核查海水總管的管徑計算書，DN300海水總管內(nèi)海水流速約 1 . 9 m / s 流速較低。另外，主機進(jìn)口的接管所要求的管徑僅為D N1 5 0 m m ，而實際管路通徑為 D N2 0 0 m m ，用于主機的海水管有足夠余量，因此，不存在其他設(shè)備“搶水”問題。此條可以排除；

3）機艙通風(fēng)排查。經(jīng)核查機艙通風(fēng)系統(tǒng)計算書，通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)量滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，且進(jìn)艙的進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口流通面積均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。為加強機艙通風(fēng)效果，在機艙艉部右舷增加了1臺抽風(fēng)機。考慮到機艙的進(jìn)風(fēng)格柵會存在進(jìn)水的可能，而采用帶汽水分離裝置的進(jìn)風(fēng)格柵，其進(jìn)風(fēng)效率已大大降低，機艙溫度已接近臨界高溫報警溫度 。為此，將可閉格柵中的帶汽水分離裝置去除進(jìn)行試驗，機艙溫度明顯降低，在機艙工作時的舒適感也顯著提高，但冷卻水仍有高溫報警自動停機現(xiàn)象，僅報警時間滯后而已。因此，通風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)量對于此問題有一定的關(guān)聯(lián)性，但仍非決定性因素；

4）排氣系統(tǒng)排查。核查從主機排氣出口至舷外排氣出口之間的管路、附件。右舷主機的排氣出口管路管徑與左舷主機完全一致；拆檢右舷主機消音器是否損壞或者有異物堵塞；右舷主機的排氣擋板是否完全打開；右舷主機排氣管水套的冷卻水進(jìn)出以及水溫是否正常；右舷主機舷外排出口的排氣是否正常以及在轉(zhuǎn)速達(dá)到最高時，設(shè)置在排氣管上的排氣溫度計的溫度顯示是否與左舷主機有明顯差異。經(jīng)上述詳細(xì)核查后，未發(fā)現(xiàn)異常狀況，此條可以排除；

5）軸系排查。檢查軸系振動情況，軸承溫度是否正常，軸系運行是否有異常響聲，檢查航行推進(jìn)時水尾流情況、艉部船體振動是否異常，是否有異常響聲，航速是否有較大變化。檢查螺旋槳及軸系是否被漁網(wǎng)及異物纏繞，經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)異常，此條可以排除；

6）主機自身問題排查。核查本艇兩臺主機原始的臺架試驗記錄，以及現(xiàn)場主機拆檢，確認(rèn)主機熱交換器的散熱片無堵塞，節(jié)溫器可正常工作。此條可以排除；

7）船舶上排檢查。在碼頭的各個專項排查完畢，尚未找到問題原因，船舶須上排進(jìn)行徹底的排查。船舶上排后，經(jīng)過對軸系及軸承周邊的磨損情況，以及螺旋槳有無變形等情況進(jìn)行核查，均未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。再對水下工程所影響的各個因素進(jìn)行仔細(xì)排查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)左右舷的海底門格柵處的擋水板高度有明顯差異。機艙右舷海底門：部設(shè)有擋水板，高度約 1 5 m m 艉部擋水板高度約為 5 0 m m ，艉擋水板高度差約為3 5 m m ；而左海底門f擋板高度為 1 5 m m ，艉擋板高度為 5 6 m m 。查設(shè)計圖紙，僅在海底門尾端設(shè)高度50mm 擋板的要求，如圖1所示，左右兩舷海底門吸入格柵的擋水板設(shè)置不符合設(shè)計要求。施工方按圖紙整改后經(jīng)再次試航驗證，右舷主機冷卻水高溫報警現(xiàn)象消除，且不會再出現(xiàn)自動停機，左右舷主機均可正常工作，此問題最終得到圓滿解決。說明右舷主機冷卻水高溫報警，進(jìn)而自動停機的現(xiàn)象主要是由于海底門格柵擋水板未按設(shè)計圖紙施工，高度差偏小，未到達(dá)設(shè)計要求的攔水量，進(jìn)入右舷海底門格柵的海水量偏小，進(jìn)而右舷主機的冷卻海水量不足所導(dǎo)致。

6改進(jìn)建議

為盡可能避免主機缸套水高溫報警及自動停機現(xiàn)象的發(fā)生，提出以下幾點的改進(jìn)建議：

1）主機海水冷卻系統(tǒng)海底門格柵開口面積設(shè)計時應(yīng)預(yù)留一定的余量，海水總管管徑的計算、選取也需考慮余量。另外，在滿足規(guī)范的前提下，為避免“搶水”現(xiàn)象的發(fā)生，向主機提供冷卻海水的管路獨立，其他設(shè)備供水口應(yīng)盡量遠(yuǎn)離；

2）對于機艙通風(fēng)系統(tǒng)，機艙風(fēng)量計算及風(fēng)機選型、進(jìn)風(fēng)格柵、出風(fēng)道的面積應(yīng)考慮足夠的余量，風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)速盡可能低，宜設(shè)置獨立的支管靠近、正對主機增壓器通風(fēng);

3）海底門尾部設(shè)置適當(dāng)高度的檔水板。在船舶高速航行時可以將海底門的部分海水?dāng)r截在海底門中，以改善海底門供水問題。但加裝了攔水板也將會增加船體的附加阻力，擋水板高度設(shè)計應(yīng)綜合考慮所增加的阻力對于航速的影響；

4）航行試驗前務(wù)必對海底門、格柵、熱交換器、濾器、閥附件等進(jìn)行徹底的清潔工作，尤其是建造周期較長的船舶更應(yīng)如此。

7 結(jié)語

本文簡要介紹某國 5 2 m 巡邏艇試航過程中出現(xiàn)的動力系統(tǒng)故障問題及其原因排查過程，希望為類似船艇設(shè)計及建造工作提供有益的幫助。