導讀

　　柴油機燃油系統(tǒng)中高壓油泵是非常重要的部分，高壓油泵通過柱塞的往復運動，將低壓燃油變成高壓燃油，以保證足夠的噴油壓力，其工作可靠性直接影響柴油機的動力性、經(jīng)濟性、可靠性。

　　本文介紹了某改造船兩臺副機高壓油泵柱塞彈簧損壞的故障現(xiàn)象，通過細致的分析各方面因素對故障的影響，結合本船實際改造情況，最終排除了故障，保證了設備的正常運行。

　　一、船舶和設備概況

　　某改造船舶主要參數(shù)見表 1。

　　

　　三臺副機主要參數(shù)見表 2。

　　

　　

　　改造前由于船舶是在全球營運，所以燃油使用的是低硫燃料油(Low Sulphur Fuel Oil，LSFO)和低硫輕柴油(Low Sulphur Marine Gas Oil，LSMGO)，改造后因為船舶將只在歐盟排放控制區(qū)內(nèi)使用，所以使用的燃油改為只使用 LSMGO。

　　基于以上原因，船東安排服務商來船吊檢 NO.1 發(fā)電機組柴油機和 NO.3 發(fā)電機組柴油機，NO.2 發(fā)電機組柴油機由于船員自己剛剛吊檢完成不久，沒有安排服務商再吊檢。

　　NO.1 發(fā)電機組柴油機和 NO.3 發(fā)電機組柴油機吊檢時更換了全部缸套、缸頭、噴油器、連桿螺栓、軸瓦和高壓油泵除殼體以外所有相關備件。

　　另外，由于船舶改造需要，對本船燃油系統(tǒng)的設備和管系做了較大的改動，主要改動如下。

　　本船原來主機和三臺發(fā)電機組柴油機均由燃油系統(tǒng)的供油單元提供燃油。

　　供油單元由兩組一級濾器、兩臺燃油循環(huán)泵、兩臺燃油增壓泵、二級自動反沖洗濾器、加熱器、黏度控制器、流量計等組成。

　　其中二級自動反沖洗濾器精度為 10 μm，在原供油單元回油進日用柜的回油管路上有壓力調節(jié)閥，可以保證閥前供油管路上的燃油壓力在一定的范圍內(nèi)。

　　這個壓力調節(jié)閥的設定數(shù)值可調節(jié)。

　　整個系統(tǒng)如圖 1 所示。

　　

　　▲圖1 改動前原船燃油單元

　　由于本船以后只使用LSMGO，不再需要供油單元的加熱裝置等，所以設計公司拆除了供油單元。

　　主機和發(fā)電機組柴油機分別由兩組泵直接供油，泵前加裝濾器，加裝的濾器精度僅為 320 μm，燃油日用柜和供油泵的位置也發(fā)生了變化，由原來的日用柜在供油泵的上一層平臺改為日用柜和供油泵在同一層平臺，改后的燃油系統(tǒng)回油管路沒有安裝調壓閥等裝置，只在回油管進日用柜處安裝了一個手動的截止閥，可以靠手動調節(jié)開關量粗略地調節(jié)燃油供油壓力，如圖 2。

　　

　　▲圖 2 改動后燃油供油泵組

　　二、故障現(xiàn)象

　　在服務商完成吊檢兩臺發(fā)電機組柴油機后進行負荷試驗時，根據(jù)試驗計劃每臺機逐漸加負荷到 100% 負載過程中發(fā)電機組柴油機運轉正常，但當三臺機都在100%負載運行即將進行并車試驗時，吊檢后的 NO.1 和 NO.3 發(fā)電機組柴油機突然出現(xiàn)連續(xù)幾個缸排煙溫度突然下降，繼而突然停車的故障，而之前船員自己吊檢的 NO.2 發(fā)電機組柴油機卻運轉正常，沒有出現(xiàn)類似故障。

　　停機檢查發(fā)現(xiàn)排煙溫度不正常的幾個缸高壓油泵齒條卡死，拆檢這幾個高壓油泵后發(fā)現(xiàn)，柱塞、套筒和齒圈都有一定程度的磨損，高壓油泵柱塞彈簧斷裂，進一步拆解兩臺副機所有高壓油泵擴大檢查后發(fā)現(xiàn)，NO.1 和 NO.3 兩臺發(fā)電機組柴油機共有 9 個高壓油泵柱塞彈簧斷裂，所有缸高壓油泵的柱塞，套筒和齒圈都有一定程度的磨損，如圖 3~ 圖 5。

　　

　　▲圖3 高壓油泵柱塞彈簧斷裂

　　

　　▲圖 4 高壓油泵齒圈損壞

　　

　　▲圖 5 高壓油泵柱塞磨損

　　三、故障可能的原因初步分析

　　根據(jù)相關原理分析可能造成高壓油泵柱塞，套筒和齒圈異常磨損，柱塞卡死進而使柱塞彈簧損壞的原因有 5 種。

　　1、燃油質量及濾器過濾情況等原因

　　由于本船發(fā)電機負荷試驗時使用的是新加的LSMGO，有化驗報告作參考，使用前所有管路，相關閥件和濾器都已串洗干凈，油的品質也能保證，加之之前船員自己吊檢的 NO.2 發(fā)電機組柴油機運轉正常，所以初步排除燃油質量問題。

　　考慮到柱塞，套筒和齒圈有一定程度的磨損，所以懷疑濾器過濾效果不佳，有雜質進入損壞柱塞及彈簧，但經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，雖然本船改造前供油單元二級自動反沖洗濾器精度為 10 μm，改造后發(fā)電機供油泵前濾器精度僅為 320 μm，明顯過濾精度降低了很多，但是在燃油進機前發(fā)電機本體還有一組燃油濾器，過濾精度為 25 μm，根據(jù)柴油機說明書確定，只要所用燃油經(jīng)過 42 μm 濾器有效過濾后，都能達到使用要求。

　　拆檢這三臺機的濾器，發(fā)現(xiàn)濾器工作狀況良好，濾器前并沒有多少雜質，經(jīng)過此濾器過濾的油可以滿足正常使用，不會造成此類故障的顆粒磨損情況。

　　為了找出故障原因，船東安排在濾器后取樣，重新化驗了所用的這種LSMGO，化驗結果顯示此種 LSMGO 的各項參數(shù)都正常。

　　因此可初步排除是燃油質量和改裝后濾器過濾精度的問題。

　　2、副機燃油進機壓力低的原因

　　根據(jù)日常經(jīng)驗，在其他常規(guī)檢查之后，開始考慮燃油系統(tǒng)改造對發(fā)電機造成的影響。

　　經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，副機燃油供油泵的出口壓力偏低，燃油系統(tǒng)改造前給發(fā)電機供油的泵在日用柜下一層平臺，供油泵的吸入端有一定的正壓，工作時泵的出口處壓力能保持在 0.4 MPa 左右，此時回油管路上的壓力調節(jié)閥還有很大的調節(jié)余量，也就是說，根據(jù)需要壓力還可以進一步調高。

　　燃油系統(tǒng)改造后供油泵與燃油日用柜在同一平臺，供油泵的吸入端正壓變小，供油泵的出口處壓力由于管系的改動也只能達到 0.2 MPa 左右，而此時回油管路上那個手動的調壓截止閥已經(jīng)基本關閉了，基本沒有再進一步調高壓力的可能。

　　這就造成改造后比之前到達發(fā)電機組柴油機附近的燃油壓力小很多。

　　但進一步分析發(fā)現(xiàn)，此種機型的發(fā)電機有自帶的機帶燃油泵，可以把進機燃油壓力進一步增壓到0.5 MPa 左右，根據(jù)說明書要求，燃油進機壓力正常范圍是0.49~0.54MPa，這樣就可以滿足發(fā)電機的進機壓力要求，所以判斷燃油進油壓力也不是造成此類故障的主要原因，但這樣長久運行，會對機帶燃油泵產(chǎn)生不良影響。

　　3、副機燃油進機流量低的原因

　　經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，由于船東按照設計公司的設計拆除了供油單元，使原有的供油單元系統(tǒng)中循環(huán)泵和增壓泵被取消，改為只有供給泵給主機和發(fā)電機組柴油機供油，供給泵的型號選取是按照原供油單元增壓泵型號選取的，這會導致三臺發(fā)電機組柴油機同時使用時，或兩臺發(fā)電機組柴油機高負荷使用時系統(tǒng)供油流量不足。

　　可以通過三臺副機各自回油管路上的截止止回閥閥芯在使用中持續(xù)發(fā)生敲擊和管路振動來證實。

　　閥芯敲擊是因為回油流量不足，斷斷續(xù)續(xù)，管路振動也是由于管路所流經(jīng)液體的流量不穩(wěn)定造成的。

　　供油流量的不足就會引起高壓油泵進油和回油流量不足，從而使高壓油泵冷卻不良。

　　檢查高壓油泵回油管，確實發(fā)現(xiàn)使用中高壓油泵回油管溫度有所增高，尤其是在發(fā)電機高負荷運轉時較明顯，而此種情況在三臺發(fā)電機組柴油機都處于高負荷狀態(tài)下運行時則更為明顯。

　　高壓油泵在使用中溫度很高，通過測溫大約為 70℃左右。

　　就導致了高壓油泵柱塞和套筒受熱膨脹十分嚴重，可能造成柱塞偶件異常磨損，而熱量傳導至彈簧，彈簧也會出現(xiàn)熱疲勞而斷裂，因此流量不足也是產(chǎn)生此類故障的一個重要原因[1]。

　　但考慮到同樣條件下 NO.2 發(fā)電機組柴油機高壓油泵雖然由于流量不足，冷卻不良，工作溫度有所增加，但并沒有發(fā)生像另外兩臺發(fā)電機組柴油機那樣的故障，所以燃油流量不足也不是造成此次故障的主要原因。

　　4、LSMGO 的黏度原因

　　檢查新加 LSMGO 的化驗報告發(fā)現(xiàn)，40℃時運動黏度為 3.828 mm²/s，此型號發(fā)電機要求進機燃油的黏度范圍是 3.6~14 MPa，在發(fā)電機正常使用狀態(tài)下沒有問題，但在發(fā)電機百分百負荷運轉時，在上述第二條，第三條中的燃油進機壓力和燃油進機流量都不足的前提下，會導致高壓油泵工作溫度很高，使高壓油泵區(qū)域燃油溫度增高，從而使這一區(qū)域燃油的黏度進一步減小，而本就接近下限的黏度再繼續(xù)減小，就更不利于高壓油泵柱塞偶件間的潤滑，所以也會加劇柱塞偶件的異常磨損，從而造成柱塞偶件卡死，進一步使彈簧損壞。

　　為了進一步查清故障原因，船東安排故障柴油機高壓油泵內(nèi)殘留的燃油取樣化驗，化驗結果顯示高壓油泵柱塞偶件處殘留的燃油有很多金屬屑，這是潤滑不良，柱塞偶件異常磨損造成的，結合拆卸時柱塞偶件上的磨損痕跡和卡死狀態(tài)，可以判斷是因為柱塞偶件的卡死造成的柱塞彈簧的損壞。

　　通過對殘油的進一步化驗，當殘油工作溫度超過 70℃時，殘油的黏度低于 2mm²/s，而低硫輕柴油在黏度低于 2mm²/s 時已很難對密封件起到潤滑作用[2]。

　　所以黏度問題是造成此次故障的直接原因，但黏度問題又是在其他幾種不利條件的特定情況下造成的，所以在經(jīng)過以上這些分析檢查后，本次兩臺發(fā)電機組柴油機高壓油泵的故障較復雜，可能不是單一原因或是常見的原因引起的。

　　5、備件的原因

　　本船這兩臺發(fā)電機吊組柴油機吊檢所更換的備件都是由服務商提供的，服務商由船東指定，但并非 YANMAR 原廠家服務商。

　　但服務商提供備件時保證這些備件是原廠備件，備件的包裝、備件序號，備件的加工質量等初步檢查也都未發(fā)現(xiàn)什么問題，所以大家第一時間就沒有再考慮備件質量問題。

　　但意識到本次故障可能是由多方面原因共同造成時，又重新重點檢查了備件的質量情況，經(jīng)過對 NO.2 發(fā)電機組柴油機相關備件的拆檢，對比 NO.2 發(fā)電機組柴油機拆檢下來的原廠備件，發(fā)現(xiàn) NO.1 和 NO.3 發(fā)電機組柴油機更換的這些備件雖然包裝是 YANMAR 廠家包裝，備件號也是廠家備件號，但是與 NO.2 發(fā)電機組柴油機的原廠 YANMAR 備件仔細對比，還是發(fā)現(xiàn)很多細節(jié)上的不同，在進一步咨詢了 YANMAR 廠家后，得出結論，這些備件并非 YANMAR 原廠備件，YANMAR 廠家說明，非原廠備件雖然看似加工也很精細，但與原廠備件相比，其材質無法保證，耐久性、抗機械疲勞和熱疲勞性能也無法保證，并沒有像原廠備件那樣經(jīng)過各種條件的綜合測試。

　　而本船 NO.2 發(fā)電機組柴油機所用備件經(jīng)YANMAR 廠家檢查后確認為原廠備件。

　　船東把這批備件送實驗室檢驗后得知，這批備件的材料和強度與原廠備件有一定的差距。

　　在柴油機正常工況下使用，差別不明顯，但在柴油機異常工況下使用時，備件的質量就有很大的差別，如圖 6~ 圖7。

　　所以備件質量問題也是造成此次故障的一個重要原因。

　　

　　▲圖 6 左側為非 YANMAR 原廠備件，

　　右側為 YANMAR 原廠備件

　　

　　▲圖 7 左側為非 YANMAR 原廠備件，

　　右側為 YANMAR 原廠備件

　　四、故障解決

　　在綜合分析出故障的主要和次要原因后，船東安排 YANMAR 廠家服務商攜帶滿足廠家柴油機技術資料要求，帶有排放控制標識的原廠備件上船，更換了兩臺發(fā)電機組柴油機相關所有非原廠備件[3]。

　　并在 YANMAR 廠家工程師的指導下對改造后的燃油系統(tǒng)泵及管路進行修改，通過更換兩臺更大壓力和流量的供油泵來滿足柴油機組的供油要求，并在燃油系統(tǒng)回油管路加裝調壓閥來保證供油壓力，泵前重新選擇使用精度為 10 μm的濾器和 LSMGO 使用時添加適量的能增加黏度改善潤滑性能的添加劑等措施進一步保證柴油機組的正常工作。

　　在完成上述改正工作后，三臺發(fā)電機組負荷試驗得以順利完成。

　　所以本次故障是以改裝后燃油壓力和流量不足造成的高壓油泵區(qū)域工作溫度異常高，高壓油泵內(nèi)低硫輕柴油黏度隨著溫度的增高而變低，從而失去正常的潤滑性能，致使柱塞偶件卡死為主要原因，其他不利條件為次要原因，此故障比較特殊，需要綜合全面考慮。

　　五、結束語

　　從原理上分析，此類故障并不復雜，但是由于本船燃油系統(tǒng)設備和管系經(jīng)過改造的緣故，使影響判斷的因素增加了，困難也就加大了。

　　而往往很容易相信已經(jīng)經(jīng)過法國船級社認可的專業(yè)設計公司的改進方案，卻忽略了一線人員在實際工作中積累的經(jīng)驗，主觀上認為設計公司已經(jīng)考慮到了所有改變對設備運行的影響，而實際在判斷故障時就會忽略這些最基本的因素。

　　所以在日常管理中，遇到問題時，一線人員要綜合具體的實際情況來分析原因，要敢于發(fā)現(xiàn)問題，要在專業(yè)技術上有敢于質疑、精益求精的精神，使自己不僅是設備的操作者、管理者，更是專業(yè)的研究人員。

　　參考文獻

　　[1] 趙宗雄.船舶柴油機[M].大連：大連海事大學出版社，2001.

　　[2] 李斌.船舶柴油機[M].大連：大連海事大學出版社，2008.

　　[3] 宋啟志.柴油機低壓油路常見故障的判斷[J].工程機械與維修，2002.

　　原創(chuàng)作者系：

　　廣東海運股份有限公司

　　晏宏淳