主機不能加速的故障處理與分析

大連海事大學(xué) 吳 恒

某遠洋船主機為SULZER 6RTA48型二沖程直流掃氣增壓柴油機，其排氣閥為空氣彈簧式液壓排氣閥，調(diào)速器為WOODWARD PGA58，廢氣渦輪定壓增壓器為VTR454型。

一、事故前的背景資料

9月15日該船航行于黃海水域時，主機各缸突然出現(xiàn)不同程度的敲缸，排煙溫度升高并伴有增壓器喘振聲、主機負荷指示器讀數(shù)增大等現(xiàn)象。臨時轉(zhuǎn)為機旁操縱，即用B操作方式脫開主機調(diào)速器，人工控制油門啟動。啟動后要維持正常的較低轉(zhuǎn)速，則須加大油門，使負荷指示器讀數(shù)增大，這就導(dǎo)致無法正常航行。經(jīng)潛水員清理尾軸纏繞的漁網(wǎng)后，仍不能正常運轉(zhuǎn)。后經(jīng)進塢檢查，徹底清除尾軸護套內(nèi)的殘留漁網(wǎng)，并對主機吊缸檢修，才恢復(fù)了正常航行。

二、事故發(fā)生過程

該船經(jīng)塢修后正常航行20多小時，于10月24日離港前往下一港受載。在離港過程中，主機啟動和低速運轉(zhuǎn)正常，但是隨著船速不斷增加，在船舶定速前再次出現(xiàn)主機負荷指示器數(shù)值突然增大現(xiàn)象，隨之各缸排氣閥分別敲擊，部分掃氣箱溫度升高，與上次纏網(wǎng)時的現(xiàn)象十分相似。雖經(jīng)各種運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的試驗調(diào)整，均無法排除故障現(xiàn)象。

低速返回港口錨地后，公司派人登船再三試車，確認主機啟動后有異常負荷增大現(xiàn)象。公司派潛水員檢查確認沒有再次纏網(wǎng)后，又請某造船廠技術(shù)科工程師來船幫助分析檢查，經(jīng)再次試車檢查，主機負荷異常增大的現(xiàn)象仍未消除。

造船廠技術(shù)人員拆檢No.2和No.8主軸承、盤出推力軸承，檢查中間軸承，均未發(fā)現(xiàn)異常，但也未能消除故障。

三、故障的排除

我應(yīng)邀登船進行現(xiàn)場分析，除聽取情況介紹和查閱技術(shù)資料外，還進行了碼頭系泊試驗和航行試驗。

根據(jù)現(xiàn)場了解的各種情況，進行綜合分析和判斷。在系泊試驗之前，我胸有成竹地建議輪機長，將主滑油壓力提高至0.29~0.3MPa，果然在多次進行正倒車不同轉(zhuǎn)速下的運轉(zhuǎn)試驗時，均未再現(xiàn)原有的故障現(xiàn)象。我當即向公司領(lǐng)導(dǎo)確認故障已經(jīng)消失，可以投入正常營運了。

船公司為進一步驗證主機故障已被排除，堅持要進行試航。向海事局申報后進行了8h的海上航行試驗。在各種可能使用的航行工況下均可達到正常航行的要求，負荷指示器數(shù)值與轉(zhuǎn)速的對應(yīng)關(guān)系正常，沒有發(fā)現(xiàn)任何異常現(xiàn)象，船主立即恢復(fù)了正常營運。

在沒有修理和更換任何機械部件的情況下，故障突然消失，令船員感到迷惑，造船廠工程師也感到費解，還煞費苦心地分析為：“這可能是在上次纏網(wǎng)主機超負荷運轉(zhuǎn)中，造成主機運動部件的某處有輕微的損傷，通過近期的運轉(zhuǎn)、盤車和試車反復(fù)磨合，傷痕被磨平了，故障也就隨之自行消失了?！比绱朔治鍪菭繌姼綍?。

四、故障原因分析

1.液壓排氣閥的滑油壓力低

如圖1所示，排氣閥氣動活塞下部的空氣彈簧室內(nèi)始終充滿著控制空氣（0.6~0.8MPa），使排氣閥保持關(guān)閉。當排氣閥液壓活塞上部充入來自驅(qū)動泵的壓力油（16MPa）時，克服空氣彈簧室的氣壓，使排氣閥開啟。而當油壓降低時，空氣彈簧又將排氣閥關(guān)閉。

油壓過低所導(dǎo)致的情況與發(fā)生的故障現(xiàn)象完全一致，如下所述：

圖1 液壓排氣閥結(jié)構(gòu)圖

（1）油壓低時，排氣閥會出現(xiàn)開啟時刻延遲、關(guān)閉時刻提前、開啟升程減小，嚴重時完全不能開啟。

（2）油壓低時，影響排氣閥開和關(guān)，但不影響柴油機正常啟動。

（3）油壓低時，排氣閥關(guān)閉時產(chǎn)生敲擊聲，嚴重時升程愈小，敲擊聲愈小。

（4）排氣閥有故障的汽缸，則自由排氣過程不充分，形成掃氣口廢氣倒流，使該掃氣箱溫度升高。該主機No.4、5、6缸曾出現(xiàn)掃氣箱高溫現(xiàn)象，說明這幾個排氣閥有不同程度的故障。

（5）排氣閥有故障的汽缸不能正常換氣和燃燒，單缸功率下降，轉(zhuǎn)速降低。在調(diào)速器作用下，其余正常的汽缸需增加負荷，使主機負荷指示器數(shù)值增大。

（6）上述正常汽缸負荷增加，排氣溫度上升，造成增壓器喘振甚至超速損壞。

2.排氣閥的滑油壓力低產(chǎn)生原因

（1）造成滑油壓力低的各種情況

①故障發(fā)生前滑油分油機分油凈化不足，使滑油臟污，濾器經(jīng)常臟堵，壓差增大。

②纏繞漁網(wǎng)時，主機的阻尼力矩增加，轉(zhuǎn)速下降，燃油霧化燃燒不良，燃燒產(chǎn)物加劇了滑油的臟污變質(zhì)。

③滑油臟污使自清濾器頻繁沖清，反沖的壓縮空氣漏入滑油系統(tǒng)造成滑油低壓。船舶空載時，主機首端容易聚集空氣，故No.4、5、6缸排氣閥較易發(fā)生故障。

④備車啟動主滑油泵時，因滑油臟污黏度較大，滑油泵出口壓力過高，如將壓力調(diào)低些，待油溫升高后，滑油壓力將更加偏低。

⑤滑油臟污使滑油系統(tǒng)中的部分運動部件和閥件產(chǎn)生磨損和泄漏。

（2）排氣閥對油壓低更敏感

由圖2可知，來自滑油循環(huán)柜的滑油經(jīng)過主滑油泵、十字頭滑油泵和排氣閥驅(qū)動油泵的三級壓縮壓力達到16 MPa，才能供液壓排氣閥正常工作，總壓比高達160，第1級主滑油泵壓力對后續(xù)壓力影響最大，而第3級驅(qū)動油泵的壓比最大。系統(tǒng)中數(shù)道濾器臟堵時，其壓差的累計值可達0.2~0.4 MPa，如自動反沖洗濾器的壓差預(yù)定值為0.08~0.12 MPa，一般的表面型濾器允許壓差值為0.025~0.06 MPa，而深度型的精細濾器，如金屬粉末燒結(jié)濾芯過濾精細度高，但其壓差大（0.09~0.2 MPa）。如濾器臟污壓差增大，則最終油壓大為降低。

主滑油泵正常壓力為0.21~0.3 MPa，低壓報警壓力為0.21 MPa，自動降速壓力為0.18 MPa。如將主滑油泵壓力從0.24 MPa調(diào)高至0.3 MPa，對主滑油泵壓力（1級壓縮）只提高0.06 MPa，但排氣閥滑油壓力卻是百倍的提高，因此排氣閥比主軸承處更敏感。再考慮到各道濾器對滑油累計壓差附加值的影響，不難理解，在主滑油泵壓力尚未降低到0.21 MPa報警值時，液壓排氣閥已經(jīng)不能正常工作了。

圖2 滑油系統(tǒng)圖

五、實測與計算

1.實例

為了進一步驗證上述原因分析的正確性，參照圖1所示的液壓排氣閥結(jié)構(gòu)和受力情況，對該主機的排氣閥結(jié)構(gòu)尺寸進行了解體測量，并計算出各受力面積，如表1所示。

2.排氣閥受力計算

（1）空氣彈簧力

空氣彈簧室內(nèi)始終充滿著8 kg/cm2壓力的控制空氣，使排氣閥升起保持關(guān)閉狀態(tài)，其受力為

P空=F空×8=1658.76kgf

（2）排氣閥盤受力

排氣閥在關(guān)閉狀態(tài)下，閥盤受到柴油機汽缸的燃氣壓力，排氣閥開啟時，缸內(nèi)的燃氣壓力高于排氣管內(nèi)壓力，是超臨界的自由排氣階段。根據(jù)超臨界氣體流動方程，可以計算出此刻的汽缸壓力力盤為10.05kg/cm2（略），故閥盤受到的燃氣力為

P盤=F盤×p盤=539.11×10.05=5 418.06 kgf

（3）排氣閥自重

該排氣閥桿（帶轉(zhuǎn)葉）重量為 23kgf，即

P重=23kgf

（4）液壓柱塞受力

液壓柱塞受力為

P油=F油×p油（ kgf）

當排氣閥開啟瞬時必須滿足下列條件：

P油≥P空+P盤-P重

則p油≥（P空+P盤-P重）/F油

=（1658.76+5418.06-23）/44.06

=160.10 kgf/cm2（15.69MPa）

（5）小結(jié)

上述排氣閥的測量與計算結(jié)果同滑油系統(tǒng)的設(shè)計是相符的，進一步驗證了所做的原因分析是成立的。

六、建議

（1）做好滑油質(zhì)量的維護保養(yǎng)工作，加強滑油的凈化管理，堅持滑油分油機與主機同步運行的操作規(guī)定。（2）對各道濾器，特別是精細濾器，要及時進行清洗。（3）對自動反沖洗濾器應(yīng)加強維護管理，避免沖清頻率異常增加而引起其他機械故障。（4）在排氣閥有異常敲擊和行程不足時，建議加強放氣和適當調(diào)高主滑油泵壓力。熟悉，發(fā)展比較緩慢，可以說國內(nèi)船公司已經(jīng)失去發(fā)展先機。

表1 排氣閥測量與計算表

53英尺集裝箱近兩年在歐美航線船上大量出現(xiàn)。雖然大部分53英尺集裝箱是國內(nèi)集裝箱制造廠為歐美客戶建造的空箱，運到國外卸下船后就不再調(diào)運回來，但是這種情形預(yù)計不會持續(xù)太長。總統(tǒng)輪船早已宣布在太平洋航線采用53英尺的集裝箱進行運營，在其開辟越南至美國航線首航時，其部門高級副總裁貝瑞特在開航儀式上曾介紹裝載體育用品制造商耐克公司運輸貨物使用的就是53英尺集裝箱。預(yù)計不久的將來，53英尺集裝箱必然會在集裝箱航線快速發(fā)展起來。

2.應(yīng)對策略

（1）轉(zhuǎn)變觀念

超長集裝箱對輕拋貨物的貨主是很有吸引力的，因為使用它裝載運輸貨物可以降低物流成本。如果船公司經(jīng)營部門不轉(zhuǎn)變觀念，不積極跟蹤集裝箱發(fā)展趨勢變化，將會逐漸失去輕拋貨物的貨源。

（2）加強內(nèi)部培訓(xùn)

要抓緊在公司內(nèi)部進行培訓(xùn)，使營銷、配載、箱管以及船舶等相關(guān)部門熟悉超長集裝箱的裝箱、配載、裝船、調(diào)運等操作流程，保證船舶能夠安全承運超長集裝箱。

（3）培育客戶獲得貨源

要培育客戶使用超長集裝箱，向玩具、箱包、木制品、成套家具、充氣產(chǎn)品、紡織家居等輕拋貨的大客戶介紹超長集裝箱裝貨的成本優(yōu)勢。然后針對一些大客戶的貨源在某一優(yōu)勢航線上特定港口到港口之間實現(xiàn)超長集裝箱運輸，再慢慢擴展到其他客戶和其他港口。

（4）與集裝箱制造廠商合作

目前已經(jīng)有物流公司與集裝箱制造廠商合作，向制造廠商借用出口的超長集裝空箱攬貨，以重箱形式出運，貨到目的港后，將拆空的空箱交給進口商。這種合作對于集裝箱制造商來說，可以免去或減少空箱海運費；對于物流公司來說，因為承運的貨物為自備箱，船公司不需要調(diào)運回來，可以申請到比較優(yōu)惠的運價；對于貨主來說，利用大容積集裝箱裝貨可以節(jié)省物流成本；而對船公司來說裝載重箱運費相比空箱運費高，從而可以增加收入。這是多方受益的合作，但是受益最大的為物流公司，其逐步掌握了貨源，在開展超長集裝箱攬貨業(yè)務(wù)上取得了先機。船公司應(yīng)向先進的物流公司學(xué)習(xí)這種操作模式，逐步掌握貨源并完善整個操作流程，為開展超長集裝箱運輸做好充分準備。

六、結(jié)束語

標準集裝箱運輸?shù)母咚侔l(fā)展并不能完全滿足客戶的個性化需求，超長集裝箱大量出現(xiàn)是必然的。超長集裝箱對船公司攬貨、裝載、運輸安全、空箱調(diào)運等產(chǎn)生重大影響。目前國外船公司已經(jīng)普遍使用45英尺集裝箱，而國內(nèi)船公司卻只在少數(shù)航線運營，已經(jīng)遠遠跟不上發(fā)展形勢。不但如此，目前國外船公司已經(jīng)率先在太平洋航線投入53英尺集裝箱進行運營，并且歐美地區(qū)出現(xiàn)53英尺集裝箱的大量進口需求，這將對未來集裝箱運輸市場產(chǎn)生深刻影響，國內(nèi)船公司對此應(yīng)高度重視，并采取相應(yīng)的措施和經(jīng)營策略應(yīng)對。