船用柴油機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)進(jìn)燃油監(jiān)測(cè)案例分析

任鳳華，劉 墨，呂 躋，王亮

（中國(guó)人民解放軍92957 部隊(duì)，浙江舟山 316000）

0 引言

柴油機(jī)作為船舶動(dòng)力和電力供應(yīng)的重要裝備，被稱為船舶的“心臟”。而在柴油機(jī)長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷的工作運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生各種各樣的故障隱患，其中燃油混入潤(rùn)滑油系統(tǒng)的問題較為常見且影響惡劣。柴油機(jī)燃油泄漏進(jìn)潤(rùn)滑油系統(tǒng)不僅會(huì)破壞潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑性能，加劇機(jī)械磨損造成運(yùn)動(dòng)部件不可修復(fù)的損傷，甚至?xí)捎跈C(jī)體內(nèi)的高溫使得潤(rùn)滑油中燃油油氣發(fā)生自燃而引發(fā)火災(zāi)，造成重大裝備事故[1]。因此應(yīng)定期檢測(cè)潤(rùn)滑油各項(xiàng)指標(biāo)，有效掌握潤(rùn)滑油狀態(tài)，防止其被燃油污染導(dǎo)致性能失效，影響設(shè)備壽命。

1 燃油混入潤(rùn)滑油系統(tǒng)原因分析

燃油進(jìn)入潤(rùn)滑油系統(tǒng)主要有兩個(gè)途徑：一是從燃燒室經(jīng)活塞與氣缸壁之間的間隙進(jìn)入；二是從高壓油泵進(jìn)入。

（1）燃油從燃燒室經(jīng)活塞與氣缸壁之間的間隙進(jìn)入潤(rùn)滑油系統(tǒng)。柴油機(jī)在正常工作時(shí)，通過安裝在氣缸蓋上的噴油器將燃油定時(shí)、定量、定壓的噴入燃燒室，然后壓爆燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的氣體推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)做功，也可以說，噴入燃燒室中的燃油完全燃燒成了廢氣。但是如果由于某種原因，噴油器噴入了過量的燃油，或者噴入的燃油沒有燃燒完全，多余的燃油就會(huì)從活塞與氣缸壁之間的間隙進(jìn)入油底殼與機(jī)油混合，導(dǎo)致機(jī)油黏度下降、潤(rùn)滑性能降低，從而加劇發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損。而噴油器多噴油的最主要原因就是噴油器針閥卡死，導(dǎo)致燃油直接流入燃燒室，這種情況下燃油并不是在壓縮行程末期才開始噴油，而是一直在向燃燒室中供油，造成大量的燃油無法燃燒而流入油底殼。另外就是噴入燃燒室中的燃油沒有燃燒，在燃燒室中冷凝后流入油底殼，這種情況主要是由于噴油器噴油孔堵塞，噴出來的燃油沒有充分霧化燃燒。

（2）燃油從高壓油泵流入油底殼中與滑油混合。由于高壓油泵在工作中需要滑油潤(rùn)滑，所以有一個(gè)專門的油道通向高壓油泵下方，它的上面是高壓油泵的供油柱塞。如果發(fā)生柱塞破裂、卡死、拉上等故障，燃油就會(huì)從柱塞與柱塞體之間的間隙流出，與下面的潤(rùn)滑油混合，然后回流到油底殼中。

2 典型監(jiān)測(cè)案例分析

2.1 案例1

2.1.1 油樣基本信息

此次裝備監(jiān)測(cè)對(duì)象為某船1 號(hào)發(fā)電柴油機(jī)，使用通用柴油機(jī)潤(rùn)滑油，取樣位置為油底殼液面高度1/2 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)柴油機(jī)運(yùn)行10 965 h，潤(rùn)滑油使用482 h。

2.1.2 監(jiān)測(cè)技術(shù)信息

根據(jù)監(jiān)測(cè)診斷工作大綱規(guī)定及艦艇柴油機(jī)潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)技術(shù)要求，潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)信息見表1。

表1 油液主要監(jiān)測(cè)技術(shù)信息

2.1.3 監(jiān)測(cè)診斷過程

2021 年2 月7 日，首先對(duì)送檢的油樣進(jìn)行水分檢測(cè)、黏度檢測(cè)、光譜分析與鐵譜分析等，檢測(cè)結(jié)果為：水分含量正常；光譜分析各元素濃度正常；鐵譜顯示磨粒大小形貌正常；黏度指標(biāo)異常。該油樣100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)量結(jié)果為9.14 mm2/s，相比歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)下降明顯，為排除滑油油品自身性能下降的原因，建議船方對(duì)滑油進(jìn)行更換處理。

2021 年3 月10 日，在滑油換新使用64 h 后，對(duì)1 號(hào)發(fā)電柴油機(jī)再次取樣，同時(shí)采集部分新油樣品，一并送檢復(fù)測(cè)。

2021 年3 月11 日，對(duì)復(fù)檢的1 號(hào)發(fā)電柴油機(jī)和新油油樣進(jìn)行化驗(yàn)檢測(cè)。結(jié)果顯示：1 號(hào)發(fā)電柴油機(jī)滑油樣品100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度為10.26 mm2/s，相比新油黏度（13.12 mm2/s）下降了21.8%，依據(jù)艦艇柴油機(jī)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±20%，送檢的油樣黏度下降率已超標(biāo)；閉口閃點(diǎn)測(cè)量結(jié)果為158.1 ℃，測(cè)量值雖在換油指標(biāo)規(guī)定范圍內(nèi)，但相比新油閉口閃點(diǎn)值（206 ℃）下降幅度明顯，達(dá)到了23.3%。潤(rùn)滑油在更換使用僅64 h 的情況下，黏度和閃點(diǎn)均出現(xiàn)大幅下滑，基本確定潤(rùn)滑油中混進(jìn)了燃油。建議船方進(jìn)行故障排查。

2.1.4 問題排查與故障修復(fù)

在監(jiān)測(cè)意見指導(dǎo)下，船方及時(shí)進(jìn)行了問題排查：①對(duì)1 號(hào)發(fā)電柴油機(jī)各缸噴油器進(jìn)行了檢查，結(jié)果顯示噴油器性能狀態(tài)均良好，故障原因排除；②對(duì)高壓油泵進(jìn)行了檢查，結(jié)果在油泵滑油回油管內(nèi)發(fā)現(xiàn)存有燃油（圖1），基本可以確定油泵柱塞偶件發(fā)生了異常磨損，燃油從間隙向下滲漏與潤(rùn)滑油發(fā)生了混合。

圖1 高壓油泵滑油回油管示意

2021 年3 月18 日，船方組織修理單位對(duì)1 號(hào)發(fā)電柴油機(jī)高壓油泵進(jìn)行了更換，排故完成后潤(rùn)滑油也進(jìn)行了換新。在新?lián)Q滑油使用50 h 和80 h 后船方分別組織了取樣送檢，監(jiān)測(cè)結(jié)果如下：100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)量結(jié)果分別為12.92 mm2/s、13.05 mm2/s，閉口閃點(diǎn)測(cè)量值分別為204.7 ℃、201 ℃。黏度、閃點(diǎn)均恢復(fù)正常水平且變化趨勢(shì)穩(wěn)定，證明該柴油機(jī)燃油混進(jìn)潤(rùn)滑油系統(tǒng)的問題已徹底解決。

2.2 案例2

2.2.1 油樣基本信息

裝備監(jiān)測(cè)對(duì)象為某船4 號(hào)主機(jī)，潤(rùn)滑油使用牌號(hào)、取樣位置、取樣時(shí)機(jī)與案例1 一致。取樣時(shí)柴油機(jī)運(yùn)行5111 h，潤(rùn)滑油使用時(shí)間104 h。

2.2.2 監(jiān)測(cè)技術(shù)信息

監(jiān)測(cè)技術(shù)信息同案例1。

2.2.3 監(jiān)測(cè)診斷過程

2021 年9 月17 日，對(duì)送檢油樣進(jìn)行水分檢測(cè)、黏度檢測(cè)、閃點(diǎn)分析、光譜分析與鐵譜分析等，檢測(cè)結(jié)果：水分、光譜、鐵譜指標(biāo)均正常；黏度、閃點(diǎn)指標(biāo)異常。該油樣100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度為9.66 mm2/s，相比歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)下降明顯，且已低于參考范圍的下限值（主機(jī)滑油艙新油黏度為13.41 mm2/s，換油指標(biāo)規(guī)定在用油黏度不超過新油黏度的±20%）；閉口閃點(diǎn)測(cè)量結(jié)果為154.1 ℃，相比新油閉口閃點(diǎn)值（216℃）下降幅度明顯，達(dá)到了28.7%。滑油使用時(shí)間僅為104 h，基本排除油品自身性能下降的可能，因此可以確定潤(rùn)滑油中混進(jìn)了燃油。建議船方進(jìn)行故障排查。

2.2.4 問題排查與故障修復(fù)

根據(jù)監(jiān)測(cè)指導(dǎo)意見，船方對(duì)噴油器及高壓油泵進(jìn)行狀態(tài)性能檢查。排查過程中發(fā)現(xiàn)，柴油機(jī)A 排第8 缸噴油器存在燃油滴漏（圖2），進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)噴油嘴與噴油器本體密封變差造成了燃油滲漏。后續(xù)船方拆卸了所有的噴油器（圖3），并在試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了噴射壓力及霧化試驗(yàn)，對(duì)不合格的噴油器進(jìn)行全部替換。排故完成后潤(rùn)滑油也進(jìn)行了換新，后續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)中油液各項(xiàng)指標(biāo)恢復(fù)正常，燃油滲漏問題徹底解決

圖2 噴油器燃油滴漏

圖3 拆卸所有噴油器

3 預(yù)防措施

3.1 潤(rùn)滑油系統(tǒng)的日常管理

柴油機(jī)使用管理人員應(yīng)提高設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)管控意識(shí)，注意潤(rùn)滑油系統(tǒng)的日常維護(hù)管理，關(guān)注使用過程中各項(xiàng)表征和指標(biāo)，及早發(fā)現(xiàn)燃油滲漏故障的早期異常現(xiàn)象，防止問題擴(kuò)散引發(fā)裝備事故。

（1）觀察潤(rùn)滑油壓力是否變化，燃油混入潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油黏度會(huì)受到影響，繼而產(chǎn)生壓力低的現(xiàn)象。

（2）注意潤(rùn)滑油氣味是否異常，燃油相較于潤(rùn)滑油易揮發(fā)，特別是在機(jī)器高溫運(yùn)行下會(huì)有部分燃油揮發(fā)，潤(rùn)滑油系統(tǒng)如果能夠明顯聞到燃油的氣味，說明極有可能混入了燃油。

（3）觀察滑油是否被稀釋，燃油混入潤(rùn)滑油，稱為“燃油稀釋”現(xiàn)象，如果發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油明顯變稀，則要警惕其是否被燃油所污染。

（4）注意潤(rùn)滑油液面是否上升，潤(rùn)滑油在使用中會(huì)逐漸消耗，如果發(fā)現(xiàn)液面高于加油時(shí)的刻度，則可能是混入了燃油。

3.2 潤(rùn)滑油指標(biāo)的定期監(jiān)測(cè)

柴油機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)應(yīng)定期取樣送檢，掌握其黏度、閃點(diǎn)等性能指標(biāo)的變化，以及早判斷滑油是否被燃油污染，做到問題早發(fā)現(xiàn)、早排查、早解決。

柴油機(jī)不同的運(yùn)轉(zhuǎn)周期、磨損狀態(tài)，應(yīng)有不同的取樣間隔時(shí)間：①柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)初期磨合階段，由于機(jī)器磨損狀態(tài)變化大，故障率較高，潤(rùn)滑油取樣次數(shù)應(yīng)多一點(diǎn)，間隔時(shí)間短一點(diǎn)；②柴油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)（正常穩(wěn)定磨損）階段，因磨損狀態(tài)變化較小，潤(rùn)滑油取樣時(shí)間間隔應(yīng)長(zhǎng)一些；③柴油機(jī)經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)入部件磨損過程的后期階段，因磨損狀態(tài)變化較大，取樣間隔時(shí)間應(yīng)縮短一些；④柴油機(jī)在重大修理前后運(yùn)行發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行潤(rùn)滑油取樣送檢。

4 結(jié)語

當(dāng)前任務(wù)形勢(shì)日趨復(fù)雜多樣，裝備使用強(qiáng)度不斷加大，對(duì)柴油機(jī)工作的可靠性與安全性提出更高要求。定期開展油液監(jiān)測(cè)可及時(shí)掌握船用柴油機(jī)潤(rùn)潤(rùn)滑和磨損狀態(tài)的信息，指導(dǎo)船方科學(xué)組織柴油機(jī)的狀態(tài)維護(hù)和潤(rùn)滑管理，在潤(rùn)滑油出現(xiàn)污染或性能失效時(shí)，準(zhǔn)確查明故障原因，縮短檢修周期，有效降低事故風(fēng)險(xiǎn)，提高裝備使用的軍事、經(jīng)濟(jì)效益。