船舶柴油機(jī)維修中注意事項(xiàng)及解決措施

皮旺民，張 昆

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

0 引言

當(dāng)前，船舶的使用范圍不斷擴(kuò)大，對(duì)柴油機(jī)的使用需求也不斷增多。為確保船舶的持續(xù)發(fā)展，就要保證柴油機(jī)安全性和穩(wěn)定性。近年來，針對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的研究逐漸增多，其應(yīng)用范圍也在擴(kuò)大。但是，設(shè)備頻繁出現(xiàn)故障問題會(huì)對(duì)柴油機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生影響，需落實(shí)更加科學(xué)合理的維修管理方案[1]。

1 船舶柴油機(jī)的組成結(jié)構(gòu)

1.1 機(jī)體組件和曲柄連桿結(jié)構(gòu)

在船舶柴油機(jī)基礎(chǔ)系統(tǒng)中，動(dòng)力結(jié)構(gòu)為主要組成部分，骨架是基礎(chǔ)組件，能為柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)創(chuàng)造良好的應(yīng)用平臺(tái)。柴油機(jī)系統(tǒng)還涉及氣缸蓋、氣缸體等基礎(chǔ)零部件，其中曲柄連桿結(jié)構(gòu)是維持各個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用的關(guān)鍵，主要包括活塞組、曲軸飛輪組以及連桿組等。

1.2 進(jìn)排氣與燃油供給結(jié)構(gòu)

船舶柴油機(jī)只有維持良好的排氣效果，才能保證柴油機(jī)運(yùn)行，排氣系統(tǒng)能為柴油機(jī)提供充足且干凈的空氣。在排氣系統(tǒng)中，排氣門等部件為主要組成部分，配合柴油供給系統(tǒng)就能形成核心控制體系，提高其穩(wěn)定性能，最大程度上保證柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。

1.3 潤滑、冷卻和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)

在船舶柴油機(jī)各個(gè)系統(tǒng)中，潤滑系統(tǒng)也是非常關(guān)鍵的部分，以固定的壓力為柴油機(jī)各個(gè)零部件和系統(tǒng)輸送相匹配的潤滑油，最大程度減少摩擦造成的影響，也能實(shí)現(xiàn)部件損耗管理的最優(yōu)化。另外，船舶柴油機(jī)還具備冷卻系統(tǒng)，能維持柴油機(jī)在常規(guī)溫度環(huán)境下運(yùn)行，降低長時(shí)間高溫環(huán)境運(yùn)行產(chǎn)生的損耗，最大程度確保柴油機(jī)運(yùn)行的安全性和可靠性[2]。

2 船舶柴油機(jī)維修需注意事項(xiàng)

2.1 結(jié)構(gòu)余隙的高度

1）缸體平面修理

通過對(duì)船舶柴油機(jī)日常管理工作的總結(jié)可知，缸體上部需要采取平面修理的方式，柴油機(jī)使用的缸體設(shè)施本身屬于較大的零部件結(jié)構(gòu)，受到機(jī)械力以及熱應(yīng)力等作用，會(huì)出現(xiàn)翹曲或者是變形現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)變形問題，會(huì)對(duì)氣缸蓋和缸體對(duì)準(zhǔn)效果形成負(fù)面作用，嚴(yán)密性和應(yīng)用安全性等基礎(chǔ)性能都會(huì)受到影響（見圖1），甚至?xí)霈F(xiàn)漏氣和動(dòng)力不足等問題。

圖1 余隙容積對(duì)性能的影響

如圖1所示，余隙高度的減少會(huì)受到結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的限制，So在1 mm區(qū)間內(nèi)，一旦So偏小，就會(huì)引起活塞和氣門的碰撞。另外，受到缸體自身結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響，常規(guī)狀態(tài)下需要定期完成氣缸墊的維護(hù)保養(yǎng)，保證表面修整效果滿足應(yīng)用預(yù)期，并及時(shí)恢復(fù)到原有的幾何狀態(tài)才能充分發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值。一旦氣缸墊變形量較小，會(huì)采取刮削的處理方式，若是變形量較大，則需要采取機(jī)床磨削的控制，有效避免變形問題對(duì)后續(xù)應(yīng)用產(chǎn)生的影響[3]。

2）氣缸墊厚度

在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中，缸蓋和缸體之間會(huì)借助氣缸墊完成密封性處理，其具有較為重要的作用。目前，汽缸墊存在供應(yīng)商參差不齊的問題，無法按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)具體工作，無論是厚度還是尺寸大小都不統(tǒng)一，會(huì)對(duì)其實(shí)際應(yīng)用效果造成影響，使得密封效果失衡。實(shí)際高度超出缸體的平面高度，若是超出的數(shù)值較大，曲軸回轉(zhuǎn)中心并沒有發(fā)生較大改變時(shí)，會(huì)造成較為嚴(yán)重的余隙。

2.2 氣缸套的高度

在實(shí)際氣缸套維護(hù)管理工作中，維護(hù)人員往往會(huì)忽略凸臺(tái)高度的實(shí)時(shí)性測定，甚至直接略過此步驟，這就增加了出現(xiàn)安全隱患的概率，當(dāng)2臺(tái)相鄰氣缸套凸臺(tái)高度差在限額范圍內(nèi)外，會(huì)制約對(duì)應(yīng)設(shè)備的應(yīng)用效能，影響其運(yùn)行安全性。在裝配發(fā)動(dòng)機(jī)作業(yè)工作結(jié)束后，高度差不匹配質(zhì)量要求和規(guī)范參數(shù)會(huì)影響氣缸墊的質(zhì)量效果，甚至造成氣缸套斷裂等現(xiàn)象。

2.3 活塞的質(zhì)量與尺寸

在基礎(chǔ)配件購買環(huán)節(jié)，一般會(huì)將整體活塞組包裝在1個(gè)基礎(chǔ)箱體中，這就使得同一組產(chǎn)品受到生產(chǎn)環(huán)境、流程等因素的影響，存在較大的差距，甚至出現(xiàn)不符合質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象，此時(shí)，要秉持精細(xì)化的挑選和控制原則，保證相關(guān)內(nèi)容均能落實(shí)到位。與此同時(shí)，質(zhì)量差異化和直徑差異化會(huì)對(duì)設(shè)備的平衡性產(chǎn)生影響，這主要是因?yàn)椴裼蜋C(jī)曲桿連桿機(jī)構(gòu)的零件受到差異性的影響，會(huì)增加磨損的概率，造成嚴(yán)重的曲軸疲勞受損現(xiàn)象，必然會(huì)對(duì)柴油機(jī)后續(xù)應(yīng)用質(zhì)量形成負(fù)面作用。

2.4 氣缸套的內(nèi)孔圓度和圓柱度

維修柴油機(jī)的過程中，維護(hù)人員要完成氣缸套的檢查工作，針對(duì)濕式和干式建立對(duì)應(yīng)的檢查流程。對(duì)比干式氣缸套和濕式氣缸套發(fā)現(xiàn)，濕式氣缸套的圓孔結(jié)構(gòu)和圓柱度的設(shè)置結(jié)構(gòu)更加精準(zhǔn)，相較于干式氣缸套，圓度控制效果更好，是依然存在圓度范圍處于0.02～0.03 mm的現(xiàn)象。

除此之外，曲軸箱竄氣是維護(hù)處理工作中較為常見的問題，因?yàn)闅飧滋椎膬?nèi)孔圓度和圓柱度超出限額，會(huì)造成維護(hù)工作無法落實(shí)。還需要注意的是，在成品型氣缸套內(nèi)孔圓度和圓柱度極限情況分析的過程中，要結(jié)合原廠加工要求，避免加工誤差現(xiàn)象。而對(duì)于薄壁類型的干式氣缸套，則盡量選取成品氣缸套零件或者是半成品氣缸套零件，提升便利性的同時(shí)，還能避免超出限額。

2.5 曲軸軸徑和軸承內(nèi)徑

在柴油機(jī)應(yīng)用管理工作中，燒瓦抱軸的現(xiàn)象較為常見，造成問題的原因也非常多樣，需要引起維修維護(hù)人員的高度重視。其中，維修人員在維護(hù)工作中沒有開展曲軸軸徑和軸承裝配表面質(zhì)量檢測工作是最為重要的原因，相應(yīng)檢查工作不到位，造成燒瓦抱軸等安全事故。特別是在柴油機(jī)機(jī)械運(yùn)行過程中，內(nèi)部曲軸和軸承位置是交變荷載承受的關(guān)鍵，加之熱負(fù)荷會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，若是沒有及時(shí)總結(jié)原因，會(huì)導(dǎo)致元件應(yīng)用效能的降低。

2.6 凸輪軸外形

凸輪磨損外形變化會(huì)對(duì)柴油機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生一定程度上的影響，凸輪頂峰附近產(chǎn)生的磨損程度較大，借助凸輪呈現(xiàn)最大高度能對(duì)整體磨損程度予以有效分析，并結(jié)合分析結(jié)果提出更加合理可控的質(zhì)量調(diào)控方案。比如，凸輪高度減小a值，氣門升程h也會(huì)隨之降低，見圖2。

圖2 凸輪軸磨損影響

首先，凸輪高度減少到規(guī)定數(shù)值，氣門的升程也會(huì)隨之變化，逐漸減小的過程就會(huì)使得氣門開啟時(shí)間和氣流流通面積發(fā)生變化，甚至?xí)黾幼枇?，使得氣缸?nèi)部無法充盈新鮮的空氣，影響后續(xù)應(yīng)用質(zhì)量。其次，氣門開啟后，凸輪結(jié)構(gòu)和挺柱推桿之間接觸點(diǎn)出現(xiàn)了異常的偏移現(xiàn)象，會(huì)對(duì)凸輪的應(yīng)用效能產(chǎn)生影響，造成相位超差，甚至?xí)苯又萍s柴油機(jī)應(yīng)用的基本效果[4]。

3 船舶柴油機(jī)維修的處理措施

3.1 常見維修問題的處理措施

1）控制結(jié)構(gòu)余隙高度。在對(duì)柴油機(jī)日常管理工作進(jìn)行總結(jié)中發(fā)現(xiàn)，缸體上部需要采取平面修理的方式，柴油機(jī)使用的缸體設(shè)施本身就屬于較大的零部件結(jié)構(gòu)，受到機(jī)械力以及熱應(yīng)力等作用。因此，要結(jié)合零部件的特點(diǎn)合理控制工作環(huán)境的具體參數(shù)，有效避免翹曲或者是變形的現(xiàn)象。而對(duì)于高度超標(biāo)的問題，一般是借助深度游標(biāo)卡尺完成尺寸高度的分析，亦或是借助平尺完成檢查，一旦高度不合理就要配合增加或者是減少墊片的方式，有效保證高度調(diào)控的及時(shí)性，更好地優(yōu)化系統(tǒng)應(yīng)用效能。

2）優(yōu)化活塞選擇工作。在基礎(chǔ)配件購買環(huán)節(jié)，一般會(huì)將整體活塞組都包裝在一個(gè)基礎(chǔ)箱體結(jié)構(gòu)中，這就使得同一組產(chǎn)品受到生產(chǎn)環(huán)境、流程等因素的影響，會(huì)存在較大的差距，甚至出現(xiàn)不符合質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象，采買人員要秉持精細(xì)化的挑選和控制原則，保證相關(guān)內(nèi)容都能落實(shí)到位。另外，在成品型氣缸套內(nèi)孔圓度和圓柱度極限情況分析的過程中，要結(jié)合原廠加工要求，著重避免加工誤差現(xiàn)象。而對(duì)于薄壁類型的干式氣缸套，則盡量選取成品氣缸套零件或者是半成品氣缸套零件，提升便利性的同時(shí)避免超出限額。

3）曲軸優(yōu)化管理。要想保證曲軸和軸承的使用壽命，就要落實(shí)可靠性檢測機(jī)制，對(duì)裝配間隙實(shí)現(xiàn)合理性調(diào)控，確保間隙設(shè)置的規(guī)范性。比如，結(jié)合軸承零件的設(shè)置材料進(jìn)行對(duì)應(yīng)的控制。若是鋼背錫基合金或者是銅鉛合金，則間隙設(shè)置為軸徑直徑的6%～ 8%，并結(jié)合軸承具體種類落實(shí)相應(yīng)的檢修控制工作，發(fā)現(xiàn)問題和參數(shù)不匹配的情況及時(shí)整改，有效提升控制效果，保證柴油機(jī)運(yùn)行最優(yōu)化。

4）凸輪軸優(yōu)化處理。為了保證柴油機(jī)維護(hù)管理工作的規(guī)范性，要明確掌控凸輪外形的檢查作業(yè)水準(zhǔn)，按照標(biāo)準(zhǔn)化流程完成氣密性、應(yīng)用動(dòng)力性能等相關(guān)情況的檢查和校對(duì)，從而確保在分析實(shí)際問題后開展大修作業(yè)。

3.2 優(yōu)化維護(hù)人員管理效能

1）維護(hù)人員要結(jié)合柴油機(jī)的應(yīng)用要求和標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)落實(shí)具體問題具體分析機(jī)制，確保能合理控制相關(guān)參數(shù)，并維持良好的管理實(shí)效性，與此同時(shí)，要整合日常管理水平，及時(shí)對(duì)活塞質(zhì)量、氣缸套高度等參數(shù)予以評(píng)估，并結(jié)合實(shí)際情況落實(shí)相應(yīng)的控制措施。

2）維護(hù)人員要提高安全意識(shí)，將柴油機(jī)使用效能的安全性和規(guī)范性作為關(guān)鍵，開展一系列適配的管控工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)申報(bào)，配合技術(shù)部門落實(shí)檢修工作，從而避免柴油機(jī)維修隱患問題的留存[5]。

4 采用合理的診斷方法

4.1 故障診斷的措施

1）對(duì)于故障診斷來說，先分析正常運(yùn)行的船舶柴油機(jī)系統(tǒng)，并通過正常的系統(tǒng)選取正確的樣本，在采集樣本后，將樣本與系統(tǒng)中故障類型進(jìn)行匹配和分析，通過計(jì)算機(jī)掃描來檢測出故障。2）將一個(gè)完整的樣本和一個(gè)有故障的樣本結(jié)合起來，將重復(fù)樣本剔除，采用支持向量機(jī)完成故障排查，在最短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確查找到故障。3）在故障診斷措施上，需要不斷重復(fù)收集和訓(xùn)練，將重復(fù)的樣本刪除，通過集合進(jìn)行訓(xùn)練，學(xué)習(xí)每次故障問題，訓(xùn)練多層次支持向量機(jī)，將故障降到最低，達(dá)到改善的措施。

4.2 以合理的診斷方法，完善故障診斷效果

船舶柴油機(jī)故障診斷方案確定后，要保證行駛的安全性和穩(wěn)定性，保證船舶柴油機(jī)系統(tǒng)的故障驗(yàn)收，要明確診斷前的工作流程，按照相對(duì)應(yīng)的流程進(jìn)行完善和驗(yàn)收，并結(jié)合系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行處理。在處理過程中，需要先將樣本進(jìn)行驗(yàn)證，把各個(gè)系統(tǒng)結(jié)合不同類型的故障進(jìn)行操作，保證診斷工作流程，完成診斷驗(yàn)證，完善數(shù)據(jù)處理，讓工作人員知道故障的原因，采集樣本，通過預(yù)處理，得到故障的樣本數(shù)據(jù)，再將診斷方法按照合理的故障依次處理，整體的效果完善且準(zhǔn)確率也較高[6]。

5 結(jié)語

由于船舶柴油機(jī)結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜度較高，且運(yùn)行環(huán)境特殊，受到外部因素干擾后易出現(xiàn)運(yùn)行故障，維修操作人員技術(shù)素養(yǎng)、操作規(guī)范效果、維修工作的及時(shí)性等因素都會(huì)對(duì)最終結(jié)果形成相應(yīng)的作用。為了更好地提升柴油機(jī)的運(yùn)行效能，不僅要強(qiáng)化檢查檢測的準(zhǔn)確性，還要針對(duì)容易被忽略的問題開展更加精細(xì)化的管理，為柴油機(jī)的進(jìn)一步綜合應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。