關(guān)于某輪主機(jī)高壓油泵故障的排除及思考

作為船舶動(dòng)力裝置最核心的設(shè)備，船舶主機(jī)工作性能的好壞將直接影響到船舶的推進(jìn)和正常航行，甚至影響到船舶財(cái)產(chǎn)及人身安全，因此必須時(shí)刻保證其可靠性。主機(jī)高壓油泵作為燃油噴射系統(tǒng)的核心設(shè)備，其工作性能的好壞直接關(guān)系著主機(jī)能否正常啟動(dòng)及良好運(yùn)轉(zhuǎn)。高壓油泵的主要作用是定時(shí)、定質(zhì)、定量地為柴油機(jī)各缸提供噴射的燃油，以保證柴油機(jī)工作過程中的噴射與燃燒兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，使柴油機(jī)能正常地啟動(dòng)發(fā)火和良好地運(yùn)轉(zhuǎn)，確保船舶的推進(jìn)與正常航行。如果柴油機(jī)出現(xiàn)高壓油泵工作不正常，輕則引起柴油機(jī)各缸燃燒不正常，功率分配不均，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，經(jīng)濟(jì)性下降，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致無法啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)，影響到船舶的正常營(yíng)運(yùn)和航行安全［1］。一、故障概況某輪為載重27500t的散貨船，主機(jī)為5缸二沖程直流換氣柴油機(jī)，日本制造。

型號(hào)為5UEC52LA，功率5900kW，采用廢氣渦輪增壓。在某長(zhǎng)航次經(jīng)過20多天的航行抵達(dá)美國(guó)某港口錨地，4天后準(zhǔn)備按計(jì)劃由錨地起錨靠港，但在備車時(shí)發(fā)現(xiàn)主機(jī)無法正常起動(dòng)，短時(shí)間內(nèi)又未能找到故障原因，最后只得被迫取消靠泊計(jì)劃。在之后的數(shù)天里，經(jīng)反復(fù)檢查和測(cè)試，終于發(fā)現(xiàn)主機(jī)不能啟動(dòng)的原因是由于主機(jī)5個(gè)缸的高壓油泵柱塞、套筒偶件全部磨損過大，內(nèi)部泄露嚴(yán)重，以至于在啟動(dòng)時(shí)供油壓力過低，導(dǎo)致噴油器針閥不能正常開啟，主機(jī)也就無法正常啟動(dòng)運(yùn)行，后來將全部高壓油泵的柱塞、套筒偶件換新，終于恢復(fù)了其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。二、故障的排查處理過程在該輪突然出現(xiàn)主機(jī)無法正常啟動(dòng)的故障后，由于沖車時(shí)并未發(fā)現(xiàn)明顯異常，初步確定壓縮空氣啟動(dòng)系統(tǒng)未發(fā)生故障。接著對(duì)主機(jī)進(jìn)行換向操作，能成功換向，但換向后倒車啟動(dòng)仍然失敗。啟動(dòng)過程中柴油機(jī)轉(zhuǎn)速顯示能達(dá)到60rpm/min，與之前相比并沒有明顯下降。接著檢查主機(jī)調(diào)速器，在啟動(dòng)時(shí)調(diào)速器能正常輸出動(dòng)作拉動(dòng)燃油桿，各缸高壓油泵燃油齒條也均能動(dòng)作，齒條上油門刻度指示也未見異常。通過高壓油泵觀察孔觀察各缸柱塞運(yùn)動(dòng)，也未見卡阻現(xiàn)象。最后通過打開各缸示工考克進(jìn)行啟動(dòng)，發(fā)現(xiàn)所有缸均無火星冒出，僅有兩個(gè)剛從示工閥中冒出的空氣中含有少量煙氣。根據(jù)以上諸多狀況初步判斷是啟動(dòng)時(shí)基本上無燃油噴入氣缸，從而導(dǎo)致無法啟動(dòng)，具體原因還需仔細(xì)逐步查找，短時(shí)間內(nèi)并無法排除，因此只得向港方申請(qǐng)延遲靠港。首先對(duì)主機(jī)各缸的噴油定時(shí)進(jìn)行檢查，均在說明書要求的范圍之內(nèi)。接著對(duì)所有缸的噴油器逐一拆除，進(jìn)行解體，清潔，重新按規(guī)定調(diào)節(jié)其啟閥壓力，由于檢修過程中僅發(fā)現(xiàn)啟閥壓力略有下降，并未發(fā)現(xiàn)其他異常，因此確定噴油器并不是故障的關(guān)鍵所在。之后對(duì)各缸高壓油泵進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部極臟，積碳很多，各密封膠圈老化嚴(yán)重。經(jīng)柴油浸泡清洗干凈后，檢查發(fā)現(xiàn)各缸柱塞與套筒之間配合均很松，通過滑動(dòng)試驗(yàn)，確定柱塞與套筒偶件由于過度磨損配合間隙超標(biāo)。查找備件，船上僅存留一套新的，只能對(duì)一個(gè)缸進(jìn)行換新，其他缸只能清潔后將原零件裝復(fù)。最后再重新試車，主機(jī)仍然無法正常啟動(dòng)，但啟動(dòng)過程中觀察換新柱塞套筒的缸，發(fā)現(xiàn)已能正常噴油發(fā)火。最終確定該輪主機(jī)無法正常啟動(dòng)是由于所有缸的柱塞套筒偶件同時(shí)嚴(yán)重磨損所導(dǎo)致的。三、故障的原因分析在以前的船舶實(shí)踐工作中，我們經(jīng)常碰見船舶副機(jī)高壓油泵的柱塞、套筒在工作較長(zhǎng)時(shí)間后，由于柱塞套筒的過度磨損、密封性下降、泄露嚴(yán)重，造成柴油機(jī)功能下降、噴油壓力降低、各缸噴油量不均、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)等現(xiàn)象，也經(jīng)常對(duì)整臺(tái)副機(jī)的柱塞、套筒偶件進(jìn)行換新。但對(duì)于船舶主機(jī)，所有缸的高壓油泵柱塞、套筒同時(shí)出現(xiàn)比較嚴(yán)重的磨損還是很少遇到的，即使偶有發(fā)生，一般也是在一些老舊船上出現(xiàn)過。且由于本文所提到的該輪船齡較小，主機(jī)總運(yùn)行時(shí)間還不足四萬小時(shí)，所以在故障的查找過程中經(jīng)歷了不少周折。其實(shí)在該輪出現(xiàn)這一故障之前的一段時(shí)間里，就曾經(jīng)出現(xiàn)過轉(zhuǎn)速不正常地自動(dòng)下降。在與以往相近的外界負(fù)荷時(shí)，油門加大，轉(zhuǎn)速卻自行下降或者說在同樣的油門下，轉(zhuǎn)速較以前偏低，加速過程較慢。正常負(fù)荷下，轉(zhuǎn)速波動(dòng)幅度增大，調(diào)速器輸出動(dòng)作頻繁。由于這些現(xiàn)象與海況惡劣、船舶阻力較大時(shí)所出現(xiàn)的類似，并未引起輪機(jī)管理人員的重視。在常規(guī)的示功圖測(cè)試中，也發(fā)現(xiàn)主機(jī)的壓縮壓力基本不變，爆炸壓力降低，在無外界負(fù)荷影響下，各缸燃油齒條刻度指示較大而排氣溫度卻稍有下降，且各缸之間的排氣溫差加大，變化頻繁。在以前的主機(jī)啟動(dòng)中也曾經(jīng)出現(xiàn)過啟動(dòng)困難，有時(shí)會(huì)“偶然”開不出倒車。在抵港（特別是抵錨地）時(shí)由于倒車次數(shù)不多，“偶然”一次倒車不來，可能未引起注意。在主機(jī)慢速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速也不是很穩(wěn)定，最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的數(shù)值上升。由于在低轉(zhuǎn)速時(shí)個(gè)別高壓油泵工作狀況的好壞，最容易影響低轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定和能否在最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速上持續(xù)運(yùn)行。以上諸多現(xiàn)象其實(shí)與高壓油泵柱塞套筒的過度磨損都有直接的關(guān)系。磨損導(dǎo)致配合間隙增大，密封性下降，泄漏嚴(yán)重，也就引起供油壓力下降，供油量減少，同時(shí)燃油的噴射壓力下降，直接影響燃燒狀況。各缸磨損的不均勻使得噴油量不均勻，也就引起了負(fù)荷不均和轉(zhuǎn)速不穩(wěn)的現(xiàn)象。在嚴(yán)重的極端狀況下，出現(xiàn)了甚至無發(fā)油門刻度低時(shí)因泄漏嚴(yán)重，供油壓力不能達(dá)到油頭的啟閥壓力而不能噴油至氣缸內(nèi)，若所有缸均出現(xiàn)該問題，最終的后果將導(dǎo)致柴油機(jī)根本無法啟動(dòng)。上述該輪在之前某次抵錨地時(shí)，也曾發(fā)生一次倒車不來，在等泊期間曾對(duì)主機(jī)的掃氣箱、油頭、排氣閥、氣缸啟動(dòng)閥等進(jìn)行了常規(guī)的檢查和保養(yǎng)，并換新了所有缸的油頭。對(duì)換下的油頭進(jìn)行過泵壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)換下的油頭啟閥壓力均比正常值下降了3~5MPa（主機(jī)說明書規(guī)定的啟閥壓力為32MPa）。換下的油頭啟閥壓力下降，由很多種因素造成，未必是油泵出問題，但當(dāng)較多的油頭同時(shí)出現(xiàn)啟閥壓力下降時(shí)，則必須考慮高壓油泵的供油壓力，而柱塞套筒間的磨損狀況又直接決定了油壓的高低。燃油的質(zhì)量好壞會(huì)影響油泵柱塞、套筒的磨損和密封性，亦會(huì)影響油頭針閥的磨損和密封性。油泵出口壓力的降低，往住會(huì)被油頭啟閥壓力的下降所掩蓋，導(dǎo)致我們?cè)趯ふ夜收显驎r(shí)走入誤區(qū)。由于過度磨損并非一朝一夕，必須經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間才能累積形成，這也反證了為什么遠(yuǎn)航抵錨之前的航行過程中都比較“正常”，而在錨地備車時(shí)卻不能正常啟動(dòng)主機(jī)的原因所在。四、故障的思考與總結(jié)該輪在這次故障中，由于備件缺乏，額外用拖輪帶靠碼頭和等備件所耽誤的船期所產(chǎn)生的費(fèi)用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于換新備件本身的花費(fèi)。通過回顧該輪發(fā)生故障的前后過程和現(xiàn)象，并加以認(rèn)真分析，有很多東西值得我們?nèi)ニ伎己涂偨Y(jié)。1、重視對(duì)主機(jī)高壓油泵柱塞、套筒的檢查、保養(yǎng)工作由于實(shí)船上主機(jī)高壓油泵較少發(fā)生故障，管理中容易忽略對(duì)其日常的維護(hù)與保養(yǎng)。船舶輪機(jī)人員對(duì)柱塞、套筒的檢查、保養(yǎng)工作是被動(dòng)的。通常說明書并未對(duì)維修保養(yǎng)的周期提出明確的期限，許多柴油機(jī)說明書中也僅僅是提“Basedonobservation”（基于觀察）決定其維修時(shí)機(jī)，即采用視情維修的方式來避免其發(fā)生故障。但是這種“觀察”有時(shí)是比較困難的，高壓油泵柱塞套筒屬于精密偶件，根據(jù)廠家設(shè)計(jì)，柱塞和套筒之間的正常間隙應(yīng)該在0.02mm以內(nèi)，其極限間隙應(yīng)不超0.04mm，也就是說磨損量不超過0.02mm，其實(shí)無論新件或舊件，憑借船上的測(cè)量手段和工具都無法準(zhǔn)確測(cè)量出上述間隙，只能憑經(jīng)驗(yàn)和感覺粗略判斷它們之間是否已經(jīng)磨損過度。盡管如此，我們認(rèn)為這種“觀察”還是有必要按計(jì)劃地定期進(jìn)行并加以記錄，通常在4～5年的一個(gè)周期里應(yīng)對(duì)所有高壓油泵的柱塞和套筒進(jìn)行拆檢一次，即采用定時(shí)維修的方式，注意檢查柱塞表面的狀況，尤其是頭部斜槽附近的工作面和與套筒配合的松緊度。2、及時(shí)發(fā)現(xiàn)主機(jī)高壓油泵出現(xiàn)泵壓功能下降和失效的征兆故障發(fā)生前往往是會(huì)有前兆的。除了因某種原因造成的油泵柱塞卡阻外，這種逐漸磨損的柱塞、套筒引起的故障亦會(huì)有前兆或各種不正常癥狀。回顧該輪發(fā)生故障的前前后后，也能充分證明這一點(diǎn)。根據(jù)故障征兆，及時(shí)地進(jìn)行檢查與修理，避免故障的發(fā)生。3、查找故障的過程中善于分析和觀察，盡快找到故障原因所在上述分析的各種“前兆”未必在一艘船上同時(shí)出現(xiàn)，亦未必每一項(xiàng)都表現(xiàn)得那么明顯，且有些現(xiàn)象不一定是高壓油泵故障所特有，而是與其他故障的癥狀混在一起的。但作為一個(gè)善于分析、勤于動(dòng)腦的輪機(jī)人員來說，平時(shí)多注意這些“蛛絲馬跡”，相信可以幫助掌握和了解高壓油泵的工作狀況，即使出了故障亦能盡快找到原因，避免走很多的彎路。故障發(fā)生后，首先要盡快確定故障出自控制系統(tǒng)，還是燃油系統(tǒng)。通常遇到主機(jī)不能正常啟動(dòng)時(shí)，最先想到的總是控制系統(tǒng)（包括控制閥，調(diào)速器），然后是安全保護(hù)系統(tǒng)，最后才是燃油系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)踐中對(duì)主機(jī)啟動(dòng)這一部分故障的統(tǒng)計(jì)，燃油系統(tǒng)的概率也是最低的，一般不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)油頭不好或某個(gè)油泵工作欠佳造成主機(jī)無法啟動(dòng)，但同時(shí)應(yīng)該看到，近年來大部分船舶比較重視和定期對(duì)控制系統(tǒng)中的各個(gè)控制閥件加強(qiáng)檢查和養(yǎng)護(hù)，對(duì)啟動(dòng)空氣系統(tǒng)的清潔和除濕也比較重視，相對(duì)發(fā)生問題的就少了。筆者認(rèn)為，如果沖車，正倒車換向，特別是沖車轉(zhuǎn)速能達(dá)到發(fā)火轉(zhuǎn)速，則大部分的情況下，故障的原因在于燃油系統(tǒng)。此時(shí)則應(yīng)首先鑒別是否有燃油進(jìn)入氣缸。通常主機(jī)沖車，達(dá)到最低發(fā)火轉(zhuǎn)速后，油門會(huì)開啟或高壓油泵頂部的泄油閥會(huì)關(guān)閉，此時(shí)可打開某缸示功考克，檢查是否有油進(jìn)入氣缸，或是否發(fā)火。如果沒有燃油噴入氣缸，可能是噴油器在關(guān)閉位置卡死或油壓達(dá)不到啟閥壓力。噴油器卡死可通過觸摸高壓油管的脈動(dòng)狀況來加以判斷，而在實(shí)船上，很難判斷高壓油泵的出口壓力是否正常，必要時(shí)可將某一個(gè)油頭（可取主機(jī)最前端或最末端，以便拆裝和防護(hù)）的高壓油管拆離，另裝一個(gè)油頭（周圍加以防護(hù)），短暫?jiǎn)?dòng)，觀察其是否能正常噴油［2］。五、日常維護(hù)管理中的建議措施為了避免故障的發(fā)生，引起較大的經(jīng)濟(jì)損失甚至危及船舶的安全，日常維護(hù)中可以采用以下相關(guān)措施來加以防護(hù)。1、加強(qiáng)燃油的凈化處理。作為船舶，我們必須面對(duì)現(xiàn)實(shí)：即接受各種產(chǎn)地不同質(zhì)量的燃油。我們所能做的，除了認(rèn)真做好燃油的規(guī)范取樣和正確儲(chǔ)存外，盡可能做好燃油的凈化處理工作，把好燃油進(jìn)入主機(jī)前的重要關(guān)口。分油要切實(shí)有效，濾器不應(yīng)有破損。2、認(rèn)真檢查各缸高壓油泵的運(yùn)行狀況包括各缸功率發(fā)揮，壓力和溫度變化及是否漏油，凸輪軸滑油是否被燃油污染等等，有計(jì)劃地定期拆檢各缸高壓油泵，將每次檢查結(jié)果詳細(xì)記入“輪機(jī)員維修記錄本”，如有異常，盡快電告公司，更換備件應(yīng)有詳細(xì)記錄。3、保證船舶留存?zhèn)浼渥?。按照船?jí)社主要備件最少在船存量的要求，通常主機(jī)高壓油泵柱塞、套筒備件只需備用一套?？紤]到現(xiàn)實(shí)情況，適當(dāng)增加2～3套，日常工作中應(yīng)認(rèn)真清點(diǎn)備件存船情況，分清新、舊件，并將情況電告公司，以便統(tǒng)籌及時(shí)訂購(gòu)供船。4、控制主機(jī)燃油進(jìn)機(jī)溫度。燃油溫度通