船舶柴油机的其他常见故障及排除方法(最全版)

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 1、船舶柴油机增压器的喘振 

当增压器工作的时候,压气机排出端的流量会有一定的减少,当压气机的工作点在它的喘振区域时,压气机的排出压力就会忽高忽低,从而引起机器的强烈振动,同时会发出沉重的喘息声。当增压器的压力降低时,船舶柴油机的进气量就会随之减少,功率也随之下降,因此柴油机的耗油量会相应的增加同时冒出大量黑烟。增压器经过长时间的运行,内部密封衬套的间隙会渐渐增大,从而使得排气进入到轴承箱。由于轴承箱的压力变大,它上面固定的螺栓也会随之变的松动,一些润滑油就会往外流。滑油量减少不仅仅会加重轴承的磨损程度还会导致散热不好,使增压器的温度升高,对增压器是很不利的。


 引起增压器喘振的大致原因可以分为以下几种:

⑴船舶柴油机的载荷突然出现较大范围的负向波动。由于增压器的转子转速不能很快跟随柴油机转速的下降而迅速下降,进而会造成船舶柴油机在过渡过程的喘振。增压器与船舶柴油机之间是需要相互配合工作的,当船舶柴油机的转速降低、负载卸载时,气缸内所需要的空气量也会随之急剧减少,然而增压器转子的转速却无法迅速同步的下降。使增压器压气机吸气量比船舶柴油机气缸所需量多,导致多余的空气堵塞在压气机进口从而引发喘振现象。


⑵联合凋节器的降速针阀(有级调速)或减载针阀的开度过大也容易造成短时间的喘振。由于针阀的开度过大,使船舶柴油机降速减载的过程过快,使增压器的转子转速下降的速度跟不上。


⑶船舶柴油机载荷波动较大,过载时船舶柴油机的燃烧状态会随之变差。导致其排气温度升高,排气总管的废气能量大大增加,导致增压器转子的转速升高,造成压气机的吸气量多于出气量而发生喘振现象。⑷增压器的喷嘴环积炭,或喷嘴环截面积过小。燃气流经缩小了的喷嘴环截面时燃气的流速会增高,从而促使转子的转速上升(每减少lcm²,转子的转速大约会上升250r/min),压气机进气流量也随之增大,这就使部分空气堵在压气机的入口从而产生气流扰动,导致喘振的发生。


 2、船舶柴油机轴瓦损坏 


轴瓦损坏在柴油机故障中所占到的比率大约为30%。轴瓦的损坏一般情况下都是在装配和使用操作不当时造成的,这其中杂质进入船舶柴油机嵌进轴瓦里所造成的损坏事故所占比例最多。轴瓦的损坏主要表现在轴瓦上的耐磨合金层的损坏。轴瓦的主要损坏形式以下几种:


 2.1轴瓦的早期磨损 

轴瓦的内圆表面,在油膜间断处会出现与轴颈表面或其它硬质颗粒间的磨擦,由于磨擦温升和磨擦力的作用,使得该处金属分子产生位移甚至脱离金属层。滑油中混入硬质颗粒、轴瓦内表面与轴颈外圆表面粗糙度之和大于油膜厚度是引起油膜间断进而导致轴瓦磨损的两个基本因素。


预防办法

⑴装配时应将零件上的屑末、毛刺、型砂等杂质及时清理干净。

⑵注意维护并提高滤器的性能,将滑油中大于15μm的颗粒全部都过滤出;10μm以上的颗粒95%的滤出;5μm以上的颗粒90%的滤出。

⑶轴颈表面和轴瓦内圆粗糙度应分别为Rz≤1.0μm、Rz≤3.2μm;在修复磨合轴颈的时候应该使曲轴反向的旋转,抛光轴颈的时候与他的工作旋转方向一致。

⑷制造和装配过程中严格的控制形位公差与尺寸。

⑸改善轴瓦的内圆表面的嵌藏性。

⑹及时的更换滑油,并滑油的确保质量。

⑺选择适当的工作间隙。

⑻早期磨损使之较严重地出现拉、划、磨痕,应及时予以更换新的轴瓦。


 2.2 轴瓦的疲劳剥落 

轴瓦内圆合金层表面出现平行状、网状断裂纹、鳞状或合金呈点状、片状、块状脱掉。轴承合金的承载负荷超过其合金层材料允许的最大承载能力时将造成轴承的疲劳损坏。引起早期疲劳的原因有:在设计或制造过程中,未按照柴油机的不同用途来进行合理选材, 或着其安全系数选得太小;钢背与合金层的粘合强度小于合金的抗拉强度;轴瓦与瓦座之间的贴合度太小;结构参数选择不当;装配不良;润滑不佳;维修保养不善;油膜非连续性或被切断后引起较高的压力梯度, 使合金层内部产生剪应力和温度的波动;以及操作不慎、拉缸等。


预防办法

⑴实践证明,设计制造轴瓦时应根据不同用途的柴油机所要求承受的单位最大载荷和各种轴承合金的疲劳强度值,来选取合适的材料和安全系数,这是克服疲劳的重要措施之一;


⑵钢背与合金层的粘合强度应不小于合金的抗拉强度;


⑶轴瓦与座孔间的贴合度应不小于85% ,不粘合处应分散两处以上,否则将影响负荷及热量的传递而产生集中现象;⑷在结构参数上应推荐薄壁、窄形、小间隙、大直径。


 3、排气阀常见故障与维护


3.1船舶柴油机排气阀故障原因

船舶柴油机中排气阀的工作条件十分恶劣,气阀底面与高温燃烧产物直接接触,在气阀开启期间还承受着高温(900~1000℃)和具有腐蚀性气体的高速(达600m/s)冲刷,气阀中心温度高达700~800℃,在阀盘与阀杆过渡圆弧中段,温度也有600~700℃,排气阀工作温度分布如图1所示。过高的温度会使金属材料的机械性能降低,材料发生热变形。当阀面密封不严时,就会引起高温燃气对阀面的烧损。气阀落座时,阀与阀座的惯性力和弹簧作用力的共同作用下,还承受着相当大的冲击性交变载荷,在气阀出现跳动或气阀间隙增大时,这种载荷会明显增加。阀与阀座的撞击,容易形成密封面的变形和严重的磨损。因船用船舶柴油机绝大部分多为增压柴油机,由于进气道内的新鲜空气压力阻止了从气阀导管中获得滑油的可能,因此,金属之间易发生干摩擦。但在一般船舶柴油机的气阀以及增压船舶柴油机的排气阀座合金面间总会布有一层滑油或烟油等润滑物。此外,阀杆与导管间也会发生磨损,阀杆顶端受摇臂的撞击与磨损。

由于燃油价格不断上涨,航运市场竞争激烈,很多船东使用低价、劣质的燃油。这些燃油的粘度高,滞燃期长,而且钒、钠和硫的含量比较高。这种燃油在船舶柴油机中燃烧时,渣油中所含的排放物(燃料灰份)仅仅有一部分与排出的气体一起离开机器,而剩余部分仍然留在发动机内一些高温(497—797℃)的零件上。例如,排气阔和活塞顶,形成沉积,造成所谓的“高温腐蚀”。到目前为止,还没有经济上合理的工艺过程能从渣油中除去腐蚀元素,连高级合金钢和堆焊排气阀钢也受到燃油的腐蚀。在船舶柴油机运行中违反用车保养规定,低温启动,低温强迫加载,气缸燃烧温度急剧变化,在负载状态下急剧变换手柄位,使气缸燃烧状态恶化,大量雾化不良的粗大重油粒子喷入气缸,造成严重的后燃及不完全燃烧,严重积炭使排气阀的阀线表面也被积炭污染,甚至造成主机的起动困难,这就成为下次主机开车不久后的油头及排气阀故障的隐患,因此这些操纵、保养船舶柴油机的不良习惯也是引发气阀故障的因素。


3.2 排气阀烧损

排气阀烧损是排气阀最常见故障。主要原因是排气阀密封不严,造成高温燃气泄漏,使该处严重过热,甚至熔穿金属材料。下表为几种主要机型的最大最大允许烧蚀量。表1  最大允许烧蚀量(单位: mm)



3.3 气阀密封锥面磨损过快

在燃烧室内爆发压力的作用下阀座与阀盘都发生弹性变形,气阀落座撞击也会造成阀座及阀盘的弹性变形,这样会使阀盘锥面反复楔入时,密封锥面产生相对运动,造成密封锥面磨损。气阀间隙过大,阀盘与阀座刚度不足,气阀与阀座材料性能达不到要求或不匹配,重油中含有较多的钒、钠、硫等有害元素,高负荷运行或燃烧恶化,冷却不良,阀杆与导管间隙过大,气阀机构振动使气阀落座速度过大等,都能使磨损速率增大。


3.4 阀盘与阀杆断裂

在阀盘与阀杆的阀杆装设卡块的凹槽处和过渡圆角处,由于这些部位应力容易集中,当应力集中到一定程度时就会发生疲劳断裂破坏。造成断裂的原因有:阀杆与导管的间隙过大;阀盘与阀座的变形使局部受力过大;气阀间隙过大,敲击严重疲劳破坏;气阀机构的振动。阀杆装设卡块的凹槽处是气阀的最薄弱部位,若该处凹槽加工工艺不良或闭阀冲击力较重也会产生疲劳断裂。


3.5 气阀卡死

气阀卡死主要是因为气阀阀杆和导管之间间隙过小,当受热膨胀后二者间隙过盈发生卡死现象。另外,当阀杆发生弯曲变形时也会使阀杆卡死在导管中。 


3.6 气阀弹簧断裂

气阀弹簧本身的结构不够合理,内部存在缺陷,加工不合理或使用中发生了扭曲或达到疲劳极限在工作中均会导致断裂。气阀弹簧断裂直接影响船舶柴油机的正常工作,严重时,气阀可能坠入到气缸内,损坏气缸。




3.7排气阀的日常管理

 (1)航行时认真巡回检查,注意排温变化。

要随时注意排气阀驱动机构供油压力。在外界海况和主机负荷不变的前提下,如某一缸的排烟温度出现逐渐上升的趋势、声音异常等情况时,应及时正确地判断出故障所在,采取果断措施,可有效地控制事故发生。


(2)滑油及滑油滤清器的管理。滑油使用一段时间后易被氧化,形成酸质,腐蚀阀杆和阀盘。同时,滑油中的机械杂质或积炭会加速气阀磨损,甚至可使气阀杆因落座时挠曲而损坏使气阀破裂。因此应注意检查滑油质量,定期换油。经常清洗滑油滤器和及时更换滤芯,以利延长气阀元件的使用寿命。此外,还可在滑油中加入镁钨添加剂,以提高沉积物的熔点防止对金属的熔粘,使沉积物中的有害物质形成稳定的化合物,从而减少对气阀的腐蚀。


(3)轮机员必须严格按照船舶柴油机说明书要求 ,定期检验排气阀。


(4)阀盘与阀座面上均堆焊有耐热合金,一般厚度为3mm 左右,拆检时按说明书要求进测量,当最大研磨量Gt>2.0mm时此阀不能再用。


(5)为了避免在研磨时由于波动引起阀盘表面出现振颤的现象,应尽可能不在船舶航行或抛锚时研磨排气阀,如果条件允许,尽量在码头或专业厂家进行研磨工作。


(6) 加强油头管理、控制合适油温。船用主柴油机油头的管理和进出港时轻重油的转换对排气阀的工作也是很重要的。主机油头必须定期解体、清洁、研磨和压泵调压。油头的工作好坏直接影响排气阀的工作,而燃油的粘度又影响油头和排气阀的工作。因此,航行中必须控制好燃油的粘度,使其符合进机要求。为此,必须对燃油的加热温度进行适当调整。尤其在更换重油时,更应特别注意燃油的进机温度。另外由于抵港时间受自然条件的影响,往往卡不准,而驾驶台通知机舱换轻油的时间又往往过晚过急,轻油刚刚换好就减速慢车和停车,使主机燃油系统内存有相当数量高粘度的重油,整个主机燃油系统没有能充分地得以清洗。因此应充分引起重视。


4、船舶柴油机气缸的磨损

按照磨损机理来分类,气缸套的磨损主要包括以下三种情况:粘着磨损,磨粒磨损以及腐蚀磨损。


4.1 原因

 ⑴正常摩擦引起的磨损 主要是在边界摩擦的润滑条件下由于金属和金属不可避免的直接接触而引起的,而滑油的品质不良、粘度太低或供油不足都会使磨损加剧。


⑵磨粒磨损 主要是吸气时进入气缸的灰尘等外界硬物质引起的。一般来说,发生磨粒磨损的气缸套内圆表面上有平行的纵向直线划痕,肉眼可以观察到,用手可以触摸到。


⑶腐蚀磨损 这种磨损是因为燃油中含有硫分。实践证明,气缸套上部第一道活塞环处的磨损量是最大的。


⑷粘着磨损 主要是由于活塞裙部润滑不良,或者是由于活塞裙部与磨损后的气缸套配合间隙过大所致,容易发生拉缸现象。


4.2减小缸套磨损的途径

⑴加强燃油和燃烧的管理;


⑵保证良好的气缸润滑条件;


⑶注意控制冷却水的温度;


⑷保持活塞与气缸套之间的正常配合间隙,从而使活塞运动装置具有良好的对中性。

船舶柴油机在使用过程中通常会出现这样或那样的故障,其故障现象多种多样,造成的原因也十分复杂,有些甚至是多方面综合原因造成的。大部分情况下是由于不按照操作规程,不按照维护保养要求维护保养,装配和调整不正确以及一些零部件的磨损没有及时处理诱发的。在处理故障时必须要仔细研究,根据故障现象分析原因,逐个排除并找出故障症结所在。只有这样,才能做到防患未然,保证船舶柴油机及其装置处于安全可靠和经济运行状态。

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