伍建良

摘? ? 要：近年來隨著國(guó)家海洋維權(quán)意識(shí)的不斷增強(qiáng)，各類艦艇、公務(wù)船不斷建造入列服役，MTU系列柴油機(jī)在艦船領(lǐng)域應(yīng)用也越來越廣。本文針對(duì)某船MTU16V396型柴油機(jī)機(jī)油耗量過高故障原因進(jìn)行分析，并給出了相應(yīng)的措施排除故障，對(duì)類似柴油機(jī)故障的排除具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：機(jī)油消耗量;燃燒室;磨損;冷卻水

中圖分類號(hào)：U664.121 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： In recent years， with the increasing awareness of national maritime rights protection， various types of naval vessels and official ships have been built and put into service. The MTU series of diesel engines are increasingly widely used in the field of naval vessels. This paper aims at analysis on the fault causes of excessive oil consumption of MTU16V396 diesel engine on a ship， finds the specific reasons through corresponding elimination measures， and finally solves the problem of excessive oil consumption. This has certain reference significance for the trouble elimination of marine diesel engine in use and repair.

Key words： Excessive oil consumption; Combustion chamber; Abrasion; Cooling water

1? ? 前言

1.1? 故障概況

某船采用4臺(tái)發(fā)電機(jī)組，動(dòng)力為MTU16V396型柴油機(jī)，該柴油機(jī)額定轉(zhuǎn)速1 800 r/min、額定功率1 000 kW。按照該柴油機(jī)使用說明書，機(jī)油消耗量正常值為1.2～2.4 g/kW·h，最大不超過3.6 g/kW·h。但該船船員反映，2#發(fā)電柴油機(jī)機(jī)油消耗量過高、機(jī)油添加次數(shù)多，在50%額定功率下連續(xù)運(yùn)行約12 h就要加一次機(jī)油，機(jī)油消耗量高達(dá)7g/kW·h。為此，船員檢查了機(jī)油管路、冷卻器、濾清器均無發(fā)現(xiàn)泄漏，說明常規(guī)檢查未發(fā)現(xiàn)故障原因。

1.2? 柴油機(jī)運(yùn)行情況

在該船2#發(fā)電柴油機(jī)檢修前，對(duì)該柴油機(jī)從0～25%～50%～75%～100%額定負(fù)荷進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)：發(fā)現(xiàn)排氣在0～25%額定負(fù)荷時(shí)呈白藍(lán)煙色，50%額定負(fù)荷時(shí)呈淡藍(lán)煙色，75%～100%額定負(fù)荷時(shí)呈淡灰煙色;檢查曲軸箱呼吸器出口，發(fā)現(xiàn)有白色煙霧排出;機(jī)體、管路未發(fā)現(xiàn)有機(jī)油滲漏現(xiàn)象。

該柴油機(jī)的技術(shù)參數(shù)在額定負(fù)荷時(shí)的標(biāo)定值為：機(jī)油壓力3.5～6.5 bar;機(jī)油溫度80 ℃～90 ℃;冷卻水溫度75 ℃～85 ℃、報(bào)警87 ℃。試驗(yàn)參數(shù)見表1，各試驗(yàn)參數(shù)雖在標(biāo)定值范圍內(nèi)，但已接近或達(dá)到極限值，其中機(jī)油壓力偏低、機(jī)油溫度偏高、冷卻水溫度偏高。

2? ?故障原因分析

2.1? 柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)

柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)，各運(yùn)動(dòng)部件均以一定的力作用在與其相配合的部件上，兩表面間必然受到摩擦阻礙并產(chǎn)生熱量，所以必須在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件接觸面間添加機(jī)油予以潤(rùn)滑，使運(yùn)動(dòng)部件之間磨損減輕、阻力減小;同時(shí)，機(jī)油還起到冷卻、清潔、防腐的作用，對(duì)于活塞與缸套間的油膜還可起到密封作用。因此，機(jī)油的正常供給是保證柴油機(jī)可靠運(yùn)行的必要條件。

MTU16V396型柴油機(jī)為四沖程、16缸V型排列、廢氣渦輪增壓、帶中冷器、直噴式柴油機(jī)。該機(jī)采用濕式油底殼帶有進(jìn)氣閥座潤(rùn)滑的壓力循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)。進(jìn)氣閥座潤(rùn)滑系統(tǒng)是利用機(jī)油計(jì)量泵定量地把機(jī)油供給中冷器空氣出口中的噴嘴，機(jī)油通過噴嘴與增壓空氣相混合后經(jīng)進(jìn)氣閥進(jìn)入燃燒室，而空氣中的機(jī)油會(huì)吸附在進(jìn)氣閥及閥座上對(duì)其進(jìn)行潤(rùn)滑以減少點(diǎn)蝕。

潤(rùn)滑系統(tǒng)的組成及油路布置見圖1：機(jī)油泵將具有一定壓力的機(jī)油源源不斷地送往各部件接觸面，主要部件有曲軸、活塞連桿組件、配氣機(jī)構(gòu)、高壓泵、增壓器等。

2.2? 機(jī)油耗量過高原因分析

由圖1可知，機(jī)油從油底殼經(jīng)機(jī)油泵到各個(gè)潤(rùn)滑部位后回油至油底殼，形成閉式循環(huán)。當(dāng)某些因素造成機(jī)油在管路附件等處滲漏或潤(rùn)滑部位消耗時(shí)，才會(huì)造成機(jī)油消耗量過高，而潤(rùn)滑部位消耗主要是機(jī)油進(jìn)燃燒室燒損。由此可知，引起機(jī)油消耗量過高的主要原因有以下幾個(gè)方面。

（1）潤(rùn)滑系統(tǒng)管路或附件滲漏

機(jī)艙空氣溫度較高且含有大量的酸、堿、鹽等物質(zhì)，惡劣的環(huán)境易使橡膠密封件老化、失效;同時(shí)，柴油機(jī)的振動(dòng)易引起油管破裂、油封損壞、緊固螺栓松動(dòng)，造成潤(rùn)滑系統(tǒng)管路或密封件滲漏;另外，因正常工作時(shí)機(jī)油壓力大于冷卻水壓力，機(jī)油會(huì)進(jìn)入冷卻水中，可通過冷卻水水質(zhì)來判斷。該機(jī)型較為常見的泄漏部位是曲軸輸出端泄漏、管路連接處泄漏等。

（2）機(jī)油進(jìn)入燃燒室燒損

機(jī)油在燃燒室燃燒后排氣中含有一定比率的直徑0.4μm以下的機(jī)油蒸汽顆粒，會(huì)形成藍(lán)色煙氣，一般可從排氣的煙色中判斷機(jī)油是否進(jìn)入燃燒室燒損。機(jī)油進(jìn)入燃燒室燒損的原因大致如下：

① 空氣濾清器、曲軸箱呼吸器堵塞：空氣濾清器堵塞導(dǎo)致進(jìn)氣行程時(shí)由于氣缸壓力過低而使機(jī)油從缸壁或氣閥導(dǎo)管吸入燃燒室;曲軸箱呼吸器堵塞，會(huì)導(dǎo)致曲軸箱內(nèi)壓力過高而把機(jī)油在進(jìn)氣行程時(shí)從缸壁壓入燃燒室。

② 進(jìn)氣閥座潤(rùn)滑系統(tǒng)漏油：進(jìn)氣閥座潤(rùn)滑系統(tǒng)中的機(jī)油計(jì)量泵損壞時(shí)，會(huì)導(dǎo)致過多機(jī)油噴至進(jìn)氣管，機(jī)油隨增壓空氣進(jìn)入燃燒室。

③ 增壓器密封油環(huán)失效：當(dāng)增壓器壓氣端的密封油環(huán)損壞而導(dǎo)致密封失效時(shí)，會(huì)造成機(jī)油泄漏至壓氣機(jī)進(jìn)氣道，機(jī)油通過進(jìn)氣管隨增壓空氣進(jìn)入燃燒室;當(dāng)增壓器渦輪端的密封油環(huán)損壞而導(dǎo)致密封失效時(shí)，會(huì)造成機(jī)油泄漏至渦輪機(jī)葉輪，機(jī)油會(huì)進(jìn)入排氣管燒損或隨排氣管排除。

④ 氣閥桿與氣閥導(dǎo)管磨損或進(jìn)氣閥導(dǎo)管密油封損壞：氣閥桿與氣閥導(dǎo)管磨損會(huì)造成間隙過大、進(jìn)氣閥導(dǎo)管密油封損壞而密封不良，都會(huì)造成機(jī)油沿著氣閥桿與氣閥導(dǎo)管之間的間隙進(jìn)入燃燒室。

⑤ 缸套、活塞連桿組件磨損：缸套與活塞磨損后間隙過大、缸套有拉痕、活塞環(huán)磨損或彈力不足、活塞環(huán)邊隙、開口間隙過大、活塞環(huán)卡死、裝反或?qū)?，均?huì)造成活塞環(huán)與缸套貼合不良導(dǎo)致密封失效，使機(jī)油進(jìn)入燃燒室;此外，如連桿發(fā)生彎曲或扭曲，會(huì)引起活塞跑偏而導(dǎo)致氣缸單面磨損，同樣會(huì)造成活塞環(huán)與缸套貼合不良而使機(jī)油進(jìn)入燃燒室;同時(shí)，缸套、活塞連桿組件磨損，也會(huì)引起燃燒室高壓燃?xì)鈴母妆诟Z出，曲軸箱呼吸器伴隨有煙氣排出，因此可通過曲軸箱呼吸器是否有煙氣排出加以判斷。

通過對(duì)該船2#發(fā)電柴油機(jī)故障現(xiàn)象和機(jī)油消耗量過高原因分析，造成該機(jī)機(jī)油消耗量過高的原因可能是缸套、活塞連桿組件磨損。對(duì)此，在本次修理中對(duì)柴油機(jī)拆檢，發(fā)現(xiàn)異常部位如下：

① 拆出的16套活塞環(huán)外圓端面均有不同程度的磨損現(xiàn)象，部分活塞環(huán)開口間隙已接近或超出海軍修理標(biāo)準(zhǔn)要求，活塞環(huán)開口間隙較大的是A2、A8、B2、B7缸的活塞環(huán);

② 拆檢發(fā)現(xiàn)有10個(gè)氣缸套工作表面有局部光面和貫穿拉痕現(xiàn)象、6個(gè)氣缸套工作表面有局部拉痕。其中A2、A8、B2、B7缸最為嚴(yán)重，A3、B2缸在曲軸軸線方向兩側(cè)均有光面和貫穿拉痕，兩側(cè)光面寬度約為1/4圓周、拉痕寬度在0.1～0.3 mm之間、最大深度約0.1 mm（見圖2、圖3）;A8、B7缸排氣側(cè)有片狀拉痕，跨度約為1/4圓周、最大深度約0.08（見圖4、圖5）。氣缸套是燃燒室的重要組成部分，氣缸套如產(chǎn)生光面、貫穿拉痕，會(huì)在柴油機(jī)運(yùn)行過程中造成活塞環(huán)與缸套貼合不良，使機(jī)油進(jìn)入燃燒室而燒損;

③ 經(jīng)過測(cè)量檢查缸套內(nèi)徑，其中A2、A8、B2、B7缸套內(nèi)徑超標(biāo);

④ 檢查中冷器發(fā)現(xiàn)，中冷器冷卻水道出水口側(cè)有較多水垢，會(huì)影響中冷器冷卻效果和冷卻水的通暢性;

⑤ 其他部件檢查無發(fā)現(xiàn)異常，如機(jī)油冷卻器、機(jī)油泵、機(jī)油計(jì)量泵、增壓器、氣閥與氣閥導(dǎo)管、連桿與連桿軸瓦、曲柄銷、高壓泵等。

（3）故障原因綜合分析

通過故障分析與檢查，2#發(fā)電柴油機(jī)中冷器冷卻水道出水口側(cè)有較多水垢導(dǎo)致缸套磨損是造成機(jī)油消耗量過高的主要原因。

這是因?yàn)橹欣淦骼鋮s水道出水口側(cè)的水垢堵塞會(huì)造成冷卻水流通不暢，從中冷器出來進(jìn)入機(jī)油冷卻器的冷卻水溫變高，使機(jī)油溫度升高，從機(jī)油冷卻器出來后進(jìn)入機(jī)體缸套冷卻水腔的冷卻水溫變高，勢(shì)必影響潤(rùn)滑缸壁機(jī)油的溫度。機(jī)油溫度高會(huì)降低機(jī)油粘度，加快機(jī)油氧化變質(zhì)速度，使?jié)櫥课坏挠湍ふ舭l(fā)，缸套與活塞之間的配合面網(wǎng)紋磨損或出現(xiàn)密集細(xì)小拉痕、燃燒室密封性受到破壞，導(dǎo)致過多機(jī)油進(jìn)入燃燒室燒損，同時(shí)高壓燃?xì)鈺?huì)從缸套內(nèi)壁的拉痕滲漏到曲軸箱，引起曲軸箱呼吸器出口有煙霧排出。如柴油機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在這種情況下運(yùn)行，潤(rùn)滑不良，會(huì)造成缸套網(wǎng)紋磨損或拉傷加劇。當(dāng)機(jī)油在燃燒室燃燒，低負(fù)荷時(shí)蒸發(fā)較慢蒸汽顆粒較粗，易揮發(fā)性的物質(zhì)先蒸發(fā)呈白藍(lán)色;中等負(fù)荷時(shí)燃?xì)鉁囟壬哒舭l(fā)速度加快，難于蒸發(fā)的成份也蒸發(fā)了，蒸汽顆粒變細(xì)，呈淡藍(lán)煙色;高負(fù)荷時(shí)，燃?xì)鉁囟冗_(dá)到最高，足以把機(jī)油完全燃燒，故煙色呈淡灰色。

3? ? 故障處理措施及試驗(yàn)結(jié)果

（1） 清洗中冷器：徹底清潔冷卻水道的水垢，確保中冷器冷卻水道的暢通性和冷卻效果;回裝前仔細(xì)檢查中冷器冷卻水道的暢通性，避免因墊片或其他異物堵塞引起冷卻水道不通暢;

（2） 針對(duì)拆檢修理過程中發(fā)現(xiàn)氣缸套有較深從上部貫穿缸套下部的拉痕或缸套內(nèi)表面網(wǎng)紋磨損的缸套，對(duì)其進(jìn)行珩磨處理或更換：①網(wǎng)紋粗糙度Ra3.5μm ～7.5μm;② 網(wǎng)紋切邊干凈和邊緣清晰;③ 珩磨夾角45°～60°磨出網(wǎng)紋;④ 珩磨缸套內(nèi)徑尺寸需滿足海軍標(biāo)準(zhǔn)要求，并保證活塞環(huán)開口間隙要求;

（3） 柴油機(jī)在更換新活塞環(huán)、新缸套或缸套重新珩磨后，按照試驗(yàn)要求進(jìn)行磨合試驗(yàn)：在柴油機(jī)磨合過程中密切關(guān)注各工況參數(shù)，觀察排氣煙色，如有參數(shù)異常及時(shí)排除并查明原因。

柴油機(jī)修理回裝后，該機(jī)按照試驗(yàn)要求對(duì)各個(gè)工況進(jìn)行磨合試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果各工況參數(shù)正常，曲軸箱呼吸器未發(fā)現(xiàn)煙霧，排氣煙色始終呈淡灰色，用內(nèi)窺鏡檢查缸套內(nèi)表面均無發(fā)現(xiàn)異常情況。經(jīng)磨合試驗(yàn)、系泊試驗(yàn)、航行試驗(yàn)、及日常運(yùn)行中，機(jī)油消耗量正常，消耗率在1.2～2.4 g/kW·h范圍內(nèi)，有效的排除了機(jī)油消耗量大的故障。

4? ?小結(jié)

MTU396柴油機(jī)已引進(jìn)國(guó)內(nèi)多年，運(yùn)行穩(wěn)定，但在運(yùn)行中應(yīng)細(xì)心觀察各種參數(shù)的變化，若有異常情況應(yīng)及時(shí)排除。柴油機(jī)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)復(fù)雜，各結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)相互影響，若某部件或系統(tǒng)出現(xiàn)異常，勢(shì)必影響其它部件或系統(tǒng)，乃至影響整臺(tái)柴油機(jī)的運(yùn)行，如本文中因中冷器堵塞引起的冷卻水溫度偏高，進(jìn)而引發(fā)缸套潤(rùn)滑不良而造成缸套磨損，最終導(dǎo)致機(jī)油消耗量過高的故障。

本文針對(duì)MTU396柴油機(jī)機(jī)油消耗量過高的原因進(jìn)行了系統(tǒng)分析，找出直接原因提出了全面有效的排除方法，對(duì)排除此類故障具有一定的參考和借鑒意義。.

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