關(guān)于某輪主機高壓油泵故障的排除及思考

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

型號為5UEC52LA，功率5900kW，采用廢氣渦輪增壓。在某長航次經(jīng)過20多天的航行抵達美國某港口錨地，4天后準(zhǔn)備按計劃由錨地起錨靠港，但在備車時發(fā)現(xiàn)主機無法正常起動，短時間內(nèi)又未能找到故障原因，最后只得被迫取消靠泊計劃。在之后的數(shù)天里，經(jīng)反復(fù)檢查和測試，終于發(fā)現(xiàn)主機不能啟動的原因是由于主機5個缸的高壓油泵柱塞、套筒偶件全部磨損過大，內(nèi)部泄露嚴(yán)重，以至于在啟動時供油壓力過低，導(dǎo)致噴油器針閥不能正常開啟，主機也就無法正常啟動運行，后來將全部高壓油泵的柱塞、套筒偶件換新，終于恢復(fù)了其正常運轉(zhuǎn)。二、故障的排查處理過程在該輪突然出現(xiàn)主機無法正常啟動的故障后，由于沖車時并未發(fā)現(xiàn)明顯異常，初步確定壓縮空氣啟動系統(tǒng)未發(fā)生故障。接著對主機進行換向操作，能成功換向，但換向后倒車啟動仍然失敗。啟動過程中柴油機轉(zhuǎn)速顯示能達到60rpm/min，與之前相比并沒有明顯下降。接著檢查主機調(diào)速器，在啟動時調(diào)速器能正常輸出動作拉動燃油桿，各缸高壓油泵燃油齒條也均能動作，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動，也未見卡阻現(xiàn)象。最后通過打開各缸示工考克進行啟動，發(fā)現(xiàn)所有缸均無火星冒出，僅有兩個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時基本上無燃油噴入氣缸，從而導(dǎo)致無法啟動，具體原因還需仔細逐步查找，短時間內(nèi)并無法排除，因此只得向港方申請延遲靠港。首先對主機各缸的噴油定時進行檢查，均在說明書要求的范圍之內(nèi)。接著對所有缸的噴油器逐一拆除，進行解體，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。之后對各缸高壓油泵進行解體，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，通過滑動試驗，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，只能對一個缸進行換新，其他缸只能清潔后將原零件裝復(fù)。最后再重新試車，主機仍然無法正常啟動，但啟動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。最終確定該輪主機無法正常啟動是由于所有缸的柱塞套筒偶件同時嚴(yán)重磨損所導(dǎo)致的。三、故障的原因分析在以前的船舶實踐工作中，我們經(jīng)常碰見船舶副機高壓油泵的柱塞、套筒在工作較長時間后，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)常對整臺副機的柱塞、套筒偶件進行換新。但對于船舶主機，所有缸的高壓油泵柱塞、套筒同時出現(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，主機總運行時間還不足四萬小時，所以在故障的查找過程中經(jīng)歷了不少周折。其實在該輪出現(xiàn)這一故障之前的一段時間里，就曾經(jīng)出現(xiàn)過轉(zhuǎn)速不正常地自動下降。在與以往相近的外界負(fù)荷時，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)速波動幅度增大，調(diào)速器輸出動作頻繁。由于這些現(xiàn)象與海況惡劣、船舶阻力較大時所出現(xiàn)的類似，并未引起輪機管理人員的重視。在常規(guī)的示功圖測試中，也發(fā)現(xiàn)主機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。在以前的主機啟動中也曾經(jīng)出現(xiàn)過啟動困難，有時會“偶然”開不出倒車。在抵港（特別是抵錨地）時由于倒車次數(shù)不多，“偶然”一次倒車不來，可能未引起注意。在主機慢速運行時，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)速時個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)運行。以上諸多現(xiàn)象其實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)油門刻度低時因泄漏嚴(yán)重，供油壓力不能達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)致柴油機根本無法啟動。上述該輪在之前某次抵錨地時，也曾發(fā)生一次倒車不來，在等泊期間曾對主機的掃氣箱、油頭、排氣閥、氣缸啟動閥等進行了常規(guī)的檢查和保養(yǎng)，并換新了所有缸的油頭。對換下的油頭進行過泵壓試驗，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)較多的油頭同時出現(xiàn)啟閥壓力下降時，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)量好壞會影響油泵柱塞、套筒的磨損和密封性，亦會影響油頭針閥的磨損和密封性。油泵出口壓力的降低，往住會被油頭啟閥壓力的下降所掩蓋，導(dǎo)致我們在尋找故障原因時走入誤區(qū)。由于過度磨損并非一朝一夕，必須經(jīng)歷較長時間才能累積形成，這也反證了為什么遠航抵錨之前的航行過程中都比較“正?！?，而在錨地備車時卻不能正常啟動主機的原因所在。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)生的費用要遠遠高于換新備件本身的花費。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、重視對主機高壓油泵柱塞、套筒的檢查、保養(yǎng)工作由于實船上主機高壓油泵較少發(fā)生故障，管理中容易忽略對其日常的維護與保養(yǎng)。船舶輪機人員對柱塞、套筒的檢查、保養(yǎng)工作是被動的。通常說明書并未對維修保養(yǎng)的周期提出明確的期限，許多柴油機說明書中也僅僅是提“Basedonobservation”（基于觀察）決定其維修時機，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，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，其實無論新件或舊件，憑借船上的測量手段和工具都無法準(zhǔn)確測量出上述間隙，只能憑經(jīng)驗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”還是有必要按計劃地定期進行并加以記錄，通常在4～5年的一個周期里應(yīng)對所有高壓油泵的柱塞和套筒進行拆檢一次，即采用定時維修的方式，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、及時發(fā)現(xiàn)主機高壓油泵出現(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有前兆或各種不正常癥狀?；仡櫾撦啺l(fā)生故障的前前后后，也能充分證明這一點。根據(jù)故障征兆，及時地進行檢查與修理，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出現(xiàn)，亦未必每一項都表現(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。但作為一個善于分析、勤于動腦的輪機人員來說，平時多注意這些“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)。通常遇到主機不能正常啟動時，最先想到的總是控制系統(tǒng)（包括控制閥，調(diào)速器），然后是安全保護系統(tǒng)，最后才是燃油系統(tǒng)。根據(jù)實踐中對主機啟動這一部分故障的統(tǒng)計，燃油系統(tǒng)的概率也是最低的，一般不會因為某個油頭不好或某個油泵工作欠佳造成主機無法啟動，但同時應(yīng)該看到，近年來大部分船舶比較重視和定期對控制系統(tǒng)中的各個控制閥件加強檢查和養(yǎng)護，對啟動空氣系統(tǒng)的清潔和除濕也比較重視，相對發(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)。此時則應(yīng)首先鑒別是否有燃油進入氣缸。通常主機沖車，達到最低發(fā)火轉(zhuǎn)速后，油門會開啟或高壓油泵頂部的泄油閥會關(guān)閉，此時可打開某缸示功考克，檢查是否有油進入氣缸，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不到啟閥壓力。噴油器卡死可通過觸摸高壓油管的脈動狀況來加以判斷，而在實船上，很難判斷高壓油泵的出口壓力是否正常，必要時可將某一個油頭（可取主機最前端或最末端，以便拆裝和防護）的高壓油管拆離，另裝一個油頭（周圍加以防護），短暫啟動，觀察其是否能正常噴油［2］。五、日常維護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)濟損失甚至危及船舶的安全，日常維護中可以采用以下相關(guān)措施來加以防護。1、加強燃油的凈化處理。作為船舶，我們必須面對現(xiàn)實：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)范取樣和正確儲存外，盡可能做好燃油的凈化處理工作，把好燃油進入主機前的重要關(guān)口。分油要切實有效，濾器不應(yīng)有破損。2、認(rèn)真檢查各缸高壓油泵的運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，有計劃地定期拆檢各缸高壓油泵，將每次檢查結(jié)果詳細記入“輪機員維修記錄本”，如有異常，盡快電告公司，更換備件應(yīng)有詳細記錄。3、保證船舶留存?zhèn)浼渥?。按照船級社主要備件最少在船存量的要求，通常主機高壓油泵柱塞、套筒備件只需備用一套?？紤]到現(xiàn)實情況，適當(dāng)增加2～3套，日常工作中應(yīng)認(rèn)真清點備件存船情況，分清新、舊件，并將情況電告公司，以便統(tǒng)籌及時訂購供船。4、控制主機燃油進機溫度。燃油溫度通