袁慧五,萬勇輝

(1.92571部隊，海南三亞 572021；2.91458部隊裝備部,海南三亞 572021)

某船用柴油機竄氣故障分析與排除

袁慧五1,萬勇輝2

(1.92571部隊，海南三亞 572021；2.91458部隊裝備部,海南三亞 572021)

針對某船用柴油機出現(xiàn)的竄氣故障，通過運用油液分析技術(shù)準(zhǔn)確判斷出竄氣故障的原因和故障部位，在結(jié)合實際情況的基礎(chǔ)上，選用了一種新型柴油機維修技術(shù)——金屬磨損自修復(fù)技術(shù)，對竄氣故障進行了不拆解修理，并運用油液分析技術(shù)對維修效果進行評判，發(fā)現(xiàn)利用金屬磨損自修復(fù)技術(shù)修理柴油機磨損故障效果良好，具有較好的應(yīng)用前景。

竄氣；柴油機；油液分析；自修復(fù)

柴油機竄氣一般分為2種，第一種竄氣是活塞環(huán)竄氣和汽缸墊、缸體、缸蓋間竄氣?；钊h(huán)竄氣是由于缸套與活塞環(huán)之間間隙過大，以致活塞環(huán)張力不夠緊貼缸套，所以柴油機在壓縮沖程中有混合氣從活塞環(huán)間隙中“竄”到曲軸箱，因此，通常又叫曲軸箱竄氣；第二種竄氣是汽缸墊老化、缸體、缸蓋腐蝕引起的缸蓋和缸體之間的密封不嚴(yán)，導(dǎo)致壓縮氣體從間隙竄到缸蓋、缸體周圍的冷卻水道、油道[1]。竄氣是柴油機的一種比較危險的故障，輕則造成柴油機燒潤滑油、冒黑煙、功率不足；重則增大曲軸箱壓力，使?jié)櫥蛷暮粑字袊姵?，柴油機潤滑急劇性惡化，極易造成曲軸損壞、活塞抱缸的惡性事故。

1 故障現(xiàn)象

某船機艙有2臺型號為12V150柴油機，分別為左主機和右主機，服役多年，近期發(fā)現(xiàn)左主機在運行時從油尺口冒出大量的煙，10 min內(nèi)整個機艙都被煙籠罩，冷卻水溫度和潤滑油溫度有所升高，潤滑油消耗量增加、黏度也變大，初步診斷為活塞環(huán)竄氣故障。

2 原因分析

一般來說，柴油機發(fā)生活塞環(huán)竄氣可能原因主要有4種[2]。

1)燃燒不良，性能惡化，潤滑油由于高溫空氣的存在及金屬的催化作用，易發(fā)生氧化反應(yīng)生成積碳，當(dāng)燃料不完全燃燒時，會將燃料由氣態(tài)還原為液態(tài)，將燃燒室內(nèi)煙炱、活塞及活塞環(huán)內(nèi)的積碳沖下，竄入曲軸箱。

2)配氣相位不準(zhǔn)，這類問題一般發(fā)生在新柴油機使用初期，而該柴油機已經(jīng)使用多年，故這種可能可以排除。

3)潤滑油質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)，主要是潤滑油中所含水分過多、黏度過高或過低等，這些現(xiàn)象長期存在時會導(dǎo)致柴油機竄氣。

4)活塞環(huán)與汽缸密封性差，柴油機工作都是靠吸入混合氣后壓縮，然后點燃做功產(chǎn)生動力，從壓縮到燃燒都會產(chǎn)生很高的壓力，被壓縮的氣體會從活塞和缸體縫隙、活塞環(huán)開口、活塞環(huán)和缸體縫隙等地方竄入曲軸箱，當(dāng)長期使用時，活塞環(huán)容易出現(xiàn)嚴(yán)重磨損、彈力減弱、內(nèi)部結(jié)膠和折斷等事故，汽缸容易出現(xiàn)嚴(yán)重磨損、裂紋、拉缸和穴蝕等故障，這些故障原因都是導(dǎo)致活塞環(huán)與汽缸密封性差的原因之一。

為了準(zhǔn)確定位竄氣故障的具體原因和故障部位，需要對柴油機潤滑油進行系統(tǒng)的油液分析。首先對左主機進行了水分分析和運動黏度分析，利用快速水分儀對潤滑油含水量進行分析，未發(fā)現(xiàn)其中含水；采用S—FLOW850型自動黏度計測試2臺柴油機潤滑油在100 ℃時的運動黏度，發(fā)現(xiàn)左主機和右主機潤滑油黏度測量值分別為15.32 mm2/s和13.98 mm2/s，右主機比左主機潤滑油運動黏度僅低8.7%；另外同一批潤滑油分別加入2臺柴油機中，只有左主機出現(xiàn)明顯的竄氣故障，說明潤滑油質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)這種可能也可以排除。

為了便于比較，采用超譜M型發(fā)射光譜儀對2臺柴油機潤滑油磨損元素含量進行分析，得到監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1。

表1 2臺柴油機潤滑油磨損元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)監(jiān)測表 μg/g

由光譜分析數(shù)據(jù)知：與右主機相比，左主機鐵元素的含量嚴(yán)重超標(biāo)，達到112.58 μg/g，通過查閱該型柴油機各摩擦件的金屬組成，發(fā)現(xiàn)鐵元素主要存在于活塞環(huán)和缸套，說明故障原因可能是活塞環(huán)和缸套之間因存在嚴(yán)重的磨損而導(dǎo)致密封的不嚴(yán)。

3 處理方法及效果

在第一次修理左主機期間，首先拆檢了該柴油機活塞環(huán)和汽缸套，發(fā)現(xiàn)它們均存在較嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象，這與油液分析結(jié)果相符；另外在對柴油機曲軸箱進行解體分析時，未發(fā)現(xiàn)有積碳存在，故可以排除燃燒不良的原因，因此可以肯定左主機竄氣故障原因主要是活塞環(huán)與缸體密封不嚴(yán)。

由于該船已服役多年，這種型號的柴油機缸套原產(chǎn)廠家已經(jīng)停止生產(chǎn)，市場上想要購買非常困難且價格昂貴，但活塞環(huán)比較容易購買，故只能先采用更換活塞環(huán)的辦法對其進行修理，組裝完成后還更換了柴油機的潤滑油，但是當(dāng)柴油機再次運行時發(fā)現(xiàn)竄氣故障依然存在，于是我們采取了一種新型柴油機維修方法——金屬磨損自修復(fù)技術(shù)。

金屬磨損自修復(fù)技術(shù)是在機械設(shè)備不解體的情況下，利用機械設(shè)備自身摩擦副磨擦?xí)r產(chǎn)生的能量，動態(tài)完成金屬磨損部位的自修復(fù)、強化和改性[3]。維修中選用某公司生產(chǎn)的一種陶瓷基自修復(fù)材料，將其按照一定比例加入柴油機潤滑油中，運行6 h后，發(fā)現(xiàn)柴油機竄氣故障消失，說明這種陶瓷基自修復(fù)材料對因活塞和缸套磨損而引起的竄氣故障維修效果良好。

同時為了評價陶瓷基自修復(fù)材料是否對潤滑油本身性能產(chǎn)生影響，分別運用發(fā)射光譜分析技術(shù)對添加自修復(fù)材料前和添加自修復(fù)材料并運行50 h后的潤滑油、以及自修復(fù)材料進行分析，得到光譜分析數(shù)據(jù)見表2；采用自動黏度計和精密水分分析儀對添加自修復(fù)材料前后潤滑油黏度和水分含量這2個物理指標(biāo)進行分析，得到監(jiān)測數(shù)據(jù)見表3。

由表2數(shù)據(jù)可知：添加自修復(fù)材料并運行50 h后，潤滑油中元素含量明顯增加的是硅元素，其次鐵元素略有增加，其余元素變化不大，其中硅元素

表2 添加自修復(fù)材料前、后潤滑油和自修復(fù)材料光譜分析數(shù)據(jù) μg/g

明顯增加的原因是陶瓷基自修復(fù)材料中含有較多的硅元素，且達到824.7 μg/g。由表3數(shù)據(jù)可知：添加自修復(fù)材料前后柴油機潤滑油黏度和含水量這2個物理指標(biāo)變化不大。綜合以上監(jiān)測數(shù)據(jù)可知：陶瓷基自修復(fù)材料對潤滑油本身的潤滑性能并不產(chǎn)生明顯的影響。

表3 添加自修復(fù)材料前、后潤滑油物理指標(biāo)

4 結(jié)束語

通過柴油機竄氣故障排除過程，可總結(jié)經(jīng)驗如下：①利用金屬磨損自修復(fù)技術(shù)對柴油機因活塞環(huán)和缸套磨損導(dǎo)致的竄氣故障進行不拆解修理，不僅維修效果好，而且能夠節(jié)約維修時間和成本；在柴油機磨損故障維修中金屬磨損自修復(fù)技術(shù)具有良好的應(yīng)用效果和廣闊的應(yīng)用前景；②利用油液分析技術(shù)能夠獲得所監(jiān)測裝備的潤滑和磨損狀態(tài)信息，從而確定其故障原因和故障部位，還能夠?qū)S修后的裝備運行狀態(tài)進行評估。

[1] 徐留常. B22型機冷車車載柴油機曲軸箱竄氣的原因分析與預(yù)防措施[J]. 內(nèi)燃機, 2013(1): 54-56.

[2] 郭中華, 宋靈玲, 覃震冰. 12V135AZD型柴油機曲軸箱竄氣的檢測及解決方法[J]. 柴油機, 2004(1): 53-54.

[3] 楊鶴, 張正業(yè), 李生華,等. 金屬磨損自修復(fù)技術(shù)的X光電子能譜研究[J]. 光電子與光譜分析, 2005, 25(6): 945-948.

Aiming at gas leakage in a marine diesel engine,the reason and fault location of gas leakage were judged by oil monitoring technology.On the basis of the actual situation,the maintenance technology of metal wear self-repairing is selected to repair the gas leakage through non-disassembly.The effect of repair is evaluated by oil monitoring technology.What's more,it has been found that metal wear self-repairing technology can achieve good result in repairing the diesel engine wear fault,which has a good prospect in application.

gas leakage;diesel engine;oil monitoring;self-repairing

袁慧五(1982-)，男，湖北武漢人，工程師，博士，主要從事艦船裝備故障監(jiān)測與故障維修工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.03.008

2015-12-01