李可順 孟維明 張存有

（大連海事大學(xué) 輪機工程學(xué)院 大連116026）

引 言

供油單元是船舶柴油機燃油供給系統(tǒng)的核心部分，可保證燃油以合適的壓力和粘度進入柴油機。若供油單元內(nèi)的設(shè)備無法正常工作，輕則影響燃燒及噴油設(shè)備壽命，重則可能引起柴油機減速甚至停車［1］。供油單元的供給泵通常有2臺，互為備用，在泵周期性維護保養(yǎng)良好的情況下，很少會出現(xiàn)2臺泵工作時同時壓力不足的現(xiàn)象。本文針對某船副機燃油供油單元中，2臺供給泵工作時出現(xiàn)壓力低的故障現(xiàn)象進行分析。

1 故障描述

某輪配有3臺W?rtsil? 4L20型副機，其供油單元系統(tǒng)詳見下頁圖1，主要部件包括輕重油轉(zhuǎn)換三通閥1個、粗濾器2只、供給泵（自動切換）2臺、全自動反沖洗濾器和旁通濾器（并聯(lián)）各1臺、流量計1 只、混油筒（帶自動排氣裝置）1 只、循環(huán)泵（自動切換）2 臺、燃油加熱器 2 臺、粘度控制系統(tǒng)1 套等。在2019年5月18日，集控室集中監(jiān)測報警系統(tǒng)發(fā)出“副機供油單元混油桶液位低”的聲光報警，當(dāng)值班機工趕到現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)液位已經(jīng)由原正常液位的1.1 m下降到了0.7 m，并有持續(xù)下降的趨勢。供給泵由于壓力過低已經(jīng)自動切換為備用，泵出口壓力值由正常值0.4 MPa左右降至0.2 MPa，并且反沖洗濾器不停進行反向沖洗，而且反沖洗濾器卡死不能轉(zhuǎn)動。

圖1 副機供油單元系統(tǒng)圖

2 故障排查與解決

利用故障樹分析法，列出可能導(dǎo)致頂端事件（F）發(fā)生的所有基本事件，逐一排查、糾正故障原因，避免故障現(xiàn)象再次發(fā)生。［1］

根據(jù)供油單元的工作原理，對可能引起該故障的原因由簡到難進行分析排查。

2.1 燃油供給源的檢查

正常工作時，副機使用燃用重油。根據(jù)混油桶液位低、供給泵壓力低等現(xiàn)象，首先能想到的是燃油供給源可能有問題（例如油柜沒油、油柜出口速閉閥因誤動作而關(guān)閉）。檢查油柜液位正常，出口閥處于正常開啟狀態(tài)，供油系統(tǒng)各閥門也處于正常開啟狀態(tài)。為進一步驗證不是燃油供給源的問題，將燃油三通轉(zhuǎn)換閥轉(zhuǎn)至輕油柜，但故障依然存在。為減少副機耗油，關(guān)停不重要的空調(diào)和廚房等用電設(shè)備，進而關(guān)停1臺發(fā)電機來延長供電時間，因此可以排除燃油供給源的故障。

2.2 燃油輸送管路檢查

如果燃油輸送管路中出現(xiàn)因油渣等雜質(zhì)堵塞管路，會導(dǎo)致因供油量不足、供油壓力低而使供給泵切換，在供給泵已經(jīng)切換的情況下，故障仍然沒有改善，混油桶液位還在緩慢下降。因此迅速派人將切換前的濾器打開清洗，發(fā)現(xiàn)濾器油位較低，上部為空氣，而正常應(yīng)該充滿整個濾器。與此同時，將反沖洗濾器轉(zhuǎn)至旁通濾器，并將反沖洗壓縮空氣關(guān)閉［2］。此時，混油桶液位不再下降，但仍未回升至正常液位，因此初步判斷故障原因可能是系統(tǒng)中有氣體進入混油桶?；煊屯坝捎趲в凶詣优艢庋b置，液位低了便會自動打開放氣，因而使混油桶的壓力降至近大氣壓。還有一路旁通，若自動排氣閥失靈可以手動開啟旁通。

將旁通打開之后，液位便逐漸回升。經(jīng)檢查，控制自動排氣閥的二位五通電磁閥發(fā)生故障而無法打開，故無法自動排氣。結(jié)合反沖洗濾器發(fā)生的一直反沖洗不停的故障，故判斷問題應(yīng)該出在反沖洗濾器上。

2.3 反沖洗濾器檢查

供油單元自清濾器所采用的是德國BOLL &KIRCH公司生產(chǎn)的6.62型自動空氣反沖洗濾器。該濾器能在不中斷過濾過程的情況下利用壓縮空氣對燭狀過濾組件進行自動反沖洗，具有較高的工作效率，從而使進入主機的燃油更加安全可靠。其主要由帶有二位五通電磁閥的氣動馬達、電接觸式的差動壓力指示器、濾器外殼、由燭狀濾芯組成的旋轉(zhuǎn)本體、帶有一個加熱腔（借助蒸汽循環(huán)加熱）的濾器底座、液位浮子開關(guān)和由壓縮空氣作為反沖洗介質(zhì)的自動排渣系統(tǒng)（主要包括閥桿機構(gòu)、活塞、空氣瓶）以及獨立于濾器自身、位于電源控制開關(guān)箱中的電力控制系統(tǒng)等組成。［3］

濾器在正常過濾的工作過程如下頁圖2所示。濾芯組件共4個濾芯，其中1個濾芯處于正常的工作狀態(tài)，另外3個濾芯在充滿潔凈燃油的濾器腔室內(nèi)處于備用位置。待過濾的燃油通過濾器本體上部的進口法蘭進入濾器腔室（圖中黑色箭頭所示）。待過濾的燃油從燭狀元件外部流向其內(nèi)部，在這一過程燃油中雜質(zhì)將會留在濾網(wǎng)的外表面。經(jīng)燭狀濾芯過濾后的清潔燃油流向位于濾器本體底部的燃油出口（圖中白色箭頭所示），繼而流入混油桶中。

濾器處于正常過濾狀態(tài)時，由二位五通電磁閥122供給的壓縮空氣使油渣泄放閥29關(guān)閉，同時來自于空氣瓶的壓力為7 bar（0.7 MPa）的壓縮空氣將被儲存在位于濾器本體上的空氣儲存瓶內(nèi)，為下一次自動反沖洗動作作準(zhǔn)備。

圖2 反沖洗濾器的正常過濾狀態(tài)

隨著燃油不斷地過濾，殘留在燭狀濾芯上的臟污、雜質(zhì)等將會使濾器進出口壓差逐漸增加，當(dāng)這個壓差達到預(yù)先設(shè)定定值時，則控制面板上的“正在沖洗”指示燈亮，二位五通電磁閥121斷續(xù)通電上位接通，控制空氣進入氣動馬達，排氣并進入大氣。馬達通過聯(lián)軸節(jié)帶動旋轉(zhuǎn)本體轉(zhuǎn)動，將待清洗濾芯轉(zhuǎn)向反沖洗腔室的位置，在轉(zhuǎn)動過程中將會通過限位開關(guān)（圖中未標(biāo)出）檢測旋轉(zhuǎn)本體位置。待沖洗濾芯到達反沖洗腔室時，限位開關(guān)將會送出濾芯轉(zhuǎn)換到位信號，濾器控制單元接收到這一信號后，立即使二位五通電磁閥121斷電下位通，控制空氣進入氣動馬達，馬達即刻剎車停轉(zhuǎn)。這時儲存在空氣儲存瓶里的壓縮空氣將對待清洗濾芯進行反沖洗。此時二位五通電磁閥122通電下位通，原先進入活塞29頂部的控制空氣將通過閥122放出，活塞29在其下部壓縮空氣的作用下上移，打開沖洗閥和排渣閥，使位于反沖洗腔內(nèi)的濾芯卸壓。在沖洗閥打開同時，儲存在空氣儲存瓶26里的壓縮空氣將通過專用管路進狀濾芯6，從濾芯內(nèi)部向濾芯外部對其進行反沖洗。從濾芯外側(cè)沖下的油泥、油渣等臟污將通過濾器下部排渣口和排渣閥排出，經(jīng)泄放管流入污油柜中。

在二位五通電磁閥122短暫的通電過后（二位五通電磁閥通電時間一般為8～20 s，并且是可調(diào)的），二位五通電磁閥122斷電上位通，控制空氣再次通過閥122進入閥桿機構(gòu)29的上面，使閥桿機構(gòu)29下移，關(guān)閉沖洗口和排渣口。一個反沖洗循環(huán)結(jié)束，控制板面上的“正在沖洗”指示燈熄滅，反沖洗濾器的反沖洗過程如圖3所示。

圖3 反沖洗濾器的反沖洗過程狀態(tài)

每個獨立濾芯腔室的頂部都有一個小孔（圖3中未標(biāo)出），用來給濾芯腔室充油。在一個反沖洗循環(huán)結(jié)束后，被沖洗的這個濾芯腔室內(nèi)的壓力跟一個大氣壓力相等，這時濾器內(nèi)處于過濾工作狀態(tài)的濾芯腔室內(nèi)壓力為4 bar（0.4 MPa）的燃油將會從其頂部的小孔流出，并通過剛剛進行反沖洗過程的濾芯腔室頂部的充油小孔流入已結(jié)束反沖洗操作的濾芯腔室，將殘留在濾器腔內(nèi)的空氣從其上部經(jīng)由浮子開關(guān)21控制的排氣閥排出。在濾芯腔室內(nèi)的空氣被完全排出后，浮子開關(guān)21又會重新在燃油的作用下浮起，從而關(guān)閉排氣閥，除氣過程結(jié)束。反沖洗后的濾芯腔室在充滿燃油后備用。濾芯腔室的充油時間一般設(shè)定為180 s，在濾芯腔室充油期間，下一個反沖洗程序?qū)绘i閉，不允許進行下一次反沖洗操作。

由上述分析可知，因為壓縮空氣壓力為0.7 MPa，大于供給泵的排出壓力0.4 MPa，所以壓縮空氣可以由氣瓶從正在排渣的濾器，經(jīng)過濾芯腔室的頂部小孔（圖3中未標(biāo)出），進入正在工作的濾芯，然后經(jīng)白色箭頭進入混油桶。但是這種情況通常是由于排渣管路堵塞、活塞關(guān)閉不嚴，從而導(dǎo)致排渣無法正常排出。在將通向泄放艙的最近一段法蘭拆開后，發(fā)現(xiàn)管路被油渣堵得嚴嚴實實。由于找到了問題所在，當(dāng)將排渣管路全部拆卸、疏通并復(fù)裝后，故障便得以解決。

3 故障總結(jié)

通過對故障現(xiàn)象所有基本事件的仔細排查，可以發(fā)現(xiàn)由于反沖洗濾器排渣管路平管太長，彎頭較多，離泄放艙過遠等設(shè)計不合理因素導(dǎo)致堵塞，使排渣口堵住，活塞無法落座關(guān)閉進氣口，油渣積存在本體將其卡住，無法轉(zhuǎn)動到指定位置，壓縮空氣不斷由流道充入反沖洗濾器，反向充入混油桶，同時混油桶自動放氣二位五通電磁閥卡在關(guān)閉位置無法開啟，從而導(dǎo)致混油桶液位不斷降低。

4 預(yù)防及管理建議

（1）經(jīng)常檢查自動放氣二位五通電磁閥的狀態(tài)。正常工作時，人為給二位五通電磁閥供電，若混油桶液位不變，壓力降低，同時伴隨供給泵排壓降低屬于正常，否則應(yīng)拆下進行修理或疏通。

（2）對原有管路經(jīng)常進行檢查疏通或重新改造設(shè)計。油渣的排出需要壓縮空氣提供排放動力，因此可以在排渣管路上另加一路供入壓縮空氣的管路作為附加動力源。這個動力源有兩個作用：一是在排放油渣時增加油渣流動的動力應(yīng)對較長距離導(dǎo)致的流體動力損失較大的問題；二是非排渣時間可以對排渣管路進行沖洗，減輕排渣時的壓力。另外，可以在反沖洗濾器和泄放柜之間額外加裝一個容量較小的緩沖柜，這樣可以將大部分的油渣留存在緩沖柜，而殘油繼續(xù)流入泄放艙。同時將水平管路改為有一定傾斜度的管路。

（3） 加強重質(zhì)燃油凈化處理。加強燃油在進入供油單元前的凈化處理，確保燃油在流入反沖洗濾器時盡可能含有較少的固體雜質(zhì)。如讓燃油在沉淀柜中靜置較長時間以使燃油中雜質(zhì)得到更好的沉淀，并及時通過沉淀柜排渣管排出沉積的油泥雜質(zhì)。還可以通過加強分油機的離心分離效果和提高燃油供給泵前后濾器的過濾效果，使進入反沖洗濾器的燃油更加干凈清潔。

（4）合理設(shè)置反沖洗時間。供油單元反沖洗濾器的反沖洗控制是由PLC控制系統(tǒng)進行控制的［4］。濾器實際反沖洗動作是靠壓差和設(shè)定時間來實現(xiàn)的，凡是條件先滿足即進行反沖洗。合理的沖洗周期能使濾器在較長時間處于無故障運行期。在重質(zhì)燃油質(zhì)量較差的情況下，可以適量縮短反沖洗的時間間隔，可以使濾器內(nèi)過濾的雜質(zhì)及時通過排渣系統(tǒng)排出濾器腔室。這樣，即使在輕重油轉(zhuǎn)換過程中存在油溫、粘度突變的情況下也不易使濾芯旋轉(zhuǎn)本體出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象，從而改善反沖洗濾器的工作條件，提高工作效率。［5］

5 結(jié) 語

副機是船舶關(guān)鍵設(shè)備之一，直接影響船舶安全，而燃油系統(tǒng)故障是其中的最常見故障，并且也是管理的重點。當(dāng)出現(xiàn)故障現(xiàn)象后，需要綜合考慮、分析各種可能的故障原因，仔細排查故障，確保船舶設(shè)備正常運行，保障船舶的安全。