何躍洋 廣東省佛山航道事務中心順德航標與測繪所

輪機一般是指將燃料轉(zhuǎn)變成有用功的內(nèi)燃式動力機械，可以理解為：在燃燒燃料的過程中，輪機將燃料本身具備的原始能量轉(zhuǎn)化為熱能。之后對熱能進行靈活運用，將之轉(zhuǎn)化為其他形式的能（如電能），最終定向供應其他設(shè)備。比如汽輪機是最常見的輪機，在燃燒燃料的過程中會產(chǎn)生熱量，作用于鍋爐并使其內(nèi)水分汽化，在有限空間內(nèi)逐漸形成壓力。這種壓力作用于汽輪機的葉輪并使其高速轉(zhuǎn)動，可以帶動發(fā)電機發(fā)電，也可以直接成為推動交通工具運行的動力。在現(xiàn)代船舶中，輪機的構(gòu)成比較復雜，且考慮到船舶日常使用期間的成本支出問題，有可能因使用劣質(zhì)燃油等原因?qū)е麓拜啓C出現(xiàn)故障。對技術(shù)人員而言，需要明確這些故障的產(chǎn)生原理，并采用針對性的方法予以解決。

1.船舶輪機的主要故障分類情況

船舶輪機發(fā)生故障時，主要表現(xiàn)為主機無法啟動、存在拉缸現(xiàn)象（因各種原因?qū)е職飧讐嚎s壓力降低且喪失動力性）、曲軸折斷等現(xiàn)象。盡管故障表象相同，但引發(fā)原因卻有很多種，首先應該做好分類工作。

1.1 基于故障直接原因的分類

（1）結(jié)構(gòu)性故障。代表性情況為：船舶的輪機如果是柴油機，則氣缸套上部的“凸起緣根”部分可能在設(shè)計時因忽略受力問題，或是因制造工藝不佳，最終導致該區(qū)域出現(xiàn)多發(fā)性裂紋，情況嚴重時甚至使整個缸套斷裂。

（2）工藝性故障。如果因輪機安裝質(zhì)量不佳，導致輪機運行期間出現(xiàn)軸系振動、軸承發(fā)熱、長時間磨損過度等情況，同樣會導致輪機故障。

（3）單純磨損性故障。輪機經(jīng)過長時間使用后，如果缺乏保養(yǎng)，則因磨損過度會導致活塞與氣缸之間的間隙越來越大，最終引發(fā)敲缸（輪機氣缸內(nèi)的壓力升高率如果遠遠超過正常范圍時，會出現(xiàn)類似金屬敲擊的聲音）、竄氣（輪機處于運轉(zhuǎn)工況時，可能出現(xiàn)部分可燃混合氣、燃燒產(chǎn)物等經(jīng)由活塞環(huán)，從原本所處的輪機氣缸內(nèi)竄入曲軸箱）等故障。

（4）管理性故障。輪機經(jīng)過較長時間使用后，正常情況下，需要對潤滑油的性質(zhì)進行檢驗，或是直接進行更換。但一些小型船舶管理人員可能受各種原因的影響，并未如期檢驗或更換潤滑油，導致滑油變質(zhì)之后，引起軸承合金熔化，最終引發(fā)重大故障。

1.2 基于技術(shù)性原因的分類

（1）磨損引發(fā)的故障。船舶輪機是一組機械設(shè)備，很多工件在運轉(zhuǎn)期間會相互接觸，由此極其容易導致運動部件磨損。隨著磨損程度的累積，在某一時刻造成的運動工件性能下降程度超過最大允許范圍時，便可能引起磨損性故障。如上文所述的氣缸套與活塞之間裂隙過大，進而引起的敲缸、竄氣等故障都屬于磨損引發(fā)的故障。此外，在輪機葉片、軸承長時間轉(zhuǎn)動的過程中，因磨損過度，必定令軸承間隙過大，這同樣是主要的磨損故障。

（2）腐蝕性相關(guān)故障。船舶輪機在長時間應用的過程中，使用的燃油或其他燃料中含有大量化學成分。這些成分在燃燒的過程中會生成一些具有腐蝕性的物質(zhì)。而某些成分相互之間發(fā)生化學反應，會對輪機造成電化學腐蝕、物理性腐蝕等。受此影響，輪機機組中的很多零部件的精度會逐漸下降，尺寸會逐漸偏離額定數(shù)值，甚至出現(xiàn)明顯的幾何形狀變化。代表性故障為：柴油機的氣缸套、活塞的冷卻水腔等都會受到電化學腐蝕。

（3）斷裂及老化性故障。輪機設(shè)備本身的制作工藝存在缺陷，如使用的材料在性質(zhì)方面存在均勻性不足、生產(chǎn)加工過程處理不當、應用后長時間承受過大載荷、受到較為強力的撞擊作用等，最終引起故障。這類故障的代表為：輪機的地腳螺栓可能因緊固程度不符合預期標準而在使用過程中突然發(fā)生斷裂；另一個常見的斷裂故障為：氣缸蓋長時間受氣缸內(nèi)部熱應力、機械應力的周期性作用，會導致蓋體陷入熱疲勞和（或）機械疲勞狀態(tài)，最終導致蓋體出現(xiàn)裂紋。老化性故障方面，隨著輪機設(shè)備使用時間的增加，加上受磨損、腐蝕等影響，會導致性能老化。比如輪機基座下方的活動墊塊經(jīng)過長時間使用后會發(fā)生老化，導致汽輪機的整體穩(wěn)定性下降等。

1.3 基于性質(zhì)原因的分類

上文所述的船舶輪機故障發(fā)生原因在一定程度上具有“不可避免性”，很難在使用過程中通過人為控制降低故障發(fā)生率。除此之外，如果按照性質(zhì)進行劃分，可進行如下分類：

（1）人為操作不當引發(fā)的故障。據(jù)武漢海事學校楊界教授的考證，船舶輪機的所有故障中，因船上操作人員或管理人員的操作不當、管理過失、安裝質(zhì)量不佳等因素引起的輪機故障占故障總數(shù)的80%以上。最常見的人為操作不當故障包括：①在主機滑油泵并沒有開啟的狀態(tài)下，提前啟動了輪機主機，造成的后果是輪機的軸瓦被火燒并腐蝕。②輪機軸承安裝情況、位置選擇等校驗精度不足，導致輪機處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)時出現(xiàn)軸系振動甚至是斷裂等故障。

（2）自然故障。有一些船舶長期在較為惡劣的水域環(huán)境中作業(yè)。受惡劣自然環(huán)境的影響，輪機機組整體結(jié)構(gòu)、部分材料會逐漸發(fā)生惡性變化，最終引起多種故障。這類自然故障還可以進行進一步分類。比如輪機的正常磨損、老化等均會呈現(xiàn)出一定的自然規(guī)律，根據(jù)使用時間、自然環(huán)境等可以大致判斷對應故障的發(fā)生幾率。如果輪機機組設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計、制作材料本身存在缺陷，則在惡劣自然環(huán)境下，故障的發(fā)生會脫離正常規(guī)律，極有可能在無任何征兆下突然發(fā)生。引發(fā)這類突發(fā)性故障的根本原因在于：多種不利的自然因素以及某種作用（如撞擊）突然出現(xiàn)并共同作用于輪機設(shè)備時，產(chǎn)生的作用力超過了設(shè)備能夠承受的極限值，進而使故障突然發(fā)生。比如輪機螺旋槳槳葉折斷、輪機主機突然停車、輪機舵機的轉(zhuǎn)舵控制系統(tǒng)突然失靈等。

2.應對船舶輪機主要故障的有效策略

2.1 船舶輪機故障形成原因和故障發(fā)生前的征兆

除了少數(shù)突發(fā)性故障之外，絕大多數(shù)船舶輪機故障的發(fā)生都具有一定的規(guī)律性，只要理清內(nèi)因機理，掌握故障發(fā)生前的某些征兆，便可以實現(xiàn)對故障進行提前預判，進而做好防范措施。

2.1.1 故障形成的內(nèi)因機理

①包含磨損、腐蝕、設(shè)備疲勞等自然因素是不可避免的。這類因素會令輪機機組設(shè)備中的某些零部件在尺寸、質(zhì)量、外部形態(tài)等方面出現(xiàn)變化，屆時會導致輪機的工作狀態(tài)偏離正常運行模式，最終引發(fā)故障。

②輪機使用過程中并沒有嚴格遵照相關(guān)規(guī)程進行操作，甚至因各種原因出現(xiàn)違規(guī)操作，最終引發(fā)故障。最常見的情況是，輪機主機處于備車狀態(tài)時，船上人員并沒有對輪機主機進行充分的潤滑，且沒有及時檢查并更換機油，最終造成機油數(shù)量不符合相關(guān)標準，甚至出現(xiàn)機油變質(zhì)，最終導致輪機主機、氣缸等設(shè)備內(nèi)部的流通阻力大幅度增加，最終引發(fā)機械故障。

③輪機的日常維護過程中，由于對很多工件的維修質(zhì)量不高，最終會引發(fā)故障。比如按照正常要求，輪機設(shè)備的定期維護必須依次經(jīng)過分解、清洗、檢驗、修理、裝配共計6個環(huán)節(jié)，每一個環(huán)節(jié)都對應特定的技術(shù)要求。

總體而言，船舶輪機維修人員必須掌握輪機發(fā)生故障的內(nèi)因，之后制定針對性的處理方案，可在很大程度上降低故障發(fā)生率。

2.1.2 故障出現(xiàn)前的征兆

除了內(nèi)因之外，對一些故障出現(xiàn)前呈現(xiàn)出的征兆進行全面了解，可提前做好準備，或是在故障突然發(fā)生時能夠在第一時間判斷出故障生成的原因，并進行針對性處理。代表性的故障發(fā)生前兆表現(xiàn)為：①輪機的工作狀態(tài)突然出現(xiàn)異常，比如輪機主機的轉(zhuǎn)速在短時間內(nèi)迅速增加或是減少，熄火后無法再次啟動，潤滑油泵出口處的壓力在無任何工況變化的情況下驟然降低等。②設(shè)備在運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)前所未見的非正常聲響。造成這類異常聲響的原因包含敲缸故障、軸套松動故障、增壓器處于異常工況等。無論是否確認故障類型，技術(shù)人員都應立刻停止船舶輪機主機運行，之后進行檢查（如果故障程度較輕，可不完全停車，而是降低輪機轉(zhuǎn)動速度），決不能予以忽略。③輪機排煙的顏色發(fā)生異常變化，比如發(fā)黑、發(fā)藍、發(fā)白等。三種異常顏色變化對應的故障分別為有部分潤滑油竄到氣缸、燃料燃燒不完全、燃料（特指油料）中混入了水。

2.2 船舶輪機主要故障的模式和故障發(fā)生規(guī)律

故障模式的分布特點與故障分類相關(guān)，本段不再贅述，只圍繞故障的發(fā)生規(guī)律進行分析。船舶輪機屬于一般性質(zhì)的機械設(shè)備，故障發(fā)生率與時間相互相應，可以形成多種壽命特征曲線。具體如下：

（1）輪機零部件的常見故障率曲線。如圖1所示，零部件的故障發(fā)生率曲線整體呈現(xiàn)出“浴盆”形態(tài)。具體而言：輪機設(shè)備剛剛裝在船舶之后，初期運行時，由于零部件之間的熟悉程度不高，相互之間需要經(jīng)過一段時間的適應，故早期故障發(fā)生率較高。經(jīng)過一段時間的應用之后，幾乎所有零部件之間已經(jīng)彼此適應，相互之間的配合也漸入佳境，故如果船舶運行時沒有遭遇突發(fā)情況，故障發(fā)生率整體較低。隨著使用期限的大幅度增加，零部件的磨損日益嚴重，故障發(fā)生率會逐漸增加。早期發(fā)生的故障多由輪機整體設(shè)計和零部件制造存在缺陷而引發(fā)，此時發(fā)現(xiàn)故障需立刻更換零部件。中期偶發(fā)故障時應該明確故障成因并進行針對性解決，后期故障處理與前期一樣，需要更換磨損嚴重的零部件。

圖1 船舶輪機零部件壽命-故障曲線圖

（2）其他故障率曲線。輪機使用期間，還存在5種較為常見的故障率曲線，如圖2所示，從a到e對應的情況分別為：①故障率維持恒定會略微增加，有明顯磨損期。②故障率增長緩慢，無明顯磨損期。③故障率出廠時較低，但會經(jīng)過一段時間的急速增加，之后會進入緩慢增長期，無明顯磨損期。④故障率全周期內(nèi)恒定，零部件質(zhì)量極好，僅僅會因偶然因素引發(fā)故障。⑤設(shè)備初期有較高故障率，之后會急速下降，最后進入恒定緩慢增長的狀態(tài)，無明顯磨損期。

圖2 船舶輪機整體運行其他故障率曲線

3.結(jié)語

對船舶輪機維修人員來說，需要掌握輪機多種零部件的故障率變化情況，結(jié)合各類型故障的發(fā)生內(nèi)因，在故障發(fā)生時及時判斷故障成因，并通過更換零部件的方式迅速排除故障，使船舶在行駛過程中依然維持正常工況，避免陷入危險境地。