榮 健

（4808工廠威海修船廠，山東 威海 264200）

1 故障現(xiàn)象

該船主機(jī)為2 臺(tái)TBD604BL6 型柴油機(jī)，帶廢氣渦輪增壓器和中冷器，額定轉(zhuǎn)速1 800 r/min，額定功率637 kW，額定工況下的排氣溫度不超過(guò)520 ℃。配套推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)軸功率為586 kW（柴油機(jī)轉(zhuǎn)速1 800 r/min 時(shí)）。海試時(shí)左主機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1 750 r/min 和1 800 r/min 時(shí)，雖然排氣溫度未超過(guò)說(shuō)明書規(guī)定的520 ℃，但與之前正常狀態(tài)下使用時(shí)的排氣溫度相比，高約70 ℃，并且排氣時(shí)冒黑煙，曲軸箱呼吸器向外冒水蒸氣，檢查滑油已變質(zhì)。對(duì)兩艉軸進(jìn)行軸功率測(cè)量，發(fā)現(xiàn)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)軸功率均超出設(shè)計(jì)軸功率，其中左軸大于右軸。右主機(jī)除軸功率超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)外其他無(wú)不正常表現(xiàn)。2 臺(tái)主機(jī)在1 750 r/min 和1 800 r/min 時(shí)測(cè)量的排氣溫度和艉軸功率見(jiàn)表1。

表1 2臺(tái)主機(jī)在1 750 r/min和1 800 r/min時(shí)測(cè)量的排氣溫度和艉軸功率

2 故障原因分析

2.1 故障樹(shù)

在船舶推進(jìn)系統(tǒng)中，船、機(jī)、槳三者相互關(guān)聯(lián)。主機(jī)排氣溫度高，可能是柴油機(jī)本身的燃燒質(zhì)量問(wèn)題，也可能是船體的航行阻力偏離了設(shè)計(jì)工況，造成在同樣的主機(jī)轉(zhuǎn)速下負(fù)荷增加，還有可能是傳動(dòng)軸系功率消耗增加而帶來(lái)附加負(fù)荷。因此，針對(duì)故障特征綜合所有有用信息，從船體、軸系及螺旋槳、柴油機(jī)3個(gè)方面進(jìn)行分析，并依據(jù)“先易后難”“先可能性大的后可能性小的”的原則進(jìn)行逐步排查。根據(jù)一般原理，列出故障樹(shù)，作為分析故障的總綱，主機(jī)排氣溫度高的故障樹(shù)見(jiàn)圖1。

圖1 主機(jī)排氣溫度高的故障樹(shù)

2.2 船體因素分析

船體在設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)與螺旋槳的配合形成了主機(jī)的推進(jìn)特性。一般推進(jìn)特性在柴油機(jī)最高轉(zhuǎn)速時(shí)，功率接近其外特性該轉(zhuǎn)速下的最大功率，但仍保留一定的功率裕度。但如果船體外板變形，對(duì)于雙體船還包括2個(gè)片體不對(duì)稱等，就會(huì)使船體型線發(fā)生改變，使實(shí)際推進(jìn)曲線偏離原設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致需求功率偏大，造成主機(jī)超負(fù)荷，排氣溫度升高。修理前，船體損壞極有可能造成船體外板和片體變形。修理時(shí)若在船排上不適當(dāng)擱置或坐排時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，也可能造成船體外板變形。船在碼頭停靠時(shí)間長(zhǎng)，易長(zhǎng)出海生物，造成船體阻力增加。因此設(shè)計(jì)時(shí)通?？紤]污底狀況，并預(yù)留功率儲(chǔ)備。本次修理時(shí)船體外板均進(jìn)行了清理和重新涂裝，下水后在碼頭?？繒r(shí)間短，因此船體污底這個(gè)因素可以忽略。

2.3 軸系及螺旋槳因素分析

軸系主要包括艉軸及艉軸軸承，為方便起見(jiàn)，將齒輪箱和螺旋槳也放在軸系中一起分析。軸系布置示意圖如圖2所示。主機(jī)通過(guò)橡膠聯(lián)軸器與齒輪箱直接連接，齒輪箱與艉軸通過(guò)法蘭與緊配螺栓連接固定。艉軸通過(guò)2只賽龍軸承支撐在艉軸管內(nèi)，前賽龍軸承前裝有SMB170 型艉軸密封裝置。直徑1 347 mm的5葉螺旋槳通過(guò)緊固螺母和半圓鍵與艉軸錐面配合安裝。

圖2 軸系布置示意圖

該系統(tǒng)中的螺旋槳是直接負(fù)載，決定了主機(jī)的推進(jìn)工況負(fù)荷。螺旋槳如果發(fā)生槳葉變形、螺距偏大、異物纏繞等，其需求功率會(huì)增加，從而使相同轉(zhuǎn)速下柴油機(jī)負(fù)荷增大，排氣溫度升高。螺旋槳螺距偏大，有可能是制造出廠時(shí)就存在，也可能是使用過(guò)程中引起變形，需要拆卸測(cè)量后方能確定。異物纏繞一般是在航行過(guò)程中有漁網(wǎng)等細(xì)長(zhǎng)柔性物體被旋轉(zhuǎn)的螺旋槳絞入，只要通過(guò)水下或上排檢查就能發(fā)現(xiàn)。軸線對(duì)中不良、艉軸軸承損壞或配合間隙不合適、艉軸本身變形彎曲等均會(huì)產(chǎn)生較多的功率損失，使需求功率增加，主機(jī)超負(fù)荷，排氣溫度高。

一般情況下，齒輪箱的工作狀態(tài)對(duì)于主機(jī)的負(fù)荷變化沒(méi)有大的影響，但如果軸承和傳動(dòng)齒輪發(fā)生損壞，也會(huì)影響到功率傳遞，可能造成功率消耗增加從而增大柴油機(jī)的負(fù)荷，這種情況可通過(guò)分析運(yùn)轉(zhuǎn)聲音和測(cè)量溫度來(lái)判斷。

哦，他說(shuō)得很有道理，想求真情真愛(ài)，首先要把愛(ài)的立足點(diǎn)建立在對(duì)方身上，自己奉獻(xiàn)再多，最終還離不開(kāi)這個(gè)“我”字，怎么讓別人無(wú)私地愛(ài)自己呢？對(duì)，人想活得比一般人更有意義，必須讓自己的思想脫俗……對(duì)，對(duì)，古為今用，傳統(tǒng)文化所包含的深刻的人生哲理，的確值得我們借鑒……想著想著，不知不覺(jué)便向老人頻頻點(diǎn)起頭來(lái)。忽然又有難題涌上心頭，說(shuō)道：“可是，婚前的戀愛(ài)路子已經(jīng)走錯(cuò)了，既然夫妻過(guò)不來(lái)，就得打離婚的譜?！?/p>

2.4 柴油機(jī)因素分析

柴油機(jī)排氣溫度高，如果不是因?yàn)檩敵鲐?fù)荷增加，則需要從柴油機(jī)自身分析原因。排氣溫度異常偏高，歸根結(jié)底是氣缸內(nèi)燃燒不正常，應(yīng)從影響可燃混合氣空氣系統(tǒng)和燃油系統(tǒng)分別進(jìn)行分析。該型柴油機(jī)是增壓中冷型，空氣系統(tǒng)包括空氣濾清器、增壓器、中冷器、進(jìn)氣流道、燃燒室、配氣定時(shí)等。其中空氣濾清器臟污阻塞、增壓器效率低、中冷器冷卻不足或阻力大均會(huì)造成空氣供給不足，而在相同的功率輸出需求下，需要額外增加供油量，使混合氣濃度加大，從而產(chǎn)生排氣溫度高、冒黑煙的現(xiàn)象。進(jìn)氣流道包括進(jìn)氣管和氣缸蓋內(nèi)空氣腔，這部分一般情況下不會(huì)有問(wèn)題，但本故障的表現(xiàn)之一是呼吸器透氣管出口處冒水蒸氣，滑油已乳化變質(zhì)，說(shuō)明有水進(jìn)入了滑油中，由于氣缸蓋內(nèi)既有空氣道又有水腔，因此需要重點(diǎn)排查。燃燒室密封不嚴(yán)（氣閥關(guān)閉不嚴(yán)、活塞環(huán)異常漏氣等）和配氣定時(shí)偏差均會(huì)影響氣缸內(nèi)柴油的燃燒質(zhì)量，造成后燃等，從而排氣溫度升高。

燃油系統(tǒng)的影響因素主要包括燃油品質(zhì)、噴油器和噴油泵故障與噴油時(shí)間不合適等，其中又以噴油器霧化不良、噴孔阻塞故障最為常見(jiàn)。而每次修理時(shí)噴油提前角均需要檢查調(diào)整到最佳值，超前或延后均可能造成燃燒不良。

3 故障排查和處理

由于對(duì)船體和軸系的全面檢查只能在排上進(jìn)行，所以先對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行檢查，然后再上排對(duì)船體和軸系進(jìn)行檢查。

3.1 柴油機(jī)的排查和處理

TBD604BL6 型柴油機(jī)是直列6 缸、渦輪增壓，各缸的排氣管連接到一根總排氣管上，然后與渦輪增壓器連接。柴油機(jī)排氣溫度從增壓器后排煙管通過(guò)熱電偶測(cè)量，沒(méi)有單缸排氣溫度測(cè)量接口，也沒(méi)有單缸爆炸壓力的測(cè)量接口，難以判斷單缸工作狀態(tài)。影響柴油機(jī)排氣溫度的因素很多，根據(jù)原因分析，按照由外及內(nèi)、先易后難的原則逐一進(jìn)行排查，結(jié)果如下。

1）檢查左主機(jī)噴油器霧化狀態(tài)、開(kāi)啟壓力和泄漏情況，均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2）檢查左主機(jī)供油始點(diǎn)（提前角）、氣閥間隙和配氣定時(shí)，均符合要求。

3）拆下噴油泵到試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)檢查，供油始點(diǎn)、供油時(shí)間間隔、各轉(zhuǎn)速供油量均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，出油閥密封試驗(yàn)無(wú)泄漏。

4）檢查空氣濾芯，臟污情況正常；檢查增壓器轉(zhuǎn)子軸向間隙和徑向間隙正常，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)靈活無(wú)卡滯。

5）檢查左主機(jī)中冷器空氣側(cè)和海水側(cè)，并與右主機(jī)對(duì)比無(wú)異常臟污，測(cè)量空冷器海水進(jìn)出口溫差并與右主機(jī)對(duì)比，均正常。

6）檢查左主機(jī)活塞和活塞環(huán)，磨損狀態(tài)、開(kāi)口間隙和環(huán)槽間隙均正常。

7）2 臺(tái)主機(jī)同時(shí)由一個(gè)燃油艙供油，燃油品質(zhì)不會(huì)影響正常燃燒。

8）由于主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)存在曲軸箱呼吸器向外冒水蒸氣的現(xiàn)象，因此判斷是滑油中含有水，油底殼內(nèi)滑油已乳化變質(zhì)也說(shuō)明了這一點(diǎn)。而滑油中的水是機(jī)器冷卻水泄漏所致。因此，在各部件拆卸檢查之前，對(duì)左主機(jī)冷卻水系統(tǒng)做熱態(tài)整體密性試驗(yàn)。柴油機(jī)開(kāi)車運(yùn)行至淡水溫度升至60 ℃后停車，進(jìn)行0.5 MPa 壓力試驗(yàn)（超過(guò)工作時(shí)冷卻水壓力），水壓無(wú)下降，檢查氣缸套、機(jī)體各水腔均沒(méi)有漏水跡象。于是懷疑氣缸蓋或氣缸套有裂紋，這種裂紋在靜態(tài)時(shí)并不泄漏，在主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)因承受高溫、高壓交變載荷和振動(dòng)導(dǎo)致裂紋變大出現(xiàn)泄漏。拆卸后對(duì)每一個(gè)氣缸蓋、氣缸套進(jìn)行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)第4缸氣缸蓋進(jìn)氣閥位置顏色與其他缸不同，似有黃色水痕銹跡，進(jìn)氣閥水痕見(jiàn)圖3。檢查第4缸氣缸套內(nèi)壁殘留的滑油已變質(zhì)為黑色黏稠狀，其他缸內(nèi)殘留的滑油顏色形態(tài)正常。對(duì)第4缸氣缸蓋進(jìn)行分解，拆下進(jìn)、排氣閥后，目測(cè)發(fā)現(xiàn)氣缸蓋進(jìn)氣閥座內(nèi)有疑似裂紋，經(jīng)著色探傷確認(rèn)存在一條約30 mm 長(zhǎng)的裂紋，氣缸蓋探傷裂紋見(jiàn)圖4。

圖3 進(jìn)氣閥水痕

圖4 氣缸蓋探傷裂紋

為進(jìn)一步確認(rèn)該裂紋在靜態(tài)時(shí)不會(huì)發(fā)生泄漏，在車間對(duì)該氣缸蓋單獨(dú)進(jìn)行密性試驗(yàn)，采用冷水、熱水、壓縮空氣以及提高試驗(yàn)壓力等措施，均未發(fā)現(xiàn)氣缸蓋泄漏。由此證實(shí)該裂紋只有在工作狀態(tài)下才會(huì)漏水，于是對(duì)第4 缸氣缸蓋進(jìn)行了更換。

對(duì)柴油機(jī)的檢查，除發(fā)現(xiàn)1 個(gè)氣缸蓋有裂紋在工作狀態(tài)下漏水之外，其他均正常。漏水是從氣缸蓋進(jìn)入燃燒室，有一部分以水蒸氣形式混入空氣中燃燒，對(duì)柴油機(jī)燃燒質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生一定影響。由于只有一個(gè)氣缸漏水并且該缸仍處于正常發(fā)火的工作狀態(tài)，因此影響有限，不至于造成柴油機(jī)排氣溫度過(guò)高且冒黑煙。因此，在水下進(jìn)行必要的檢查后，決定將船上排，對(duì)船體和軸系及螺旋槳作進(jìn)一步的檢查。

3.2 軸系及螺旋槳排查和處理

船在水下時(shí)，采用轉(zhuǎn)矩扳手測(cè)量2 條艉軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行比較檢查。測(cè)量結(jié)果顯示，左軸轉(zhuǎn)矩303 N·m，右軸轉(zhuǎn)矩270 N·m，相差33 N·m，該測(cè)量結(jié)果與海試時(shí)軸功率測(cè)量結(jié)果相符，說(shuō)明左艉軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩偏大，軸功率也偏大。上排后，采用轉(zhuǎn)矩扳手再次測(cè)量艉軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，左軸轉(zhuǎn)矩375 N·m，右軸轉(zhuǎn)矩355 N·m，相差20 N·m。外觀檢查螺旋槳無(wú)異物纏繞，拆出左艉軸檢查，發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及采取的措施如下。

1）校直艉軸。采用兩支點(diǎn)測(cè)量艉軸螺旋槳安裝軸頸和艉軸前端法蘭安裝軸頸的徑向跳動(dòng)，發(fā)現(xiàn)2 處軸頸徑向跳動(dòng)均為0.40 mm，遠(yuǎn)超出修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)0.08 mm 的要求。軸端徑向跳動(dòng)超標(biāo)，對(duì)支撐軸承產(chǎn)生附加力，軸承摩擦力增大，軸功率也增大。采取敲擊法校直艉軸，使艉軸各軸頸徑向跳動(dòng)量達(dá)到規(guī)定要求。

2）軸系對(duì)中。脫開(kāi)齒輪箱輸出法蘭與艉軸前端法蘭，采用平軸法測(cè)量2只法蘭的對(duì)中值。經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)艉軸前端法蘭比齒輪箱輸出法蘭中心高0.70 mm。艉軸抽出后，以齒輪箱輸出法蘭中心為艏基準(zhǔn)點(diǎn)，后賽龍軸承中心為艉基準(zhǔn)點(diǎn)，采用拉鋼絲線法測(cè)量左軸系中心線。經(jīng)測(cè)量檢查，發(fā)現(xiàn)前賽龍軸承中心線比理論中心線高0.80 mm，其值與平軸法測(cè)量值基本一致，超出技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)0.20 mm的要求。檢查發(fā)現(xiàn)前賽龍軸承下部存在明顯磨損跡象，與前賽龍軸承中心線比理論中心線高相吻合。艉軸安裝中心線產(chǎn)生偏差，使軸承負(fù)荷不均勻并產(chǎn)生附加力，艉軸與賽龍軸承摩擦力增大，消耗功率增加。為了消除軸系對(duì)中偏差，采取抬高主機(jī)和齒輪箱的措施，使軸系對(duì)中符合要求。

3）測(cè)量螺距。對(duì)螺旋槳螺距進(jìn)行測(cè)量，總平均螺距相對(duì)設(shè)計(jì)值高出3.4%，超出修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于1.0%的要求。螺旋槳螺距越大，同樣轉(zhuǎn)速下推進(jìn)功率越大，柴油機(jī)負(fù)荷就越大。經(jīng)檢查，螺旋槳除螺距偏大外，其余均正常。考慮到船舶受損前使用正常，且已查出軸系問(wèn)題，決定對(duì)螺旋槳不作處理，繼續(xù)使用。

4）檢修右軸?？紤]到此次修理級(jí)別和船體變形對(duì)右軸影響不大，因此對(duì)右軸系進(jìn)行了簡(jiǎn)單的檢查處理，沒(méi)有進(jìn)行抽軸檢修。

采取上述措施并重新安裝艉軸后，在排上再次測(cè)量艉軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，左軸轉(zhuǎn)矩270 N·m，右軸轉(zhuǎn)矩320 N·m，左軸轉(zhuǎn)矩明顯變小。

3.3 船體檢查和處理

船上排后，大致測(cè)量了船體基本尺寸、左右片體大小和左右片體與船中線的對(duì)稱情況，測(cè)量結(jié)果略超出設(shè)計(jì)圖紙要求。船體外板未發(fā)現(xiàn)明顯變形。

由于受本次修理級(jí)別的局限，未進(jìn)行精確測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)不足以判定船體是否存在較大的變形以及對(duì)船體阻力的影響。但因左軸系中心線比理論中心線存在較大偏差，左片體在受損后存在一定的變形?？紤]到修理范圍和實(shí)際使用需求，本次不對(duì)船體進(jìn)行精確測(cè)量和變形矯正。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)柴油機(jī)、軸系及螺旋槳、船體進(jìn)行排查和處理后，船下水再次試航，當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速1 750 r/min時(shí)，左主機(jī)排氣溫度390 ℃，右主機(jī)排氣溫度400 ℃，排氣冒黑煙、呼吸器冒水蒸氣現(xiàn)象消除，故障排除?？紤]到船體變形情況依然存在以及滿足使用要求，將正常使用時(shí)主機(jī)最高轉(zhuǎn)速設(shè)定為1 750 r/min。通過(guò)本次排故障修理，得到以下幾點(diǎn)啟示。

1）柴油機(jī)、軸系和螺旋槳三者之間必須相互配合和安裝恰當(dāng)。當(dāng)船舶軸系和螺旋槳中的任何一項(xiàng)發(fā)生改變，都可能造成附加負(fù)荷而需要消耗更大的功率，從而使柴油機(jī)輸出功率增加，嚴(yán)重時(shí)將使柴油機(jī)處于超負(fù)荷工作狀態(tài)，出現(xiàn)排氣溫度高、冒黑煙現(xiàn)象。

2）對(duì)于小型船舶，通過(guò)靜態(tài)測(cè)量軸系轉(zhuǎn)矩，可間接反映出軸系軸線和軸承工作狀況，為確定故障和修理范圍提供參考。

3）在靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)，可能不能發(fā)現(xiàn)氣缸蓋裂紋漏水，需要結(jié)合故障特征仔細(xì)觀察判斷，并進(jìn)行相應(yīng)的探傷檢查而確定。