馬健作，中遠(yuǎn)海運(yùn)特種運(yùn)輸股份有限公司某船舶的二沖程低速主機(jī)的六個(gè)缸全部出現(xiàn)缸套異常磨損和活塞環(huán)折斷故障,由主機(jī)廠(chǎng)家、潤(rùn)滑油公司、透平廠(chǎng)家、備件廠(chǎng)家、船東等技術(shù)人員成立專(zhuān)家組團(tuán)隊(duì)進(jìn)行診斷排除故障,故障較典型,排查項(xiàng)目較多,排查時(shí)間較長(zhǎng),前后一年時(shí)間左右,最終找到故障根源并成功排除,本文詳細(xì)介紹了本次故障排除過(guò)程。 1. 主機(jī)基本資料該輪2 0 1 0年建造,夏季載重噸為3 2 0 0 0噸,主機(jī)制造廠(chǎng)家為“Mitsubishi Heavy Industries,Ltd.Kobe Shipyard&Machinery Work”,主機(jī)型號(hào)為“6UEC43LS II”,額定功率為6300 kw,額定轉(zhuǎn)速為160 rpm,主機(jī)為二沖程低速柴油機(jī),機(jī)械汽缸油注油器的MC機(jī)。 2. 主機(jī)故障情況(1）該輪航行途中,主機(jī)六個(gè)缸先后發(fā)出排煙和掃氣溫度高報(bào)警,停車(chē)進(jìn)行掃氣口檢查,發(fā)現(xiàn)活塞環(huán)槽和環(huán)帶結(jié)碳嚴(yán)重,其中第1、2、3道活塞環(huán)折斷或者卡滯,第4道活塞環(huán)彈性明顯變?nèi)趺芊獠涣紝?dǎo)致后燃,排煙溫度和掃氣溫度異常變高。 (2）主機(jī)故障出現(xiàn)后,查詢(xún)主機(jī)部件運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和檢修記錄,主機(jī)總運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間大約為35000小時(shí),六個(gè)缸套均為原機(jī)缸套,之前沒(méi)有更換過(guò)；上次吊缸測(cè)量記錄顯示缸套內(nèi)徑?jīng)]有超標(biāo)；六個(gè)缸自上次吊缸后的工作時(shí)間大約在600-2500小時(shí)之間,沒(méi)有超過(guò)說(shuō)明書(shū)6000-8000小時(shí)的吊缸周期。 (3）主機(jī)故障出現(xiàn)后,應(yīng)急吊缸,換新活塞環(huán),主機(jī)恢復(fù)了正常,但是檢修過(guò)大約運(yùn)轉(zhuǎn)了300-500小時(shí)后,又再次出現(xiàn)斷環(huán)故障,海況好時(shí)繼續(xù)停航搶修；海況不好時(shí)只能單缸減油門(mén),加大汽缸注油率,維持主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),然后選擇機(jī)會(huì)吊缸檢修。 3. 主機(jī)故障初步排除方案主機(jī)吊缸檢修和換新活塞環(huán),無(wú)法徹底排除活塞環(huán)折斷和卡滯故障,懷疑燃油質(zhì)量問(wèn)題,為此專(zhuān)門(mén)加裝燃油,采購(gòu)助燃劑以及安排燃油化驗(yàn),檢查燃油系統(tǒng)和噴油定時(shí)、排煙系統(tǒng)和排氣定時(shí),更換缸套和活塞備件,以及解體檢修透平,通過(guò)一系列的檢修工作,主機(jī)活塞結(jié)碳和斷環(huán)情況雖然稍有好轉(zhuǎn),但是仍然未能徹底排除。 3.1 燃油化驗(yàn)、噴油系統(tǒng)和燃油定時(shí)檢查主機(jī)六個(gè)缸先后斷環(huán),懷疑燃油質(zhì)量不達(dá)標(biāo),或者燃油系統(tǒng)、噴油定時(shí)存在問(wèn)題。 3.1.1 燃油化驗(yàn)主機(jī)活塞斷環(huán)故障時(shí)所用燃油油樣送到實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn),化驗(yàn)結(jié)論是油樣符合“ISO 8217-2010標(biāo)準(zhǔn)”,其中鋁硅含量和瀝青質(zhì)含量在可用范圍內(nèi),FIA (燃油點(diǎn)火性能測(cè)試)以及常規(guī)化驗(yàn)結(jié)果顯示滿(mǎn)意,因此,實(shí)驗(yàn)室推斷此次活塞斷環(huán)或許不是由于燃油問(wèn)題。 3.1.2 燃油系統(tǒng)和噴油定時(shí)檢查解體檢修燃油高壓油泵和噴油器,檢查噴油定時(shí),確認(rèn)燃油系統(tǒng)和噴油定時(shí)情況正常,但是主機(jī)仍然存在活塞結(jié)碳嚴(yán)重和斷環(huán)故障。 3.2 排氣閥、排氣定時(shí)和排煙管路檢查3.2.1 排氣閥和定時(shí)檢查排氣閥和排氣定時(shí)影響柴油機(jī)完全燃燒,狀況不良時(shí)將導(dǎo)致后燃,為了防止出現(xiàn)這種情況,按照說(shuō)明書(shū)進(jìn)行排氣閥和排氣定時(shí)的檢查,確認(rèn)排氣閥和定時(shí)情況正常。 如果排氣定時(shí)不對(duì),將影響柴油機(jī)燃燒,導(dǎo)致后燃嚴(yán)重,為了防止出現(xiàn)這種情況,按照說(shuō)明書(shū)對(duì)排氣定時(shí)進(jìn)行核對(duì),經(jīng)核對(duì)定時(shí)與說(shuō)明書(shū)要求一致,排除了排氣閥定時(shí)的影響。 3.2.2 排煙管路檢查如果排煙管路不夠通暢,柴油機(jī)燃燒不完全,活塞環(huán)容易結(jié)碳,容易折斷,為了防止出現(xiàn)這種情況,對(duì)排煙總管、廢氣鍋爐煙管和煙囪出口進(jìn)行細(xì)致檢查,檢查情況正常,排除了排煙系統(tǒng)的原因。 
圖1 缸套冷腐蝕和水磨痕跡 3.3 缸套和活塞換新主機(jī)六個(gè)缸活塞結(jié)碳嚴(yán)重和頻繁斷環(huán),排除了前面所述的原因后,故障原因聚焦在主機(jī)缸套和活塞頭部件。把六個(gè)缸套和活塞全部換新,觀(guān)察到活塞的結(jié)碳和斷環(huán)情況比之前稍好一些,但是還是未能徹底排除,之前主機(jī)吊缸后運(yùn)轉(zhuǎn)幾百小時(shí)出現(xiàn)斷環(huán),現(xiàn)在斷環(huán)時(shí)間延后一些,活塞結(jié)碳情況也略有改善。3.3.1 缸套換新該輪主機(jī)缸套標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑為430mm,磨損極限為433mm,最大磨損率為缸套內(nèi)徑的0.7%。由于主機(jī)活塞斷環(huán)導(dǎo)致缸套出現(xiàn)異常磨損,吊缸測(cè)量缸套最大內(nèi)徑約為432.8mm,磨損率達(dá)0.5mm/kh,大于鑄鐵缸套磨損率標(biāo)準(zhǔn)0.1mm/kh,屬于異常磨損。鑒于主機(jī)缸套磨損超標(biāo),換新6個(gè)缸套。3.3.2 活塞頭換新由于活塞斷環(huán)故障,導(dǎo)致了環(huán)槽磨損量超過(guò)極限值,環(huán)槽下平面被磨出臺(tái)階,為此,換新6個(gè)活塞頭。3.3.3 活塞桿翻新由于缸套磨損超限,導(dǎo)致了活塞桿運(yùn)動(dòng)中心線(xiàn)失中,活塞桿出現(xiàn)異常磨損,有明顯劃痕和磨臺(tái),橢圓度嚴(yán)重超標(biāo),密封環(huán)套在活塞桿明顯透光?；钊麠U沒(méi)有異常磨損前,填料函基本不漏油,活塞桿異常磨損后,填料函漏油嚴(yán)重,漏油量約500升/天,另外,由于填料函不能密封,主機(jī)系統(tǒng)油被掃氣和汽缸油污染,粘度、鐵、銅、含水量和總堿值超標(biāo)。
活塞桿翻新修理后,填料函基本不漏油,主機(jī)系統(tǒng)油指標(biāo)逐步好轉(zhuǎn)。4. 主機(jī)故障最終排除方案前面一系列檢修工作,未能徹底排除主機(jī)活塞結(jié)碳和斷環(huán)故障,重新整理檢修思路,最終通過(guò)對(duì)掃氣、氣缸油、活塞環(huán)槽和透平噴嘴環(huán)等一系列的針對(duì)性檢修,最終排除了故障。4.1 掃氣溫度和濕度掃氣溫度和濕度對(duì)缸套磨損有一定影響。掃氣溫度過(guò)高時(shí),將會(huì)引起主機(jī)排溫過(guò)高；掃氣溫度過(guò)低時(shí),將會(huì)引起缸套冷腐蝕；掃氣濕度過(guò)大是,水分將會(huì)洗去缸套內(nèi)壁油膜,并與燃油燃燒后的硫產(chǎn)物結(jié)合生成硫酸,導(dǎo)致腐蝕磨損。檢查發(fā)現(xiàn)主機(jī)缸套內(nèi)壁有冷腐蝕和水磨痕跡,懷疑主機(jī)掃氣溫度過(guò)低,或者掃氣濕度過(guò)高,進(jìn)一步檢查,主機(jī)掃氣溫度和空冷器的脫水格柵情況正常,但是發(fā)現(xiàn)掃氣箱放殘水管路有一個(gè)“三通閥”長(zhǎng)期處于切斷位置,導(dǎo)致“自動(dòng)放殘水伐”沒(méi)有使用,大量冷凝水被掃氣帶入主機(jī),將“三通閥”接通至“自動(dòng)放殘閥”,恢復(fù)自動(dòng)放殘水,主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后,氣缸內(nèi)壁的冷腐蝕和水磨痕跡沒(méi)有進(jìn)一步擴(kuò)大。4.2 汽缸油的注油定時(shí)、注油率檢和總堿值注油定時(shí)、注油率和總堿值是影響缸套磨損和結(jié)碳的主要因素之一,參照說(shuō)明書(shū)的技術(shù)要求全面檢查和調(diào)整優(yōu)化,主機(jī)原來(lái)使用57號(hào)總堿值的汽缸油,經(jīng)綜合評(píng)估調(diào)整為使用40號(hào)和100號(hào)兩種總堿值汽缸油,主機(jī)活塞環(huán)結(jié)碳減少,斷環(huán)故障概率變低,取得一定檢修效果。4.2.1 汽缸油定時(shí)該輪主機(jī)有兩組汽缸注油器,第一組注油器給1/2/3缸注油,第二組注油器給4/5/6缸注油,檢查發(fā)現(xiàn)第一組注油定時(shí)比說(shuō)明書(shū)要求提前了15°,而第二組注油定時(shí)與說(shuō)明書(shū)要求一致,咨詢(xún)主機(jī)廠(chǎng)家,得知注油器是鏈條傳動(dòng),不能精確調(diào)整定時(shí),廠(chǎng)家回復(fù)提前15°注油不會(huì)影響缸套潤(rùn)滑效果。通過(guò)排比法,第一組注油器定時(shí)有偏差,1/2/3缸出現(xiàn)缸套異常磨損和活塞斷環(huán)故障,但是第二組注油器的定時(shí)與說(shuō)明書(shū)一致,4/5/6缸也出現(xiàn)同樣故障,說(shuō)明了故障原因與注油定時(shí)無(wú)關(guān)。4.2.2 汽缸注油率調(diào)整主機(jī)汽缸注油率過(guò)小,缸套潤(rùn)滑不良,引起磨損加??；注油率過(guò)大,不但浪費(fèi),而且會(huì)使得活塞頂部、環(huán)槽、氣口和排氣閥處積碳增多,引起活塞環(huán)和排氣閥粘著,導(dǎo)致活塞環(huán)出現(xiàn)卡滯或者折斷,同時(shí)過(guò)多的汽缸油沉積在活塞底部空間,容易導(dǎo)致掃氣箱著火；汽缸注油率主要是通過(guò)掃氣箱殘油化驗(yàn)指標(biāo)和活塞環(huán)濕潤(rùn)度進(jìn)行調(diào)整。如果掃氣箱殘油化驗(yàn)顯示Iron含量大于200mg/kg,pq指數(shù)過(guò)高,通常表示存在明顯的磨料磨損,需要增大注油率。如果停航檢查活塞環(huán),發(fā)現(xiàn)干巴巴的,沒(méi)有濕度的濕潤(rùn)度,說(shuō)明注油率過(guò)小,需要調(diào)大注油率。
圖3 使用TBN57一種汽缸油，活塞環(huán)結(jié)碳嚴(yán)重 
圖4 TBN40和TBN100兩種汽缸油交替使用，活塞環(huán)結(jié)碳減少表1 活塞環(huán)槽加工數(shù)據(jù)表（單位：mm)
該主機(jī)說(shuō)明書(shū)注油率范圍為1.22—2.31g/kw.h,基準(zhǔn)注油率為1.5 g/kw.h,通過(guò)掃氣箱殘油化驗(yàn)指標(biāo)和活塞環(huán)濕潤(rùn)程度,調(diào)整注油率約為1.72 g/kw.h。4.2.3 汽缸油總堿值選擇汽缸油總堿值（TBN）用于中和附在汽缸壁的硫化物燃燒產(chǎn)物,避免產(chǎn)生酸腐蝕,理論上來(lái)說(shuō),總堿值越高,代表機(jī)油中和酸性物質(zhì)的能力越強(qiáng),清潔能力也越好,但是過(guò)量堿值氣缸油在高溫下燒結(jié)形成的灰白色碳酸鈣,形成磨料磨損,造成活塞環(huán)和缸套異常磨損。如果掃氣箱殘油堿值在10-25mg KOH/g之間,說(shuō)明汽缸油總堿值合適。主機(jī)原來(lái)使用TBN57汽缸油,潤(rùn)滑油公司建議調(diào)整使用TBN40和TBN100兩種汽缸油交替使用,其中TBN100汽缸油用于中和清潔活塞結(jié)碳；使用一段時(shí)間后檢查主機(jī)活塞環(huán)結(jié)碳減少,斷環(huán)故障概率變低,取得一定檢修效果。4.3 活塞頭檢修主機(jī)活塞頭換新后,斷環(huán)故障依然存在,測(cè)量發(fā)現(xiàn)該主機(jī)活塞環(huán)天地間隙偏小,聯(lián)系備件廠(chǎng)家,得知環(huán)槽高度是按照說(shuō)明書(shū)規(guī)定的最小值公差進(jìn)行加工,目的讓環(huán)槽多些磨損余量,考慮到活塞環(huán)天地間隙小,在高溫和結(jié)碳時(shí)活塞環(huán)容易卡滯,按照最大公差重新加工活塞環(huán)槽高度,以避免活塞環(huán)在高溫時(shí)不容易被結(jié)碳卡滯在環(huán)槽里面。活塞環(huán)槽加工數(shù)據(jù)如表1所示。5. 透平噴嘴環(huán)換新主機(jī)透平廠(chǎng)家為“Na k a sa k i Shipyard&Machinery Works”,型號(hào)為“MET53MA”。將主機(jī)運(yùn)行參數(shù)與新船時(shí)進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)主機(jī)掃氣壓力變低、爆炸和壓縮壓力差值變小、排溫變高,懷疑透平效率變差。經(jīng)了解排煙總管沒(méi)有格柵,噴嘴環(huán)曾經(jīng)被異物撞擊變形,僅用手工校正和焊補(bǔ)修理,沒(méi)有換新。另外,噴嘴環(huán)已經(jīng)使用了十多年,其流道長(zhǎng)期受高溫高腐蝕的燃?xì)鉀_蝕,廢氣離開(kāi)流道的角度、速度和壓力偏離設(shè)計(jì)值,致使主機(jī)透平效率可能變低。為了提高主機(jī)運(yùn)行參數(shù),訂購(gòu)了全新的噴嘴環(huán)備件,并換新安裝使用,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)觀(guān)察,主機(jī)掃氣壓力比之前增加了0.4Bar,爆炸與壓縮壓力的差值從原來(lái)25Bar提高至30Bar,平均排煙溫度下降15°C左右,主機(jī)活塞結(jié)碳明顯變好,沒(méi)有出現(xiàn)斷環(huán)故障。船舶主機(jī)朝著低轉(zhuǎn)速、超長(zhǎng)沖程、高增壓、電噴等方面發(fā)展,為了減低油耗率,主機(jī)儲(chǔ)備功率普遍較小,當(dāng)船舶污底、配載不良或者大風(fēng)浪航行時(shí),主機(jī)運(yùn)行時(shí)容易超負(fù)荷,出現(xiàn)燃燒不完全現(xiàn)象,導(dǎo)致了透平、排氣閥、活塞、缸套等主要部件嚴(yán)重結(jié)碳或過(guò)熱燒損,主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況變差。建議嚴(yán)格按照主機(jī)技術(shù)通函每月至少兩次進(jìn)行掃氣口檢查,對(duì)缸套內(nèi)壁、活塞頭頂部和活塞環(huán)進(jìn)行拍照,形成連續(xù)性檢查檔案,并進(jìn)行對(duì)比分析,確保主機(jī)安全可靠工作。[1]馬健作.淺談船舶主機(jī)缸套異常磨損和活塞環(huán)折斷故障排除[J].珠江水運(yùn),2022(18):49-51馬健作，中遠(yuǎn)海運(yùn)特種運(yùn)輸股份有限公司
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