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第14章 船舶动力装置实用技术 (1)

第一节 船舶主机故障判断

船舶在营运中,主机发生故障,是一个令人头痛的问题,轻则导致机器停转,重则使机器损毁,甚至伤害工作人员,影响船舶安全航行,使其不能按时到达目的港,还可能致使船舶停航待修。

故障的发生是常常遇到的,其形成原因也多种多样,甚至一个故障由多种原因引起,非常复杂。如果在判断中没有一个明确的目标和方法,不但难以确定故障,还会浪费精力、拖延时间、贻误时机,以致损坏机器。

船在江中航行,主机的故障随时都可能发生。我们不可能带一批学者、专家、工程师和各种诊断仪器参与每次航行,特别是内河小型船更没有这样的条件,因此就只能主要靠自己的技术能力,迅速、准确、果断地判断故障,及时处理。为此,船员和工程技术人员、机务管理员都要学会如何判断故障。

一、熟悉、了解主机的结构及工作原理

为了准确地诊断故障,首先必须熟悉、了解各类主机的结构及原理。在拆装和维修中,要根据自己掌握的理论,结合实际熟悉、了解每个零部件的作用、动作、性能及与相邻零部件的位置关系,使各零部件的位置、动作在头脑中有一个清晰的印象。

对未拆装、修理的主机,应对照其图纸、件号零件图、使用说明书等,尽快了解和熟悉。也可结合其他拆装的相似机型帮助记忆,以便当机器发生故障时,同样能探查、判断。

为熟悉、了解主机的结构及工作原理,除了阅读有关资料外,还要甘当学生和徒弟,多问同行和师傅,他们可帮助你熟悉、了解其机器的结构及工作原理。

二、要严格遵循判断原则

判断主机的故障不但要熟悉、了解其结构及工作原理,还要遵循以下判断故障的几条原则。

(1)未搞清故障之前,不可乱下结论且盲目拆散机器零部件或换新件。这样做常常是浪费人力、物力和时间,因为可能原故障未排除,新问题又出现了,使得判断工作更加复杂,有时还会弄坏机器的其他零部件。

丰都县一联户船,主机为4135AG型柴油机,在24h内,油底壳内进水1L,停车检查发现两只缸套下缘不时向下滴水,有人判断两只缸套和封水圈漏水,盲目拆机更换缸套及封水圈,试车后油底壳内的水比原先增加了一半以上,并且出水管排气,拆出来检查,更换的两只缸套与原机缸套高低不齐,从肩胛处断裂。经详细分析、检查漏水原因,最先既不是缸套漏水,也不是封水圈漏水,而是自制的排气管夹层水道漏水。换了缸套及封水圈之后漏水,是缸套肩胛被压断漏水。

(2)判断、分析故障要先易后难。有的故障是由很简单的原因引起,如果不注意,把它当成复杂的问题,不但不能迅速判断出故障原因和位置,而且弄得拆修人员煞费苦心,白干一场。比如某船柴油机无机油压力,即使有压力也很低,技术人员把润滑系统全部拆出来清洗、换件,还把曲轴瓦也拆换了,结果还是无机油压力。有人建议研磨调压阀,拆出调压阀时才发现原来调压弹簧已断。

(3)判断故障要先从外部,后从内部着手。有的故障先是从外部引起的,甚至与机器本身无关。如用前进车,主机飞轮端有撞击声,如盲目判断是主机飞轮的故障,就不一定正确。飞轮与齿轮箱连接,齿轮箱又与尾轴连接,齿轮箱推力环间隙过大、联轴器紧帽松动、键与槽座磨坏等,在飞轮端同样有撞击声,这是从主机以外传递给飞轮端的,也是笔者在实践中遇到过的情况。如某船主机大修后不能启动,对供油系统、启动系统、配气机构等都作了检查,花了不少时间,还是不能启动。一位炊事员说:"以往不能启动机器,排气管还冒点烟,这次主机大修后连一点烟都不冒。"轮机长当即拆开排气管法兰盘,发现新换的排气管垫堵塞了排气管。

(4)修理后的主机发生故障,要找修理和拆装原因。修理前没有发生故障,修理后引起新的故障,要着重考虑修理与装配质量以及更换的零部件是否符合技术要求。

(5)故障在运动件与固定件间,应先考虑分析运动件,后分析固定件。因运动件工作是处于变化之中,工作条件恶劣、繁重,引起的故障较固定件多。

(6)使用时间较长的主机发生故障,要审查它使用的全部历史。依据故障特征、技术测量、检查记录,进行综合分析,判断出是突发性还是渐进性的故障,根据故障性质缩小范围,作出准确的判断。

(7)判断故障要以大缩小,先系统,后零件逐级分析、诊断。主机故障往往由一个小零件引起,而且在一个大范围内或系统内,隐藏很深,不注意会相互混杂,难以判断,因此要特别警惕。

三、分析故障的原因

要判断主机的故障,必须会分析形成故障的原因。故障发生的原因极其复杂,发生的时间也不一致,甚至有些故障是多种原因造成,难以判定且反复出现。总的归纳起来其主要原因如下:

(1)缺乏正确的维修和保养。正确地维修和保养是保证主机正常运转、延长使用寿命的重要环节。由于主机使用时间过长,零部件会逐渐磨损、耗蚀、变形、配合间隙增大,甚至有的零件达到疲劳极限,若是不正确的进行维修和保养,更换新件,就会不同程度地发生故障。如润滑油过脏、变质、杂质累积等,未更换;润滑系统没有定期检查、清洁;齿轮磨坏、活塞环折断等没有及时修理、更换,都会引起故障。

(2)操作疏忽、使用不当,造成零部件损坏。操作人员违反操作规程,不遵照执行规章制度,超负荷、超转速运转,这会迅速增加零件的附加应力,致使零件使用寿命降低,最终损坏。

(3)修理质量差,验收不把关。厂修或自修的主机质量不保证,验收质量时又不把关,给将来的使用埋下了隐患,一旦达到某种条件,就会发生故障。

(4)使用材料低劣、有缺陷、设计不够充分,引起某一零件集中过大应力而发生故障。

四、判断主机故障的方法

船舶主机在异常状态下,判断故障有四种方法:一是以实践经验判断故障;二是用随机仪表监测判断故障;三是用化学分析和观测方法判断故障;四是采用专门设备分析监测主机的故障。前三种方法常用于内河小型船及设备简陋的船舶,后一种方法能为实现船舶机舱自动化开辟道路。

(1)以实践经验判断主机故障。在实际工作中常用听、看、嗅的方法判断故障。如主机下部有敲击声就用听的方法判断;汽缸内有水就要观看排气管是否冒白烟;直流充电机冒烟就要用手摸结合鼻子嗅的方法判断故障。总之,听,能听出各种异响声;看,能看到各种不同的异常现象;摸,能摸出各部位的温度;嗅,能嗅出各种异味。如果经验丰富,这些方法是可靠的。

(2)采用随机仪表监测判断主机故障。主机大多数都安装有水温表、油温表、机油压力表、转速表、爆压表、电流表及电压表等,这些表能及时反映其工作情况。若是某处发生故障,其表上读数不正常或没有,此时可根据表上的反映数据分析判断出该系统发生了故障。如润滑系统漏油、过滤器阻塞,则机油压力下降;主机输出功率下降,则转速表读数减小;冷却水失常,机器发热,则水温表读数增大等。用仪表监测判断主机的故障是一有效手段。

(3)用化学分析、观测方法判断主机故障。取出曲轴箱内的机油试样、冷却水试样、排烟试样等,进行化学分析、观测,可判断主机故障。

(4)用专门设备监测判断主机的故障。有条件的船可采用一种监测主机的运转工况设备--传感器。传感器的种类很多,有监测缸套磨损的传感器,它可测出缸套的磨损情况,计算出缸套使用寿命;有测高压油泵和喷油器的传感器,它可判断出油阀是否卡死、弹簧是否断裂、油泵柱塞是否漏油、喷油雾化是否良好等。

五、小结

船舶主机的故障判断是一门实用的诊断科学,它可诊断与分析发生故障的位置、原因及后果,为组织应急处理和确定修理提供明确的任务和工作量。

船舶使用效率和营运安全性多半取决于主机的良好工作状态,一旦主机发生故障,又取决于判断故障的迅速和准确性,应引起轮机管理人员重视。

判断主机故障的应用与掌握,有利于提高修理效率和质量,确保主机的可靠性,还有助于提高船舶的营运周转。

第二节 机舱空气降低柴油机工作指标的探讨

柴油机是以柴油为主要燃料的一种热机。柴油在汽缸内燃烧,产生的热能转换为机械能。柴油机工作时,必须具备燃油和空气,两者缺一不可,即要使燃油在汽缸内完全燃烧,获得额定的热效利用,就必须有足够的空气。

目前大、中、小型船舶都采用柴油机作主、副机,与各种设备(发电、充电、消防等)共同装置在船舶主甲板下的机舱里。机舱内的空气常叫机舱空气。机舱下面是底板,四周是船壳板及舱壁,有的机舱上面还有上甲板或顶篷甲板,那里的温度通常是25 ℃~40 ℃,炎热天高达48 ℃~52 ℃。空气既不流通,又很污浊,对柴油机的过量空气系数α、充气效率ηυ、吸入新气都有不良影响。

一、机舱升温导致柴油机的α、ηυ降低

柴油机工作时,机舱的设备随同工作,产生一定的热量(柴油机出水温度50 ℃~75 ℃、机身温度45 ℃~55 ℃、排气温度300 ℃~400 ℃、发电机等设备温度45 ℃~55 ℃)。柴油机及设备连续工作1 h以后,气温直线上升,经实船测量(无空调及通风设备),柴油机进气管附近与舷外温差12.5 ℃~14.2 ℃。当大气温度为35 ℃时,进气管附近气温高至46 ℃~49 ℃,相对湿度75%以上。由于机舱狭窄,机舱空气与舷外大气混合不佳,致使机舱升温。

制造厂要求:"要保证柴油机发出额定功率,应在外界大气压760 mmHg、大气温度20 ℃、相对湿度50%的情况使用。"1mmHg=133.322 Pa如超过这个条件使用,则对柴油机发出额定功率有不良影响,但在营运条件下,机舱温度、相对湿度往往都超出了这个要求。

盖·吕萨克定律表达式为:

T1×T2=V1×V2

(1)

式中:V1--定质量气体在温度为T1时的体积;

V2--定质量气体在温度为T2时的体积。

从式(1)看出,在气压不变的条件下,一定质量空气的热力学温度从T1升高到T2时,它的体积也从V1增大为V2,体积跟热力学温度成正比。机舱空气受热升温,气体的体积增大,分子间距离也增加,空气变得稀薄,气体密度γα降低,进入汽缸内的实际空气量L减少,柴油机的α也随着降低,即:

α=L×gL0

(2)

式中:g--每次循环燃油供给量;

L0--每次循环所需要的理论空气量。

由式(2)可知,当g、L0不变,L减小,α也减小。α减小后,喷入汽缸内的燃油燃烧不完全,柴油机的耗油量上升,效率降低。

机舱升温,柴油机的ηυ减小。以充气效率计算式分析,即:

ηυ=pα ps·Ts Tα·ε ε-1·1 1+γ

(3)

式中:pα--进气终了时的气体压力;

ps--进气管附近的气体压力;

Ts--进气管附近气体的热力学温度;

Tα--进气终了时气体的热力学温度;

ε--压缩比;

γ--剩余废气系数。

Ts在进气过程中,因热传导(经进气系统热影响),气体在进气门处的温度Ts′大于Ts,进入汽缸后与剩余废气混合,使Tα额外增加。由于Ts升高,对进气系统加热,新气进入汽缸增升了进、排气门及活塞等器件的温度,使新气的传导温升ΔTw增高,ηυ降低。Ts升高,气体进入汽缸后,虽然降低了缸壁温差,ΔTw有所减小,但是,抵偿不了Ts温升引起γ降低和Tw增高的损失。所以,Ts/Tα比值减小,ηυ降低的情况下,当其他不变,这意味着进入汽缸内的新气减少,使汽缸中每个循环燃烧都不完全,因而柴油机耗油量增加,功率下降。

当ηυ增大后,每个循环喷油量不变,柴油机排气中的氮氧化物和烟色则会增加,大气被污染。

二、机舱空气被污染,柴油机吸新气少

人们往往很重视柴油机的废气污染大气,但对于机舱空气被污染则有所忽视。船舶在营运中,机舱空气受污染比舱外更严重,机舱空气的污染源主要有:

(1)柴油机进排气系统、活塞环及缸套泄气;

(2)机舱设备及柴油机身的污物经高温蒸发或烤焦,产生的各种废气及焦烟;

(3)充蓄电池(电瓶)冒出的硫酸气等。

柴油机开始工作时,由于机舱温度自下向上增加,使空气处于不稳定状态。机舱下面及四面与大气相隔,上方又因上甲板或顶篷甲板被覆,使废气不易消散而聚集在机舱内,污染机舱空气。

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