主机不能加速的故障处理与分析

大连海事大学 吴 恒

某远洋船主机为SULZER 6RTA48型二冲程直流扫气增压柴油机，其排气阀为空气弹簧式液压排气阀，调速器为WOODWARD PGA58，废气涡轮定压增压器为VTR454型。

一、事故前的背景资料

9月15日该船航行于黄海水域时，主机各缸突然出现不同程度的敲缸，排烟温度升高并伴有增压器喘振声、主机负荷指示器读数增大等现象。临时转为机旁操纵，即用B操作方式脱开主机调速器，人工控制油门启动。启动后要维持正常的较低转速，则须加大油门，使负荷指示器读数增大，这就导致无法正常航行。经潜水员清理尾轴缠绕的渔网后，仍不能正常运转。后经进坞检查，彻底清除尾轴护套内的残留渔网，并对主机吊缸检修，才恢复了正常航行。

二、事故发生过程

该船经坞修后正常航行20多小时，于10月24日离港前往下一港受载。在离港过程中，主机启动和低速运转正常，但是随着船速不断增加，在船舶定速前再次出现主机负荷指示器数值突然增大现象，随之各缸排气阀分别敲击，部分扫气箱温度升高，与上次缠网时的现象十分相似。虽经各种运转转速的试验调整，均无法排除故障现象。

低速返回港口锚地后，公司派人登船再三试车，确认主机启动后有异常负荷增大现象。公司派潜水员检查确认没有再次缠网后，又请某造船厂技术科工程师来船帮助分析检查，经再次试车检查，主机负荷异常增大的现象仍未消除。

造船厂技术人员拆检No.2和No.8主轴承、盘出推力轴承，检查中间轴承，均未发现异常，但也未能消除故障。

三、故障的排除

我应邀登船进行现场分析，除听取情况介绍和查阅技术资料外，还进行了码头系泊试验和航行试验。

根据现场了解的各种情况，进行综合分析和判断。在系泊试验之前，我胸有成竹地建议轮机长，将主滑油压力提高至0.29~0.3MPa，果然在多次进行正倒车不同转速下的运转试验时，均未再现原有的故障现象。我当即向公司领导确认故障已经消失，可以投入正常营运了。

船公司为进一步验证主机故障已被排除，坚持要进行试航。向海事局申报后进行了8h的海上航行试验。在各种可能使用的航行工况下均可达到正常航行的要求，负荷指示器数值与转速的对应关系正常，没有发现任何异常现象，船主立即恢复了正常营运。

在没有修理和更换任何机械部件的情况下，故障突然消失，令船员感到迷惑，造船厂工程师也感到费解，还煞费苦心地分析为：“这可能是在上次缠网主机超负荷运转中，造成主机运动部件的某处有轻微的损伤，通过近期的运转、盘车和试车反复磨合，伤痕被磨平了，故障也就随之自行消失了。”如此分析是牵强附会的。

四、故障原因分析

1.液压排气阀的滑油压力低

如图1所示，排气阀气动活塞下部的空气弹簧室内始终充满着控制空气（0.6~0.8MPa），使排气阀保持关闭。当排气阀液压活塞上部充入来自驱动泵的压力油（16MPa）时，克服空气弹簧室的气压，使排气阀开启。而当油压降低时，空气弹簧又将排气阀关闭。

油压过低所导致的情况与发生的故障现象完全一致，如下所述：

图1 液压排气阀结构图

（1）油压低时，排气阀会出现开启时刻延迟、关闭时刻提前、开启升程减小，严重时完全不能开启。

（2）油压低时，影响排气阀开和关，但不影响柴油机正常启动。

（3）油压低时，排气阀关闭时产生敲击声，严重时升程愈小，敲击声愈小。

（4）排气阀有故障的汽缸，则自由排气过程不充分，形成扫气口废气倒流，使该扫气箱温度升高。该主机No.4、5、6缸曾出现扫气箱高温现象，说明这几个排气阀有不同程度的故障。

（5）排气阀有故障的汽缸不能正常换气和燃烧，单缸功率下降，转速降低。在调速器作用下，其余正常的汽缸需增加负荷，使主机负荷指示器数值增大。

（6）上述正常汽缸负荷增加，排气温度上升，造成增压器喘振甚至超速损坏。

2.排气阀的滑油压力低产生原因

（1）造成滑油压力低的各种情况

①故障发生前滑油分油机分油净化不足，使滑油脏污，滤器经常脏堵，压差增大。

②缠绕渔网时，主机的阻尼力矩增加，转速下降，燃油雾化燃烧不良，燃烧产物加剧了滑油的脏污变质。

③滑油脏污使自清滤器频繁冲清，反冲的压缩空气漏入滑油系统造成滑油低压。船舶空载时，主机首端容易聚集空气，故No.4、5、6缸排气阀较易发生故障。

④备车启动主滑油泵时，因滑油脏污黏度较大，滑油泵出口压力过高，如将压力调低些，待油温升高后，滑油压力将更加偏低。

⑤滑油脏污使滑油系统中的部分运动部件和阀件产生磨损和泄漏。

（2）排气阀对油压低更敏感

由图2可知，来自滑油循环柜的滑油经过主滑油泵、十字头滑油泵和排气阀驱动油泵的三级压缩压力达到16 MPa，才能供液压排气阀正常工作，总压比高达160，第1级主滑油泵压力对后续压力影响最大，而第3级驱动油泵的压比最大。系统中数道滤器脏堵时，其压差的累计值可达0.2~0.4 MPa，如自动反冲洗滤器的压差预定值为0.08~0.12 MPa，一般的表面型滤器允许压差值为0.025~0.06 MPa，而深度型的精细滤器，如金属粉末烧结滤芯过滤精细度高，但其压差大（0.09~0.2 MPa）。如滤器脏污压差增大，则最终油压大为降低。

主滑油泵正常压力为0.21~0.3 MPa，低压报警压力为0.21 MPa，自动降速压力为0.18 MPa。如将主滑油泵压力从0.24 MPa调高至0.3 MPa，对主滑油泵压力（1级压缩）只提高0.06 MPa，但排气阀滑油压力却是百倍的提高，因此排气阀比主轴承处更敏感。再考虑到各道滤器对滑油累计压差附加值的影响，不难理解，在主滑油泵压力尚未降低到0.21 MPa报警值时，液压排气阀已经不能正常工作了。

图2 滑油系统图

五、实测与计算

1.实例

为了进一步验证上述原因分析的正确性，参照图1所示的液压排气阀结构和受力情况，对该主机的排气阀结构尺寸进行了解体测量，并计算出各受力面积，如表1所示。

2.排气阀受力计算

（1）空气弹簧力

空气弹簧室内始终充满着8 kg/cm2压力的控制空气，使排气阀升起保持关闭状态，其受力为

P空=F空×8=1658.76kgf

（2）排气阀盘受力

排气阀在关闭状态下，阀盘受到柴油机汽缸的燃气压力，排气阀开启时，缸内的燃气压力高于排气管内压力，是超临界的自由排气阶段。根据超临界气体流动方程，可以计算出此刻的汽缸压力力盘为10.05kg/cm2（略），故阀盘受到的燃气力为

P盘=F盘×p盘=539.11×10.05=5 418.06 kgf

（3）排气阀自重

该排气阀杆（带转叶）重量为 23kgf，即

P重=23kgf

（4）液压柱塞受力

液压柱塞受力为

P油=F油×p油（ kgf）

当排气阀开启瞬时必须满足下列条件：

P油≥P空+P盘-P重

则p油≥（P空+P盘-P重）/F油

=（1658.76+5418.06-23）/44.06

=160.10 kgf/cm2（15.69MPa）

（5）小结

上述排气阀的测量与计算结果同滑油系统的设计是相符的，进一步验证了所做的原因分析是成立的。

六、建议

（1）做好滑油质量的维护保养工作，加强滑油的净化管理，坚持滑油分油机与主机同步运行的操作规定。（2）对各道滤器，特别是精细滤器，要及时进行清洗。（3）对自动反冲洗滤器应加强维护管理，避免冲清频率异常增加而引起其他机械故障。（4）在排气阀有异常敲击和行程不足时，建议加强放气和适当调高主滑油泵压力。熟悉，发展比较缓慢，可以说国内船公司已经失去发展先机。

表1 排气阀测量与计算表

53英尺集装箱近两年在欧美航线船上大量出现。虽然大部分53英尺集装箱是国内集装箱制造厂为欧美客户建造的空箱，运到国外卸下船后就不再调运回来，但是这种情形预计不会持续太长。总统轮船早已宣布在太平洋航线采用53英尺的集装箱进行运营，在其开辟越南至美国航线首航时，其部门高级副总裁贝瑞特在开航仪式上曾介绍装载体育用品制造商耐克公司运输货物使用的就是53英尺集装箱。预计不久的将来，53英尺集装箱必然会在集装箱航线快速发展起来。

2.应对策略

（1）转变观念

超长集装箱对轻抛货物的货主是很有吸引力的，因为使用它装载运输货物可以降低物流成本。如果船公司经营部门不转变观念，不积极跟踪集装箱发展趋势变化，将会逐渐失去轻抛货物的货源。

（2）加强内部培训

要抓紧在公司内部进行培训，使营销、配载、箱管以及船舶等相关部门熟悉超长集装箱的装箱、配载、装船、调运等操作流程，保证船舶能够安全承运超长集装箱。

（3）培育客户获得货源

要培育客户使用超长集装箱，向玩具、箱包、木制品、成套家具、充气产品、纺织家居等轻抛货的大客户介绍超长集装箱装货的成本优势。然后针对一些大客户的货源在某一优势航线上特定港口到港口之间实现超长集装箱运输，再慢慢扩展到其他客户和其他港口。

（4）与集装箱制造厂商合作

目前已经有物流公司与集装箱制造厂商合作，向制造厂商借用出口的超长集装空箱揽货，以重箱形式出运，货到目的港后，将拆空的空箱交给进口商。这种合作对于集装箱制造商来说，可以免去或减少空箱海运费；对于物流公司来说，因为承运的货物为自备箱，船公司不需要调运回来，可以申请到比较优惠的运价；对于货主来说，利用大容积集装箱装货可以节省物流成本；而对船公司来说装载重箱运费相比空箱运费高，从而可以增加收入。这是多方受益的合作，但是受益最大的为物流公司，其逐步掌握了货源，在开展超长集装箱揽货业务上取得了先机。船公司应向先进的物流公司学习这种操作模式，逐步掌握货源并完善整个操作流程，为开展超长集装箱运输做好充分准备。

六、结束语

标准集装箱运输的高速发展并不能完全满足客户的个性化需求，超长集装箱大量出现是必然的。超长集装箱对船公司揽货、装载、运输安全、空箱调运等产生重大影响。目前国外船公司已经普遍使用45英尺集装箱，而国内船公司却只在少数航线运营，已经远远跟不上发展形势。不但如此，目前国外船公司已经率先在太平洋航线投入53英尺集装箱进行运营，并且欧美地区出现53英尺集装箱的大量进口需求，这将对未来集装箱运输市场产生深刻影响，国内船公司对此应高度重视，并采取相应的措施和经营策略应对。