内河巡标船主机冷却系统温度过高的问题研究及解决措施

黄天寿

摘要：文章介绍了巡标船柴油机冷却系统作用及其工作原理，并以“广西港航4104”巡标船柴油机为例，分析了柴油机冷却水系统与机油润滑系统高温故障及解决方案。

关键词：巡标船;柴油机;主机冷却系统;高温故障;解决方案

0 引言

随着航道等级的提升，特别是打造西江亿吨“黄金水道”以来，对航道管理养护工作提出了“更快速、更高效、更优质”的要求，需要提升航道养护船舶设备技术性能。

为提升航道养护船舶设备技术性能，增加船舶航行速度及动力，“广西港航4104”巡标船安装有型号为YC6A220C船舶用柴油机，直列6缸、增压水冷、双循环冷却、其额定功率为162 kW，额定转速为2 230 r/min，制造日期为2016-01-05。在使用期间主机经常出现油温或水温过高提示报警或温度过高系统自动停机等情况。

1 巡标船柴油机冷却系统作用及其工作原理

1.1 巡标船柴油机冷却系统作用

柴油机通过柴油在内部燃烧产生动力，在燃烧时会产生热能，温度可达2 027 ℃，导致相关零部件的温度升高。温度较高时柴油机内零件的精度、性能会受到影响，导致润滑度差，从而缩短它的使用寿命，降低工作效率，增大能耗[1]。所以，冷却系统对于柴油来说是非常重要的，冷却系统正常工作应确保其温度合适。

1.2 柴油机冷却系统的型式

柴油机冷却系统的型式一般分为风冷和水冷。

（1）风冷。用空气作为冷却媒介质，将部分热量散发到空气中，并使温度保持在正常运转范围内，这种冷却型式结构简单，使用维护方便，适用于缺水地区和小功率柴油机上。

（2）水冷。用水作直接冷却媒介质将热量带出机体散发冷却水中。其冷却效果好，控制冷却能力较方便，但结构较复杂，需使用大量冷却液进行冷却[2]。YC6A220C型号船舶用柴油机的冷却系统采用水冷型式。

1.3 柴油机冷却系统工作原理

YC6A220C型号船舶用柴油机的冷却系统是采用海、淡水双路循环冷却，如图1所示：淡水泵将淡水泵入滑油冷却器冷却滑油后，再进入冷却缸体及汽缸盖;从机体出来的高温淡水，经过节温器作用，一部分直接回到淡水泵入口，另一部分经海淡水热交换器后回到淡水泵入口。海水经海水泵泵入中冷器冷却高温高压空气，再进入海淡水热交换器冷却高温淡水，之后排出船舷外。机油随机油泵注入机体内有冷却潤滑活塞、气缸套、轴瓦、曲轴等作用[3]。

2 柴油机冷却水系统高温故障分析及解决方案

2.1 冷却水系统高温故障状况

“广西港航4104”巡标船是高速船艇类型，船舶吃水较浅，只有0.6 m。船舶在高速航行（35 km/h）时，经常出现主机冷却系统水温升高，系统水温高报警提示，甚至因达到内循环冷却水温度限定临界值以上出现主机自动停机保护现象。如果在该繁忙的水域航行时，主机突然停机，船舶失去动力，无法进行避碰，这种情况是非常危险的。经检查发现，是因为海底门长期缺水，造成主机冷却系统水温升高的。

2.2 海底门缺水问题状况分析

当船舶航行速度>35 km/h时，发现排出舷外的海水流量比较小;当船舶速度<28 km/h时，排出舷外的海水流量正常。针对上述问题，结合了流体力学及船舶高速航行时船底流体线性分布的特性分析，当船舶高速航行时，平面光滑的船底与海水形成相对高速流动，有时海底门形成真空失水状态或海底门进水不足。海底门持续进水不足或无水状态，使主机出现因缺海水冷却导致水温、油温过高等问题。

2.3 海底门缺水问题解决方案

为了解决在高速航行时海底门持续进水不足或无水状态的问题，我们采取了一种简单、使用方便的结构，就是将海底门改成有兜水的功能。在海底门格栅后部焊接长与高为200 mm×35 mm的挡板，这一结构利用船向前高速航行时将经过海底门部分海水拦截进海底门中，解决了海底门缺水的问题。但加装这种装置增加了船体的附加阻力，其增加的附加阻力对于大功率高速船影响不大

3 柴油机机油润滑系统高温故障分析及解决方案3.1 机油油温高故障状况

“广西港航4104”巡标船的主机是船用高速机，额定转速为2 230 r/min。该船在投入使用一段时间后，发现船舶在额定转速带负荷的情况下航行1 h左右，机油油温逐渐升高，油温达到115 ℃临界值时系统自动停机保护。当油温达到临界值时，内循环淡水的温度保持在91 ℃正常的范围内。当主机带负荷时转速降低到80%的额定转速时，油温还是偏高，保持在105 ℃左右。机油温度一般在85 ℃～100 ℃范围内。若机油油温太高，将对发动机造成不良影响。当机油温度超过110 ℃及以上，将使机油黏度严重下降，并易于氧化变质而失去润滑作用。油温偏高这一问题急需解决。

3.2 机油油温高的故障排除与分析

3.2.1 对主机外部检查分析

首先对机油量进行检查，机油油量不足或液面过高时，也会导致机油温度过高现象。技术员到现场检查了机油量情况，确定机油油面高度在油标尺上下刻度之间，并不是因为机油油量不足或液面过高导致机油温度过高的。

再对主机的排放废气、主机油底壳的透气孔进行检查，当时排放的废气正常，没有发现冒黑烟、白烟、蓝烟等情况。确认并不是因为超负荷、高温的燃气直接窜入曲轴箱对机油直接加热，从而导致机油温度过高的现象出现。

3.2.2 对主机润滑油系统内部检查分析

首先对更换的机油及机油滤清器型号进行核实检查，因为当时进行了主机一级保养后，才出现机油油温高、水温正常这一现象。技术员认为是因为更换了不合适的机油造成机油油温高的现象。但在重新更换了该主机型号专用机油及机油滤清器，运行一段时间后，还是出现机油油温高的现象。

检查并不是因为机油及滤清器造成油温高问题后，技术员再提出可能是机油冷却器机油散热器堵塞或结垢造成的散热不良。最后在厂家订购同型号的机油冷卻器回来更换，但效果还是不理想，运行一段时间后，油温还是偏高，问题还没有得到解决。同时也怀疑机油泵出现故障，或泵油量过少，导致散热不佳，但根据机油监控的压力仪表数值显示在0.45 MPa左右，机油压力正常，所以机油泵并没有故障。

根据只有油温高而内循环冷却水温度正常情况进行判断，怀疑是油温的温度探头测量数据不准确，出现数据偏高情况。当出现高油温显示时，立刻停机，用灵敏的温度计从机油尺孔插进油底壳的机油中，现场测机油的温度。然而温度计测量出来的数据与主机油温监测系统的数据对比，两者的数据相差1 ℃，在误差范围内，所以并不是温度探头的问题。

3.2.3 引起机油油温高故障的原因

该船的主机刚投入使用时间不足一年，正常进行维护保养，并没有对主机内部的配件进行拆装、装配。技术员根据自己检查分析的情况，与玉柴厂家的售后服务部的技术员进行反映、讨论。最终讨论的结果是该型号主机的机油冷却器的冷却能力不足，即主机长时间高速运行，机油得不到充分冷却，造成油温高的现象。

3.3 机油油温高的问题解决方案

为了解决机油冷却器的冷却能力不足这一情况，提出了在机油冷却器后增加一个机油冷却器进行二次冷却的方案。进行二次冷却的冷却器的热换面积计算及冷却器型号选择，选型计算公式如式（1）～（3）所示：

经过计算，确定选择型号为GLC1-0.8的船用冷却器，其总长为660 mm，直径为115 mm，流量为80 m/h，热交换面积为0.8 m3，工作温度≤125 ℃，工作压力≤0.9 MPa。

经过在主机机油冷却器管路后增加一个型号为GLC-0.8的船用冷却器进行二次冷却后，机油得到充分冷却，机油油温恢复到正常范围内。

4 结语

通过以上对“广西港航4104”船的柴油机冷却系统的改造，经过实船运行效果明显，从根本上解决了“广西港航4104”船因冷却系统频繁高温而停机的安全隐患，确保该船全年正常运行，提高了柴油机的使用经济性，提高了该船的巡标的工作效率且具有实际应用价值。

参考文献：

[1]伍赛特.船用柴油机可靠性要求及改善措施研究[J].内燃机，2019（6）：48-51，55.

[2]刘江涛，张 鹏，李治明，等.某船用柴油机机组拉缸故障原因分析及解决方案[J].内燃机与配件，2020（5）：50-52.

[3]田海涛.船用柴油机故障诊断技术研究[J].装备机械，2019（3）：65-68，72.