船舶救生艇柴油机燃油系统进气故障及排除

2021-03-31裴正强刘春玲

中国修船 2021年1期

裴正强，刘春玲，李冬

(1.中国外运长航集团有限公司，北京 100029;2.南阳工业学校，河南南阳 473004；3.交通运输部北海保障中心天津海事测绘中心，天津 300221)

2013年9月，某船在长江中游宜昌磨盘港锚地锚泊时，船员释放救生艇下水，当救生艇入水行驶10余米后发动机停机。事后检查，救生艇发动机为柴油机，导致柴油机故障停机的原因，是大量空气通过高压油泵前端管路破损处，进入了该救生艇柴油机燃油系统。

船舶救生艇发动机一般使用柴油机，其燃油供给系统是根据柴油机各缸的工作顺序，将高压燃油定时定量地输送到各缸喷油器，由各缸喷油器雾化、喷射进入各缸燃烧室进行燃烧，产生高温高压气体，推动活塞往复运动，活塞的往复推动力又通过连杆机构，驱动柴油机曲柄回转运动。管理不善情况下，柴油机燃油供给系统会进入大量空气，导致船舶救生艇故障。本文通过介绍燃油系统进入大量空气造成柴油机运转故障的现象，分析进气原因和消除方法，供同行参考。

1 故障现象

柴油机燃油系统进入空气会造成燃油流动阻碍。少量空气渗入喷油器会导致喷油量降低，柴油机功率下降；情况严重的可造成柴油机不能启动或停机故障。

柴油机在停机状态下，如果燃油供给系统进入大量空气，会导致柴油机不能启动。按动柴油机启动按钮时，会发出疲软的“突突”声，停止按动启动按钮后，柴油机很快停止运转。如果进入空气量较少，启动时也发出疲软的“突突”声，能够维持柴油机基本运转，但转速比正常情况不稳定。

柴油机运行时，如果燃油系统中进入空气，通常会发出“咔咔”的异响，曲柄在某一角度出现旋转波动现象，转速不稳定。如果空气量很大，严重的会导致柴油机停机。上述船舶救生艇停机事故即属于此类事故。如果空气量少，会导致供油速率不稳定，总燃烧供油量不足，柴油机功率下降，转速不稳定。

2 故障原因分析

柴油机运行或停止过程中，因正常磨损或局部损坏会导致空气进入到燃油系统。根据流体力学原理，当外部空气压力高于燃油管路内部燃油压力时，一旦管路内部与外界相互连通，空气就会进入燃油系统。因此，外部空气是大气压情况下，燃油管路内只有出现负压时，空气才会进入燃油系统，否则燃油会泄漏出来而不是空气进入管路内。根据柴油机运行工况和结构特点，将燃油系统进气部位故障分为柴油机运行和停止2种状态进行分析。

柴油机停止运行时，如果燃油箱内燃油液面高度低于柴油机高压油泵水平位置，高压油泵吸入端和排出端管路燃油呈现回流油箱的趋势，油管内部大部分高于油箱内燃油液面的部位处于负压状态。如果高压油泵吸入端负压部位的塑料油管老化变质、变硬变脆而破损，或者滤器密封失效等，将会导致空气进入该段管路。柴油机高压油泵输出端的高压油管或回油管接头部位密封不严、喷油器老化损坏、高压油泵柱塞套定位螺钉垫圈损坏或丢失、多缸高压油泵的限压阀失效、高压油泵柱塞磨损严重、高压油泵出油阀垫圈磨损或破裂、高压油泵放气螺栓垫片安装不良密封失效等，也会导致空气进入燃油系统。如果油箱内油位与高压油泵处于同一水平面或高于高压油泵位置，但低于喷油器，则位于燃油液面水平面以上的高压油管内是负压状态，高压油泵吸入端管路是正压状态。空气会通过损坏或密封不严的高压油管或喷油器进入燃油系统。如果油箱内油位水平面高于喷油器，并且供油阀处于开启位置，则燃油系统在停机状态下都处于正压状态，燃油系统一般不会进入空气，燃油会通过破损部位或针阀套筒等配合偶件间隙处向外渗出。

柴油机运行时，油箱内油位同样会影响燃油系统进气问题。在运行工况下，由于燃油是流动的，输油泵处于运转状态，喷油器的外部环境是高温高压燃气，这就使进气问题相对于停止状态新增多项影响因素。如果柴油机燃油滤器滤芯脏堵或燃油箱盖通气孔堵塞，不能从油箱内吸出油，会导致高压油泵吸入端的低压燃油管路形成负压状态。负压增加到一定程度，超出低压管路各密封部位承受极限，很容易造成密封失效，使空气进入管系内。在柴油机运行过程中，燃油箱内缺油，或者油箱内油位很低，在船舶倾斜晃动情况下，油管吸口会露出到燃油液面之上，吸口管路会直接吸入空气到燃油系统内。在柴油机运行过程中，如果喷油器磨损老化、调压弹簧弹力下降或者调整压紧力不足、喷油器针阀与针阀体磨损或拉伤，或者针阀偶件卡死在开启位置的情况下，会造成燃油系统通过喷油器损坏部位与外部空间连通。柴油机运行过程中，汽缸内的高压空气通过这些连通部位被挤压倒灌进入燃油系统，空气将通过喷油器、高压油管、出油阀进入喷油泵。在其他部位密封严密情况下，高压气体从喷油器进入后，如果回油管路回油端连接在燃油滤器前端位置，空气会经过回油管回流进入燃油滤清器。如果柴油机其他缸继续工作，柴油机继续运转，则空气会通过循环管路慢慢进入高压油泵，通过高压油泵泵油作用，空气进入高压油管路，并进入喷油器。空气量达到一定程度会影响到各缸燃烧做功能力，导致柴油机运转更加不稳定或故障停机。

3 燃油系统内空气驱除方法

在停机状态下，空气通常是从燃油系统存在负压的地方进入的。船舶救生艇或救助艇的油箱位置通常会低于柴油机，在柴油机燃油系统其他部位密封正常情况下，喷油器针阀偶件、高压油泵柱塞套筒偶件正常磨损会形成间隙。如果柴油机长期停放不运转，少量空气会通过这些间隙进入燃油系统。要驱除这些空气，需要手动按压手动泵几次，当手动泵到高压油泵段的低压油路压力足够高时，空气被泵压的燃油排挤至高压油泵位置，燃油从溢流阀中流入燃油回油管路，油路中的气体就会从溢流阀中排出。排除燃油系统内部空气后，柴油机就可以正常启动了。如果燃油系统异常损坏，进入的空气较多，需要用螺丝刀或扳手旋松高压油泵两侧上端的排气螺丝数圈，然后用手按压手动油泵。当排出的燃油连续、通畅、无气泡，并发出“吱吱”的声音后，证明空气已经全部排放出去了。空气排放结束后，将放气螺钉紧固，手动油泵恢复原位。

4 故障检查和防范

要判断燃油系统漏气具体位置，首先应确定漏气部位所在区域，然后再对该区域内部件进行逐项检查。在柴油机运转过程中，高压油泵和输油泵运转，其吸入端管路容易产生负压，相应部位更容易密封损坏进入空气。因此，通常以高压油泵为分界，将燃油系统分为高压油泵前端区域和后端区域。如果正常运行的柴油机突然因为空气进入燃油系统而自动熄火，要立即松开高压油泵上的放气螺栓，如果有气体排出，并且排完气体后，驱动手动泵时仍然有空气排出，证明高压油泵前端区域有进气部位，但不排除高压油泵后端区域进气。这时要先检查高压油泵前端区域各部位的泄漏情况，按照燃油流动路线顺序，逐项排查燃油箱、输油管、输油泵、滤器、高压油泵，确定各部件是否存在缺油、管路漏泄、输油泵损坏、滤器堵塞等情况。发现异常，修复或更换部件。通过检查，排除了高压油泵前端区域存在损坏部件情况后，再检查高压油泵后端区域。如果停机后松开高压油泵上的放气螺栓，还需要旋松出油阀才能排出空气；空气排放完以后，驱动手动泵时没有空气排出，说明空气是由高压油泵排出端的管路系统进入的。应该首先检查高压油泵后端区域，从高压泵开始仔细检查到喷油器，看是否有破损漏气，重点检查喷油器功能，如果喷油器损坏，应修复或更换损坏喷油器。

为保证柴油机正常运转，应定期检查柴油机燃油系统泄漏情况。长期停放的柴油机要定期试车运行，驱除高压油泵等部件正常磨损形成间隙而渗入的空气。柴油机的回油管路要尽可能连接入油箱，可以将意外进入回油管路内的空气通过油箱释放出去。要避免回油管路连接在燃油滤器前端，造成其中的空气再进入燃油供给系统。柴油机的油箱位置如果太低，其高压油泵前端燃油管路负压太高，更容易导致空气进入。油箱位置如果太高，燃油液面高度达到喷油器水平面之上，则燃油系统都处于正压状态，燃油存在外泄趋势。在柴油机停机时，燃油管路密封不严的部位、高压油泵磨损或损坏处、以及磨损或损坏的喷油器都会向外渗漏燃油。燃油在柴油机机体外泄漏，会造成燃油浪费，污染环境，形成火灾危险源。燃油在高压油泵部位泄漏入机体内部，也会造成浪费，如果高压油泵驱动凸轮采用与曲柄箱连通的结构，还会造成滑油污染，使系统润滑油黏度下降，润滑能力减弱。如果燃油通过喷油器泄漏入燃烧室，会通过活塞与缸套间隙进入曲柄箱，不仅污染滑油，留存在燃烧室内的燃油还会造成柴油机启动时燃烧粗暴、冒黑烟。所以，为防止燃油泄漏，油箱位置不宜太高，在高压油泵水平面以下、落差较小的位置比较合理。船舶救生艇柴油机相对于油箱的位置，因为救生艇存放方式不同而差别较大。抛投式救生艇在船舶上倾斜存放时，柴油机处于油箱上部较高位置，需要更多关注柴油机燃油系统进气问题。