某船MTU16V396型柴油机机油耗量过高故障原因分析及排除措施

作者:未知

  摘    要:近年来随着国家海洋维权意识的不断增强,各类舰艇、公务船不断建造入列服役,MTU系列柴油机在舰船领域应用也越来越广。本文针对某船MTU16V396型柴油机机油耗量过高故障原因进行分析,并给出了相应的措施排除故障,对类似柴油机故障的排除具有借鉴意义。
  关键词:机油消耗量;燃烧室;磨损;冷却水
  中图分类号:U664.121                              文献标识码:A
  Abstract: In recent years, with the increasing awareness of national maritime rights protection, various types of naval vessels and official ships have been built and put into service. The MTU series of diesel engines are increasingly widely used in the field of naval vessels. This paper aims at analysis on the fault causes of excessive oil consumption of MTU16V396 diesel engine on a ship, finds the specific reasons through corresponding elimination measures, and finally solves the problem of excessive oil consumption. This has certain reference significance for the trouble elimination of marine diesel engine in use and repair.
  Key words: Excessive oil consumption; Combustion chamber; Abrasion; Cooling water
  1    前言
  1.1  故障概况
  某船采用4台发电机组,动力为MTU16V396型柴油机,该柴油机额定转速1 800 r/min、额定功率1 000 kW。按照该柴油机使用说明书,机油消耗量正常值为1.2~2.4 g/kW·h,最大不超过3.6 g/kW·h。但该船船员反映,2#发电柴油机机油消耗量过高、机油添加次数多,在50%额定功率下连续运行约12 h就要加一次机油,机油消耗量高达7g/kW·h。为此,船员检查了机油管路、冷却器、滤清器均无发现泄漏,说明常规检查未发现故障原因。
  1.2  柴油机运行情况
  在该船2#发电柴油机检修前,对该柴油机从0~25%~50%~75%~100%额定负荷进行负荷试验:发现排气在0~25%额定负荷时呈白蓝烟色,50%额定负荷时呈淡蓝烟色,75%~100%额定负荷时呈淡灰烟色;检查曲轴箱呼吸器出口,发现有白色烟雾排出;机体、管路未发现有机油渗漏现象。
  该柴油机的技术参数在额定负荷时的标定值为:机油压力3.5~6.5 bar;机油温度80 ℃~90 ℃;冷却水温度75 ℃~85 ℃、报警87 ℃。试验参数见表1,各试验参数虽在标定值范围内,但已接近或达到极限值,其中机油压力偏低、机油温度偏高、冷却水温度偏高。
  2   故障原因分析
  2.1  柴油机润滑系统
  柴油机运行时,各运动部件均以一定的力作用在与其相配合的部件上,两表面间必然受到摩擦阻碍并产生热量,所以必须在两个相对运动部件接触面间添加机油予以润滑,使运动部件之间磨损减轻、阻力减小;同时,机油还起到冷却、清洁、防腐的作用,对于活塞与缸套间的油膜还可起到密封作用。因此,机油的正常供给是保证柴油机可靠运行的必要条件。
  MTU16V396型柴油機为四冲程、16缸V型排列、废气涡轮增压、带中冷器、直喷式柴油机。该机采用湿式油底壳带有进气阀座润滑的压力循环润滑系统。进气阀座润滑系统是利用机油计量泵定量地把机油供给中冷器空气出口中的喷嘴,机油通过喷嘴与增压空气相混合后经进气阀进入燃烧室,而空气中的机油会吸附在进气阀及阀座上对其进行润滑以减少点蚀。
  润滑系统的组成及油路布置见图1:机油泵将具有一定压力的机油源源不断地送往各部件接触面,主要部件有曲轴、活塞连杆组件、配气机构、高压泵、增压器等。
  2.2  机油耗量过高原因分析
  由图1可知,机油从油底壳经机油泵到各个润滑部位后回油至油底壳,形成闭式循环。当某些因素造成机油在管路附件等处渗漏或润滑部位消耗时,才会造成机油消耗量过高,而润滑部位消耗主要是机油进燃烧室烧损。由此可知,引起机油消耗量过高的主要原因有以下几个方面。
  (1)润滑系统管路或附件渗漏
  机舱空气温度较高且含有大量的酸、碱、盐等物质,恶劣的环境易使橡胶密封件老化、失效;同时,柴油机的振动易引起油管破裂、油封损坏、紧固螺栓松动,造成润滑系统管路或密封件渗漏;另外,因正常工作时机油压力大于冷却水压力,机油会进入冷却水中,可通过冷却水水质来判断。该机型较为常见的泄漏部位是曲轴输出端泄漏、管路连接处泄漏等。
  (2)机油进入燃烧室烧损
  机油在燃烧室燃烧后排气中含有一定比率的直径0.4μm以下的机油蒸汽颗粒,会形成蓝色烟气,一般可从排气的烟色中判断机油是否进入燃烧室烧损。机油进入燃烧室烧损的原因大致如下:   ① 空气滤清器、曲轴箱呼吸器堵塞:空气滤清器堵塞导致进气行程时由于气缸压力过低而使机油从缸壁或气阀导管吸入燃烧室;曲轴箱呼吸器堵塞,会导致曲轴箱内压力过高而把机油在进气行程时从缸壁压入燃烧室。
  ② 进气阀座润滑系统漏油:进气阀座润滑系统中的机油计量泵损坏时,会导致过多机油喷至进气管,机油随增压空气进入燃烧室。
  ③ 增压器密封油环失效:当增压器压气端的密封油环损坏而导致密封失效时,会造成机油泄漏至压气机进气道,机油通过进气管随增压空气进入燃烧室;当增压器涡轮端的密封油环损坏而导致密封失效时,会造成机油泄漏至涡轮机叶轮,机油会进入排气管烧损或随排气管排除。
  ④ 气阀杆与气阀导管磨损或进气阀导管密油封损坏:气阀杆与气阀导管磨损会造成间隙过大、进气阀导管密油封损坏而密封不良,都会造成机油沿着气阀杆与气阀导管之间的间隙进入燃烧室。
  ⑤ 缸套、活塞连杆组件磨损:缸套与活塞磨损后间隙过大、缸套有拉痕、活塞环磨损或弹力不足、活塞环边隙、开口间隙过大、活塞环卡死、装反或对口,均会造成活塞环与缸套贴合不良导致密封失效,使机油进入燃烧室;此外,如连杆发生弯曲或扭曲,会引起活塞跑偏而导致气缸单面磨损,同样会造成活塞环与缸套贴合不良而使机油进入燃烧室;同时,缸套、活塞连杆组件磨损,也会引起燃烧室高压燃气从缸壁窜出,曲轴箱呼吸器伴随有烟气排出,因此可通过曲轴箱呼吸器是否有烟气排出加以判断。
  通过对该船2#发电柴油机故障现象和机油消耗量过高原因分析,造成该机机油消耗量过高的原因可能是缸套、活塞连杆组件磨损。对此,在本次修理中对柴油机拆检,发现异常部位如下:
  ① 拆出的16套活塞环外圆端面均有不同程度的磨损现象,部分活塞环开口间隙已接近或超出海军修理标准要求,活塞环开口间隙较大的是A2、A8、B2、B7缸的活塞环;
  ② 拆检发现有10个气缸套工作表面有局部光面和贯穿拉痕现象、6个气缸套工作表面有局部拉痕。其中A2、A8、B2、B7缸最为严重,A3、B2缸在曲轴轴线方向两侧均有光面和贯穿拉痕,两侧光面宽度约为1/4圆周、拉痕宽度在0.1~0.3 mm之间、最大深度约0.1 mm(见图2、图3);A8、B7缸排气侧有片状拉痕,跨度约为1/4圆周、最大深度约0.08(见图4、图5)。气缸套是燃烧室的重要组成部分,气缸套如产生光面、贯穿拉痕,会在柴油机运行过程中造成活塞环与缸套贴合不良,使机油进入燃烧室而烧损;
  ③ 经过测量检查缸套内径,其中A2、A8、B2、B7缸套内径超标;
  ④ 检查中冷器发现,中冷器冷却水道出水口侧有较多水垢,会影响中冷器冷却效果和冷却水的通畅性;
  ⑤ 其他部件检查无发现异常,如机油冷却器、机油泵、机油计量泵、增压器、气阀与气阀导管、连杆与连杆轴瓦、曲柄销、高压泵等。
  (3)故障原因综合分析
  通过故障分析与检查,2#发电柴油机中冷器冷却水道出水口侧有较多水垢导致缸套磨损是造成机油消耗量过高的主要原因。
  这是因为中冷器冷却水道出水口侧的水垢堵塞会造成冷却水流通不畅,从中冷器出来进入机油冷却器的冷却水温变高,使机油温度升高,从机油冷却器出来后进入机体缸套冷却水腔的冷却水温变高,势必影响润滑缸壁机油的温度。机油温度高会降低机油粘度,加快机油氧化变质速度,使润滑部位的油膜蒸发,缸套与活塞之间的配合面网纹磨损或出现密集细小拉痕、燃烧室密封性受到破坏,导致过多机油进入燃烧室烧损,同时高压燃气会从缸套内壁的拉痕渗漏到曲轴箱,引起曲轴箱呼吸器出口有烟雾排出。如柴油机长时间在这种情况下运行,润滑不良,会造成缸套网纹磨损或拉伤加剧。当机油在燃烧室燃烧,低负荷时蒸发较慢蒸汽颗粒较粗,易挥发性的物质先蒸发呈白蓝色;中等负荷时燃气温度升高蒸发速度加快,难于蒸发的成份也蒸发了,蒸汽颗粒变细,呈淡蓝烟色;高负荷时,燃气温度达到最高,足以把机油完全燃烧,故烟色呈淡灰色。
  3    故障处理措施及试验结果
  (1) 清洗中冷器:彻底清洁冷却水道的水垢,确保中冷器冷却水道的畅通性和冷却效果;回装前仔细检查中冷器冷却水道的畅通性,避免因垫片或其他异物堵塞引起冷却水道不通畅;
  (2) 针对拆检修理过程中发现气缸套有较深从上部贯穿缸套下部的拉痕或缸套内表面网纹磨损的缸套,对其进行珩磨处理或更换:①网纹粗糙度Ra3.5μm ~7.5μm;② 网纹切边干净和边缘清晰;③ 珩磨夹角45°~60°磨出网纹;④ 珩磨缸套内径尺寸需满足海军标准要求,并保证活塞环开口间隙要求;
  (3) 柴油机在更换新活塞环、新缸套或缸套重新珩磨后,按照试验要求进行磨合试验:在柴油机磨合过程中密切关注各工况参数,观察排气烟色,如有参数异常及时排除并查明原因。
  柴油机修理回装后,该机按照试验要求对各个工况进行磨合试验。试验结果各工况参数正常,曲轴箱呼吸器未发现烟雾,排气烟色始终呈淡灰色,用内窥镜检查缸套内表面均无发现异常情况。经磨合试验、系泊试验、航行试验、及日常运行中,机油消耗量正常,消耗率在1.2~2.4 g/kW·h范圍内,有效的排除了机油消耗量大的故障。
  4   小结
  MTU396柴油机已引进国内多年,运行稳定,但在运行中应细心观察各种参数的变化,若有异常情况应及时排除。柴油机结构、系统复杂,各结构、系统相互影响,若某部件或系统出现异常,势必影响其它部件或系统,乃至影响整台柴油机的运行,如本文中因中冷器堵塞引起的冷却水温度偏高,进而引发缸套润滑不良而造成缸套磨损,最终导致机油消耗量过高的故障。
  本文针对MTU396柴油机机油消耗量过高的原因进行了系统分析,找出直接原因提出了全面有效的排除方法,对排除此类故障具有一定的参考和借鉴意义。.
  参考文献
  [1] MTU396系列柴油机使用说明书.海军工程学院.
  [2]黄少竹.船舶柴油机[M].大连海事大学出版社, 2005.
  [3] HJB136-95 海军舰用MTU396TC型柴油机修理技术标准.1995.
  [4] MTU396系列柴油机维修技术规范.国营第六一六厂.
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