某船发电柴油机排气阀故障实例分析

1故障现象及定位

某船在航行期间,岗位人员突然听到机舱传出发电柴油机增压器短暂的啸叫异响,同时发现发电机功率从原始55%负载不断下降,还出现补气电磁阀报警、功率报警。为全力保障电力畅通稳定,岗位人员迅速遥控启动备用发电机组并网并对故障发电机解列,在前往现场进行应急处置和故障排除时未听到异响,检查各参数时发现扫气箱温度上升至90℃（正常为40℃左右）,且1#缸排温为260℃,与其余各缸排温存在较大偏差,岗位人员迅速对故障发电机组进行停机检查。

岗位人员根据故障现象对发电机组进行故障排查:

（1）对增压器空气系统进行检查,重点试验了补气电磁阀的功能是否完好,检查增压器气路是否通畅,结果表明增压器气路通畅并无堵塞,且调阅故障机组增压空气转速、原动机运行转速、发电机频率曲线图,如图1所示,发现故障时增压器转速确实下降,且随后出现短暂的转速及频率上升,说明故障时增压器转速下降引起增压空气压力不足,导致机组功率下降和调速器自动调整,引起转速和频率短暂上升,整个过程确需补气电磁阀动作补气,因此排除了补气电磁阀故障导致的误报警可能。

（2）对空冷器进行检查,未发现凝水及脏堵情况,排除了空冷器不畅导致增压空气压力低报警的可能。

（3）对增压器淡水温度进行检查,发现增压器淡水进出机温度正常,排除了淡水系统故障引起扫气箱温度异常的可能。

（4）对排温异常的2#缸进行检查,首先检查排气阀间隙,发现排气阀间隙较小,随后拆除摇臂机构,发现排气阀阀杆断裂（图2）。岗位人员随即拆除1#缸摇臂机构并进行吊缸检查,发现其余进排气阀阀盘不同程度变形,其中一个排气阀阀盘下端碎裂,底部贯穿活塞并斜插于活塞顶部。

正是由于1#缸排气阀阀杆断裂,燃烧后部分废气随进气阀倒灌至扫气箱,引起扫气箱里增压空气温度异常升高,同时排烟总管废气量下降,导致增压器转速下降,增压空气压力与机组运行工况严重不匹配,Lambda气缸底部补气电磁阀信号触点接通,且超过设定的l0s延时报警值,在增压器转速下降初期,调速器自动调整出现短时突加负荷引起原动机转速及发电机频率上升,因而产生增压器啸叫、喘振、补气电磁阀报警、功率报警、1#缸排温异常等现象。至此,故障得以定位。

2故障原因分析

造成阀杆断裂的原因通常包括:

(1）油料品质问题。油料品质差易导致积垢和结炭现象的出现,附着在气阀与阀座接触面,导致气阀偏心,不规整运动,最终造成阀杆疲劳断裂。

(2）气阀间隙不当。间隙过大,阀杆温度升高,导管内滑油因高温结炭,燃烧物在间隙中沉积:间隙过小,气阀工作热膨胀后也易与导管产生磨损,两者都会造成阀杆断裂。

(3）阀杆质量问题。阀杆本身质量存在问题,在频繁撞击和高温环境的双重影响下机械强度降低,最终发生断裂。

(4）长期运行磨损腐蚀。气阀阀盘长期在高温高压运行中与阀座撞击易产生变形,如受到燃气中的炭粒及其他杂质冲刷,长期累积产生伤痕,均会造成阀盘落座不平稳,阀杆受力不平衡。且气阀阀杆与导管长期在高温环境下往复运动易产生摩擦磨损,导致阀杆偏心,产生局部应力集中,同样易引起阀杆受力不平衡,造成阀杆断裂。

该船发电柴油机组使用一10号柴油,进入喷射系统前需经过油柜粗滤器及机体精滤器两道过滤,岗位人员定期组织油柜放残及滤器清洁,近几次滤器清洁均未发现异常,且查阅故障机组值班本燃油压力无异常,其余4台机组燃油压力也正常,因此可排除油料品质的问题:船舶航行前,岗位人员对5台发电机组气阀间隙进行了检查,未发现异常,查阅近半个月以来机组运行排温数据均正常,因此可排除气阀间隙不当因素:经调阅维护保养记录,本批次排气阀为2015年发电机运行16000h原厂家保养时进行的统一更换,近期未进行过单独更换,因此可基本排除阀杆质量问题。目前,该船5台发电机组运行时间分别为:1#发电机31412h、2#发电机31720h、3#发电机31317h、4#发电机30815h、5#发电机30568h,均已接近第二个16000h大修周期,需对进排气阀进行拆检维护。在2015年16000h大修时,就因排气阀阀盘与阀座长期在高温高压环境中运行产生变形,对所有排气阀进行了换新,因此本次该发电柴油机组故障是由排气阀长期工作造成阀盘变形,进而引起阀杆受力不均,应力集中导致阀杆断裂的可能性较大。

3发电机运行管理

基于上述发电柴油机故障因素,在各项航行保障中只能选择其他4台发电机组交替运行使用,为防止其他机组故障,做了针对性的维护保养和运行检查,并总结出以下四点经验做法:一是“交接",主要是在交接班时对值班期间检查的现象和运行情况做好进一步的明确:二是“检查",到达现场观察机组本身有无明显异常(如跑冒滴漏或影响运行的杂物等）,各参数运行状态是否在规定范围,油柜液位是否在规定范围:三是“听",在检查时通过铜棒倾听发电机组各缸运行声音,不放过任何异常声响:四是“闻",通过嗅闻机组有无异味,判断有无漏油或排烟管漏烟等情况。

4总结及建议

发电柴油机是船舶的电力来源,其运行好坏直接影响着船舶电力的供应,故障严重时会造成巨大的人员伤亡和财产损失。因此,在日常的维护管理中岗位人员应加强业务学习,提高发现问题和解决问题的能力,正确操作保养与发电柴油机相关的每一台设备,保养完毕后应及时复查复核,并在值班巡视中加大巡查力度,为船舶电力安全提供可靠保障。

根据本文所述的故障产生原因和后续处置安排,建议从以下三个方面加强对发电柴油机在内的关键设备的维护保养工作:一是密切关注设备状态管控,定期开展设备检查工作,为排除设备隐患,避免设备出现问题,需要岗位人员切实掌握设备状态和维修保养周期等重要信息,这对紧前谋划和开展设备保养工作,确保设备状态稳定可靠有着重要的意义。二是科学有效地制订设备保养计划,当前,受疫情影响,船舶靠港时间进一步缩短,无法集中时间一次性完成大量保养工作。这就需要科学制订设备维护保养计划,将原先系统的保养工作化整为零,适应当前形势要求,提前联系维修厂家,协调备件,确保靠港即修,充分利用短暂的靠港时间穿插开展设备维护保养工作。三是全面提升岗位人员专业技能,培养一批能够提前发现并有效处理故障的技术骨干,高效开展设备维护保养和故障应急处置工作。