关于某轮主机高压油泵故障的排除及思考

作为船舶动力装置最核心的设备，船舶主机工作性能的好坏将直接影响到船舶的推进和正常航行，甚至影响到船舶财产及人身安全，因此必须时刻保证其可靠性。主机高压油泵作为燃油喷射系统的核心设备，其工作性能的好坏直接关系着主机能否正常启动及良好运转。高压油泵的主要作用是定时、定质、定量地为柴油机各缸提供喷射的燃油，以保证柴油机工作过程中的喷射与燃烧两个重要环节，使柴油机能正常地启动发火和良好地运转，确保船舶的推进与正常航行。如果柴油机出现高压油泵工作不正常，轻则引起柴油机各缸燃烧不正常，功率分配不均，转速不稳，经济性下降，严重时甚至会导致无法启动和运转，影响到船舶的正常营运和航行安全［1］。一、故障概况某轮为载重27500t的散货船，主机为5缸二冲程直流换气柴油机，日本制造。

型号为5UEC52LA，功率5900kW，采用废气涡轮增压。在某长航次经过20多天的航行抵达美国某港口锚地，4天后准备按计划由锚地起锚靠港，但在备车时发现主机无法正常起动，短时间内又未能找到故障原因，最后只得被迫取消靠泊计划。在之后的数天里，经反复检查和测试，终于发现主机不能启动的原因是由于主机5个缸的高压油泵柱塞、套筒偶件全部磨损过大，内部泄露严重，以至于在启动时供油压力过低，导致喷油器针阀不能正常开启，主机也就无法正常启动运行，后来将全部高压油泵的柱塞、套筒偶件换新，终于恢复了其正常运转。二、故障的排查处理过程在该轮突然出现主机无法正常启动的故障后，由于冲车时并未发现明显异常，初步确定压缩空气启动系统未发生故障。接着对主机进行换向操作，能成功换向，但换向后倒车启动仍然失败。启动过程中柴油机转速显示能达到60rpm/min，与之前相比并没有明显下降。接着检查主机调速器，在启动时调速器能正常输出动作拉动燃油杆，各缸高压油泵燃油齿条也均能动作，齿条上油门刻度指示也未见异常。通过高压油泵观察孔观察各缸柱塞运动，也未见卡阻现象。最后通过打开各缸示工考克进行启动，发现所有缸均无火星冒出，仅有两个刚从示工阀中冒出的空气中含有少量烟气。根据以上诸多状况初步判断是启动时基本上无燃油喷入气缸，从而导致无法启动，具体原因还需仔细逐步查找，短时间内并无法排除，因此只得向港方申请延迟靠港。首先对主机各缸的喷油定时进行检查，均在说明书要求的范围之内。接着对所有缸的喷油器逐一拆除，进行解体，清洁，重新按规定调节其启阀压力，由于检修过程中仅发现启阀压力略有下降，并未发现其他异常，因此确定喷油器并不是故障的关键所在。之后对各缸高压油泵进行解体，发现内部极脏，积碳很多，各密封胶圈老化严重。经柴油浸泡清洗干净后，检查发现各缸柱塞与套筒之间配合均很松，通过滑动试验，确定柱塞与套筒偶件由于过度磨损配合间隙超标。查找备件，船上仅存留一套新的，只能对一个缸进行换新，其他缸只能清洁后将原零件装复。最后再重新试车，主机仍然无法正常启动，但启动过程中观察换新柱塞套筒的缸，发现已能正常喷油发火。最终确定该轮主机无法正常启动是由于所有缸的柱塞套筒偶件同时严重磨损所导致的。三、故障的原因分析在以前的船舶实践工作中，我们经常碰见船舶副机高压油泵的柱塞、套筒在工作较长时间后，由于柱塞套筒的过度磨损、密封性下降、泄露严重，造成柴油机功能下降、喷油压力降低、各缸喷油量不均、转速不稳等现象，也经常对整台副机的柱塞、套筒偶件进行换新。但对于船舶主机，所有缸的高压油泵柱塞、套筒同时出现比较严重的磨损还是很少遇到的，即使偶有发生，一般也是在一些老旧船上出现过。且由于本文所提到的该轮船龄较小，主机总运行时间还不足四万小时，所以在故障的查找过程中经历了不少周折。其实在该轮出现这一故障之前的一段时间里，就曾经出现过转速不正常地自动下降。在与以往相近的外界负荷时，油门加大，转速却自行下降或者说在同样的油门下，转速较以前偏低，加速过程较慢。正常负荷下，转速波动幅度增大，调速器输出动作频繁。由于这些现象与海况恶劣、船舶阻力较大时所出现的类似，并未引起轮机管理人员的重视。在常规的示功图测试中，也发现主机的压缩压力基本不变，爆炸压力降低，在无外界负荷影响下，各缸燃油齿条刻度指示较大而排气温度却稍有下降，且各缸之间的排气温差加大，变化频繁。在以前的主机启动中也曾经出现过启动困难，有时会“偶然”开不出倒车。在抵港（特别是抵锚地）时由于倒车次数不多，“偶然”一次倒车不来，可能未引起注意。在主机慢速运行时，转速也不是很稳定，最低稳定转速的数值上升。由于在低转速时个别高压油泵工作状况的好坏，最容易影响低转速的稳定和能否在最低稳定转速上持续运行。以上诸多现象其实与高压油泵柱塞套筒的过度磨损都有直接的关系。磨损导致配合间隙增大，密封性下降，泄漏严重，也就引起供油压力下降，供油量减少，同时燃油的喷射压力下降，直接影响燃烧状况。各缸磨损的不均匀使得喷油量不均匀，也就引起了负荷不均和转速不稳的现象。在严重的极端状况下，出现了甚至无发油门刻度低时因泄漏严重，供油压力不能达到油头的启阀压力而不能喷油至气缸内，若所有缸均出现该问题，最终的后果将导致柴油机根本无法启动。上述该轮在之前某次抵锚地时，也曾发生一次倒车不来，在等泊期间曾对主机的扫气箱、油头、排气阀、气缸启动阀等进行了常规的检查和保养，并换新了所有缸的油头。对换下的油头进行过泵压试验，发现换下的油头启阀压力均比正常值下降了3~5MPa（主机说明书规定的启阀压力为32MPa）。换下的油头启阀压力下降，由很多种因素造成，未必是油泵出问题，但当较多的油头同时出现启阀压力下降时，则必须考虑高压油泵的供油压力，而柱塞套筒间的磨损状况又直接决定了油压的高低。燃油的质量好坏会影响油泵柱塞、套筒的磨损和密封性，亦会影响油头针阀的磨损和密封性。油泵出口压力的降低，往住会被油头启阀压力的下降所掩盖，导致我们在寻找故障原因时走入误区。由于过度磨损并非一朝一夕，必须经历较长时间才能累积形成，这也反证了为什么远航抵锚之前的航行过程中都比较“正常”，而在锚地备车时却不能正常启动主机的原因所在。四、故障的思考与总结该轮在这次故障中，由于备件缺乏，额外用拖轮带靠码头和等备件所耽误的船期所产生的费用要远远高于换新备件本身的花费。通过回顾该轮发生故障的前后过程和现象，并加以认真分析，有很多东西值得我们去思考和总结。1、重视对主机高压油泵柱塞、套筒的检查、保养工作由于实船上主机高压油泵较少发生故障，管理中容易忽略对其日常的维护与保养。船舶轮机人员对柱塞、套筒的检查、保养工作是被动的。通常说明书并未对维修保养的周期提出明确的期限，许多柴油机说明书中也仅仅是提“Basedonobservation”（基于观察）决定其维修时机，即采用视情维修的方式来避免其发生故障。但是这种“观察”有时是比较困难的，高压油泵柱塞套筒属于精密偶件，根据厂家设计，柱塞和套筒之间的正常间隙应该在0.02mm以内，其极限间隙应不超0.04mm，也就是说磨损量不超过0.02mm，其实无论新件或旧件，凭借船上的测量手段和工具都无法准确测量出上述间隙，只能凭经验和感觉粗略判断它们之间是否已经磨损过度。尽管如此，我们认为这种“观察”还是有必要按计划地定期进行并加以记录，通常在4～5年的一个周期里应对所有高压油泵的柱塞和套筒进行拆检一次，即采用定时维修的方式，注意检查柱塞表面的状况，尤其是头部斜槽附近的工作面和与套筒配合的松紧度。2、及时发现主机高压油泵出现泵压功能下降和失效的征兆故障发生前往往是会有前兆的。除了因某种原因造成的油泵柱塞卡阻外，这种逐渐磨损的柱塞、套筒引起的故障亦会有前兆或各种不正常症状。回顾该轮发生故障的前前后后，也能充分证明这一点。根据故障征兆，及时地进行检查与修理，避免故障的发生。3、查找故障的过程中善于分析和观察，尽快找到故障原因所在上述分析的各种“前兆”未必在一艘船上同时出现，亦未必每一项都表现得那么明显，且有些现象不一定是高压油泵故障所特有，而是与其他故障的症状混在一起的。但作为一个善于分析、勤于动脑的轮机人员来说，平时多注意这些“蛛丝马迹”，相信可以帮助掌握和了解高压油泵的工作状况，即使出了故障亦能尽快找到原因，避免走很多的弯路。故障发生后，首先要尽快确定故障出自控制系统，还是燃油系统。通常遇到主机不能正常启动时，最先想到的总是控制系统（包括控制阀，调速器），然后是安全保护系统，最后才是燃油系统。根据实践中对主机启动这一部分故障的统计，燃油系统的概率也是最低的，一般不会因为某个油头不好或某个油泵工作欠佳造成主机无法启动，但同时应该看到，近年来大部分船舶比较重视和定期对控制系统中的各个控制阀件加强检查和养护，对启动空气系统的清洁和除湿也比较重视，相对发生问题的就少了。笔者认为，如果冲车，正倒车换向，特别是冲车转速能达到发火转速，则大部分的情况下，故障的原因在于燃油系统。此时则应首先鉴别是否有燃油进入气缸。通常主机冲车，达到最低发火转速后，油门会开启或高压油泵顶部的泄油阀会关闭，此时可打开某缸示功考克，检查是否有油进入气缸，或是否发火。如果没有燃油喷入气缸，可能是喷油器在关闭位置卡死或油压达不到启阀压力。喷油器卡死可通过触摸高压油管的脉动状况来加以判断，而在实船上，很难判断高压油泵的出口压力是否正常，必要时可将某一个油头（可取主机最前端或最末端，以便拆装和防护）的高压油管拆离，另装一个油头（周围加以防护），短暂启动，观察其是否能正常喷油［2］。五、日常维护管理中的建议措施为了避免故障的发生，引起较大的经济损失甚至危及船舶的安全，日常维护中可以采用以下相关措施来加以防护。1、加强燃油的净化处理。作为船舶，我们必须面对现实：即接受各种产地不同质量的燃油。我们所能做的，除了认真做好燃油的规范取样和正确储存外，尽可能做好燃油的净化处理工作，把好燃油进入主机前的重要关口。分油要切实有效，滤器不应有破损。2、认真检查各缸高压油泵的运行状况包括各缸功率发挥，压力和温度变化及是否漏油，凸轮轴滑油是否被燃油污染等等，有计划地定期拆检各缸高压油泵，将每次检查结果详细记入“轮机员维修记录本”，如有异常，尽快电告公司，更换备件应有详细记录。3、保证船舶留存备件充足。按照船级社主要备件最少在船存量的要求，通常主机高压油泵柱塞、套筒备件只需备用一套。考虑到现实情况，适当增加2～3套，日常工作中应认真清点备件存船情况，分清新、旧件，并将情况电告公司，以便统筹及时订购供船。4、控制主机燃油进机温度。燃油温度通