某型艇主机及齿轮箱高温报警故障原因及排除

一、存在故障现象自2017年后，陆续接到部分用艇单位反馈：推进柴油机淡水温度较高，出现报警现象；减速齿轮箱滑油温度高、接排压力低，出现无法接排现象。1、柴油机冷却水温度异常（1）柴油机淡水温度达90℃以上，个别达到95℃，出现高温报警现象；（2）机带海水泵在柴油机转速1500r/min时，进口压力达-0.03MPa。经与柴油机使用说明书对照：柴油机海水泵进口压力不大于-0.025MPa，不满足该要求；（3）主机转速1650r/min时，热交换器进、出口温差大于50℃。经与柴油机使用说明书对照：柴油机热交换器温差不大于20℃，不满足该要求。2、齿轮箱滑油温度异常（1）齿轮箱滑油温度高，部分齿轮箱油压过低（齿轮箱油压2.4bar，低于齿轮箱操作说明书要求的4bar），无法接排；（2）减速齿轮箱润滑油消耗较快，热交换器出水口有油污。二、故障原因分析1、推进柴油机冷却水温度异常的原因分析（1）柴油机淡水不足，淡水与外界海水热交换少，不能充分换热，淡水温度上升较快。淡水不足可能是机体密封性下降、淡水渗漏或淡水使用较长时间消耗较多；（2）海水泵叶轮损坏，引起海水泵流量不足，导致海水与淡水的换热量减小，造成冷却淡水温度升高；（3）热交换器脏污或堵塞，海水与柴油机冷却水热交换效果差，从而引起冷却淡水温度升高；（4）冷却水系统设计未满足柴油机使用要求，导致海水供水不足，引起柴油机冷却水温度升高。2、齿轮箱滑油温度异常的原因分析（1）齿轮副啮合不良，产生挤压和摩擦，其发热量较正常状态大很多，造成滑油温度异常升高；（2）工作油压偏低，造成离合器摩擦片打滑而产生大量的热，从而造成滑油温度升高；（3）热交换器脏污或堵塞，海水与齿轮箱滑油热交换效果差，从而引起滑油温度升高；（4）冷却水系统设计未满足齿轮箱使用要求，引起齿轮箱冷却水温度升高；（5）热交换器损坏，滑油通过热交换器渗出。三、故障排查根据故障原因分析，首先对设计图纸与设备使用说明书进行了对照，并现场检查了柴油机海水泵、冷却水系统相关的管路及附件、柴油机及齿轮箱热交换器，排查情况如下：1、冷却水系统设计本艇型柴油机采用闭式冷却，即柴油机的冷却海水由主机自带的海水泵由海水总管抽取，分别流经主机燃油热交换器、齿轮箱滑油热交换器和高温水/低温水板式热交换器，分别对主机回油、齿轮箱滑油及主机高温淡水和低温淡水进行冷却，之后排出舷外。经核对系统图纸的设计，满足柴油机及齿轮箱冷却系统原理图的要求，可以排除因图纸设计导致柴油机及齿轮箱温度高。2、柴油机淡水不足经现场查看及询问相关人员，柴油机未发现冷却水泄露，使用时冷却水量满足最低液位要求，因此可排除柴油机冷却淡水不足引起温度高的问题。此外，经柴油机厂家拆解淡水泵：水泵叶轮形态完好、无明显腐蚀现象；叶轮转动灵活、无卡滞现象；驱动水泵的齿轮良好，无明显磨损等异常现象。因此可排除淡水泵损坏导致淡水流量不足引起柴油机淡水温度高。3、柴油机海水泵经检查柴油机海水泵运行情况：柴油机运转时海水泵并无明显振动、漏水等异常情况；经柴油机厂家拆检观察：水泵叶轮形态完好、无明显腐蚀现象；叶轮转动灵活、无卡滞现象；驱动水泵的齿轮良好，无明显磨损等异常现象。因此可排除因海水泵故障导致柴油机冷却淡水及齿轮箱滑油温度高。4、冷却水管路经核对冷却水系统图纸与现场实际管路布置，发现齿轮箱排舷外管路缺少截流孔板。截流孔板为首船试验时通过验证，在满足齿轮箱冷却水量要求后将截流孔板开度锁定，后续船按首制船设置。没有安装截流孔板会导致齿轮箱冷却水量较设计值明显偏大，经过滑油热交换器的流速过高而导致滑油热交换器快速腐蚀，引起热交换器的腐蚀穿孔，产生油水混合现象。5、热交换器及海水滤器现场对齿轮箱滑油热交换器、柴油机热交换器、海水滤器等进行拆检发现：海水滤网过滤后一侧生锈明显，未过滤一侧堵塞严重（见图1）；图1主机海水滤器拆检情况齿轮滑油热交换器有较多杂质，多数进水孔堵塞严重（见图2）；图2齿轮箱热交换器拆检情况柴油机热交换器海水进口侧有较多杂质、堵塞严重（见图3）。图3主机热交换器拆检情况热交换器及海水滤器堵塞严重会造成冷却海水量不足，从而导致主机冷却水及齿轮箱滑油温度偏高。经进一步排查发现：海水滤器滤网与滤器顶盖之间有一定间隙（见图4），导致杂质大量从间隙流入冷却系统，进而堵塞热交换器。图4滤网与滤器顶盖之间存在间隙6、齿轮箱热交换器对齿轮箱进行清洁后，重新加入润滑油并进行循环清洗。再次启动主机，油压已经恢复正常。但在运行过程中，发现仍有润滑油从热交换器流出，证明热交换器已经破损。7、其它现场勘察时，设备厂家发现部分齿轮箱进水管（与热交换器连接法兰端）未安装接地线，有的安装接地线时未彻底清洁接触面的油漆。设置接地线可将热交换器与船体连接在一起，以减少热交换器发生电化学腐蚀。从以上故障排查可知：热交换器堵塞是导致柴油机冷却水温度、齿轮箱滑油温度高的直接原因；热交换器堵塞是由于海水滤器滤网与滤器顶盖间隙过大，杂质从间隙流到总管所致；齿轮箱滤器损坏是由于冷却水流速超过防腐要求值，且未安装接地线或接地线接触不良。在多种因素作用下，导致热交换器腐蚀穿孔，引起齿轮箱滑油渗漏，工作压力不足。四、整改措施及效果1、更换齿轮箱热交换器更换损坏的热交换器，重新加油并启动主机运行。合排前、后压力分别为4.0bar和19.0bar，满足齿轮箱使用要求，热交换器亦未再出现润滑油渗出现象（见图5）。图5齿轮箱热交换器更换后试压情况2、改进海水滤器结构型式为解决滤网腐蚀问题，将滤网材质由普通304不锈钢改为耐海水腐蚀的双向不锈钢；为解决滤网与滤器顶部存在的间隙，其结构型式由开放式滤网改为易检修保养的提篮桶式滤网，滤网顶部为封闭式（见图6）。图6改进型滤器结构型式采取以上两种措施，可较好地解决滤器腐蚀以及滤网与滤器本体间隙过大导致杂质进入海水系统等问题。3、增加节流孔板按照图纸要求，在齿轮箱冷却水排舷外地方增加节流孔板，孔板的开度根据齿轮箱却冷水流量进行了估算，确定了节流孔板开度的大小。根据试验测试，节流孔板开度大小满足齿轮箱冷却水流量要求。4、增加接地线按设备资料要求，在齿轮箱进水管安装接地线。安装前将法兰螺孔附近油漆打磨干净，保证接地线与进水管接触良好，安装完后再局部补漆。5、清洗热交换器及管路按设备说明书要求，对柴油机热交换器拆解清洗，无异物后重新安装；对冷却水管路拆检清洗完毕后回装。6、编制艇员级保养按照齿轮箱调试保养规定：每3个月或齿轮箱使用间隔300个小时拆检热交换器水管，清理热交换器异物；出航前检查海水总管滤器，对滤网进行清洗。上述整改措施在该型艇实施后，经系泊、航行试验和近2年的使用，未再出现柴油机冷却水温高、齿轮箱滑油温度高、压力低等异常现象，整改措施有效。五、结束语该型艇柴油机冷却水及齿轮箱滑油温度高主要是热交换器被杂质堵塞导致。根据冷却系统的工作特点，柴油机冷却一般可分为开式冷却管路和闭式冷却管路，该型艇采用了开式冷却形式。开式冷却是通过柴油机海水泵吸取舷外水直接对主、辅机进行冷却。开式冷却管路设备少、管路简单、维护方便、水源丰富。但开式冷却也存在明显不足：一是冷却水质差时，各种杂质会进入冷却水系统，造成滤网堵塞，导致冷却效果不佳；二是舷外海水腐蚀性较强，容易造成热交换器及冷却水管路腐蚀。闭式冷却是柴油机水泵吸入淡水对柴油机进行冷却，舷外水冷却淡水带走其热量。闭式冷却因设备不直接与舷外海水接触，不存在热交换器被杂质堵塞，管路及热交换器也不易腐蚀。但这种冷却方式设备及管路相对较多。