袁慧五,萬(wàn)勇輝

(1.92571部隊(duì)，海南三亞 572021；2.91458部隊(duì)裝備部,海南三亞 572021)

某船用柴油機(jī)竄氣故障分析與排除

袁慧五1,萬(wàn)勇輝2

(1.92571部隊(duì)，海南三亞 572021；2.91458部隊(duì)裝備部,海南三亞 572021)

針對(duì)某船用柴油機(jī)出現(xiàn)的竄氣故障，通過(guò)運(yùn)用油液分析技術(shù)準(zhǔn)確判斷出竄氣故障的原因和故障部位，在結(jié)合實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，選用了一種新型柴油機(jī)維修技術(shù)——金屬磨損自修復(fù)技術(shù)，對(duì)竄氣故障進(jìn)行了不拆解修理，并運(yùn)用油液分析技術(shù)對(duì)維修效果進(jìn)行評(píng)判，發(fā)現(xiàn)利用金屬磨損自修復(fù)技術(shù)修理柴油機(jī)磨損故障效果良好，具有較好的應(yīng)用前景。

竄氣；柴油機(jī)；油液分析；自修復(fù)

柴油機(jī)竄氣一般分為2種，第一種竄氣是活塞環(huán)竄氣和汽缸墊、缸體、缸蓋間竄氣。活塞環(huán)竄氣是由于缸套與活塞環(huán)之間間隙過(guò)大，以致活塞環(huán)張力不夠緊貼缸套，所以柴油機(jī)在壓縮沖程中有混合氣從活塞環(huán)間隙中“竄”到曲軸箱，因此，通常又叫曲軸箱竄氣；第二種竄氣是汽缸墊老化、缸體、缸蓋腐蝕引起的缸蓋和缸體之間的密封不嚴(yán)，導(dǎo)致壓縮氣體從間隙竄到缸蓋、缸體周?chē)睦鋮s水道、油道[1]。竄氣是柴油機(jī)的一種比較危險(xiǎn)的故障，輕則造成柴油機(jī)燒潤(rùn)滑油、冒黑煙、功率不足；重則增大曲軸箱壓力，使?jié)櫥蛷暮粑字袊姵?，柴油機(jī)潤(rùn)滑急劇性惡化，極易造成曲軸損壞、活塞抱缸的惡性事故。

1 故障現(xiàn)象

某船機(jī)艙有2臺(tái)型號(hào)為12V150柴油機(jī)，分別為左主機(jī)和右主機(jī)，服役多年，近期發(fā)現(xiàn)左主機(jī)在運(yùn)行時(shí)從油尺口冒出大量的煙，10 min內(nèi)整個(gè)機(jī)艙都被煙籠罩，冷卻水溫度和潤(rùn)滑油溫度有所升高，潤(rùn)滑油消耗量增加、黏度也變大，初步診斷為活塞環(huán)竄氣故障。

2 原因分析

一般來(lái)說(shuō)，柴油機(jī)發(fā)生活塞環(huán)竄氣可能原因主要有4種[2]。

1)燃燒不良，性能惡化，潤(rùn)滑油由于高溫空氣的存在及金屬的催化作用，易發(fā)生氧化反應(yīng)生成積碳，當(dāng)燃料不完全燃燒時(shí)，會(huì)將燃料由氣態(tài)還原為液態(tài)，將燃燒室內(nèi)煙炱、活塞及活塞環(huán)內(nèi)的積碳沖下，竄入曲軸箱。

2)配氣相位不準(zhǔn)，這類(lèi)問(wèn)題一般發(fā)生在新柴油機(jī)使用初期，而該柴油機(jī)已經(jīng)使用多年，故這種可能可以排除。

3)潤(rùn)滑油質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)，主要是潤(rùn)滑油中所含水分過(guò)多、黏度過(guò)高或過(guò)低等，這些現(xiàn)象長(zhǎng)期存在時(shí)會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)竄氣。

4)活塞環(huán)與汽缸密封性差，柴油機(jī)工作都是靠吸入混合氣后壓縮，然后點(diǎn)燃做功產(chǎn)生動(dòng)力，從壓縮到燃燒都會(huì)產(chǎn)生很高的壓力，被壓縮的氣體會(huì)從活塞和缸體縫隙、活塞環(huán)開(kāi)口、活塞環(huán)和缸體縫隙等地方竄入曲軸箱，當(dāng)長(zhǎng)期使用時(shí)，活塞環(huán)容易出現(xiàn)嚴(yán)重磨損、彈力減弱、內(nèi)部結(jié)膠和折斷等事故，汽缸容易出現(xiàn)嚴(yán)重磨損、裂紋、拉缸和穴蝕等故障，這些故障原因都是導(dǎo)致活塞環(huán)與汽缸密封性差的原因之一。

為了準(zhǔn)確定位竄氣故障的具體原因和故障部位，需要對(duì)柴油機(jī)潤(rùn)滑油進(jìn)行系統(tǒng)的油液分析。首先對(duì)左主機(jī)進(jìn)行了水分分析和運(yùn)動(dòng)黏度分析，利用快速水分儀對(duì)潤(rùn)滑油含水量進(jìn)行分析，未發(fā)現(xiàn)其中含水；采用S—FLOW850型自動(dòng)黏度計(jì)測(cè)試2臺(tái)柴油機(jī)潤(rùn)滑油在100 ℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)黏度，發(fā)現(xiàn)左主機(jī)和右主機(jī)潤(rùn)滑油黏度測(cè)量值分別為15.32 mm2/s和13.98 mm2/s，右主機(jī)比左主機(jī)潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)黏度僅低8.7%；另外同一批潤(rùn)滑油分別加入2臺(tái)柴油機(jī)中，只有左主機(jī)出現(xiàn)明顯的竄氣故障，說(shuō)明潤(rùn)滑油質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)這種可能也可以排除。

為了便于比較，采用超譜M型發(fā)射光譜儀對(duì)2臺(tái)柴油機(jī)潤(rùn)滑油磨損元素含量進(jìn)行分析，得到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 2臺(tái)柴油機(jī)潤(rùn)滑油磨損元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)監(jiān)測(cè)表 μg/g

由光譜分析數(shù)據(jù)知：與右主機(jī)相比，左主機(jī)鐵元素的含量嚴(yán)重超標(biāo)，達(dá)到112.58 μg/g，通過(guò)查閱該型柴油機(jī)各摩擦件的金屬組成，發(fā)現(xiàn)鐵元素主要存在于活塞環(huán)和缸套，說(shuō)明故障原因可能是活塞環(huán)和缸套之間因存在嚴(yán)重的磨損而導(dǎo)致密封的不嚴(yán)。

3 處理方法及效果

在第一次修理左主機(jī)期間，首先拆檢了該柴油機(jī)活塞環(huán)和汽缸套，發(fā)現(xiàn)它們均存在較嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象，這與油液分析結(jié)果相符；另外在對(duì)柴油機(jī)曲軸箱進(jìn)行解體分析時(shí)，未發(fā)現(xiàn)有積碳存在，故可以排除燃燒不良的原因，因此可以肯定左主機(jī)竄氣故障原因主要是活塞環(huán)與缸體密封不嚴(yán)。

由于該船已服役多年，這種型號(hào)的柴油機(jī)缸套原產(chǎn)廠家已經(jīng)停止生產(chǎn)，市場(chǎng)上想要購(gòu)買(mǎi)非常困難且價(jià)格昂貴，但活塞環(huán)比較容易購(gòu)買(mǎi)，故只能先采用更換活塞環(huán)的辦法對(duì)其進(jìn)行修理，組裝完成后還更換了柴油機(jī)的潤(rùn)滑油，但是當(dāng)柴油機(jī)再次運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)竄氣故障依然存在，于是我們采取了一種新型柴油機(jī)維修方法——金屬磨損自修復(fù)技術(shù)。

金屬磨損自修復(fù)技術(shù)是在機(jī)械設(shè)備不解體的情況下，利用機(jī)械設(shè)備自身摩擦副磨擦?xí)r產(chǎn)生的能量，動(dòng)態(tài)完成金屬磨損部位的自修復(fù)、強(qiáng)化和改性[3]。維修中選用某公司生產(chǎn)的一種陶瓷基自修復(fù)材料，將其按照一定比例加入柴油機(jī)潤(rùn)滑油中，運(yùn)行6 h后，發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)竄氣故障消失，說(shuō)明這種陶瓷基自修復(fù)材料對(duì)因活塞和缸套磨損而引起的竄氣故障維修效果良好。

同時(shí)為了評(píng)價(jià)陶瓷基自修復(fù)材料是否對(duì)潤(rùn)滑油本身性能產(chǎn)生影響，分別運(yùn)用發(fā)射光譜分析技術(shù)對(duì)添加自修復(fù)材料前和添加自修復(fù)材料并運(yùn)行50 h后的潤(rùn)滑油、以及自修復(fù)材料進(jìn)行分析，得到光譜分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表2；采用自動(dòng)黏度計(jì)和精密水分分析儀對(duì)添加自修復(fù)材料前后潤(rùn)滑油黏度和水分含量這2個(gè)物理指標(biāo)進(jìn)行分析，得到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

由表2數(shù)據(jù)可知：添加自修復(fù)材料并運(yùn)行50 h后，潤(rùn)滑油中元素含量明顯增加的是硅元素，其次鐵元素略有增加，其余元素變化不大，其中硅元素

表2 添加自修復(fù)材料前、后潤(rùn)滑油和自修復(fù)材料光譜分析數(shù)據(jù) μg/g

明顯增加的原因是陶瓷基自修復(fù)材料中含有較多的硅元素，且達(dá)到824.7 μg/g。由表3數(shù)據(jù)可知：添加自修復(fù)材料前后柴油機(jī)潤(rùn)滑油黏度和含水量這2個(gè)物理指標(biāo)變化不大。綜合以上監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知：陶瓷基自修復(fù)材料對(duì)潤(rùn)滑油本身的潤(rùn)滑性能并不產(chǎn)生明顯的影響。

表3 添加自修復(fù)材料前、后潤(rùn)滑油物理指標(biāo)

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)柴油機(jī)竄氣故障排除過(guò)程，可總結(jié)經(jīng)驗(yàn)如下：①利用金屬磨損自修復(fù)技術(shù)對(duì)柴油機(jī)因活塞環(huán)和缸套磨損導(dǎo)致的竄氣故障進(jìn)行不拆解修理，不僅維修效果好，而且能夠節(jié)約維修時(shí)間和成本；在柴油機(jī)磨損故障維修中金屬磨損自修復(fù)技術(shù)具有良好的應(yīng)用效果和廣闊的應(yīng)用前景；②利用油液分析技術(shù)能夠獲得所監(jiān)測(cè)裝備的潤(rùn)滑和磨損狀態(tài)信息，從而確定其故障原因和故障部位，還能夠?qū)S修后的裝備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。

[1] 徐留常. B22型機(jī)冷車(chē)車(chē)載柴油機(jī)曲軸箱竄氣的原因分析與預(yù)防措施[J]. 內(nèi)燃機(jī), 2013(1): 54-56.

[2] 郭中華, 宋靈玲, 覃震冰. 12V135AZD型柴油機(jī)曲軸箱竄氣的檢測(cè)及解決方法[J]. 柴油機(jī), 2004(1): 53-54.

[3] 楊鶴, 張正業(yè), 李生華,等. 金屬磨損自修復(fù)技術(shù)的X光電子能譜研究[J]. 光電子與光譜分析, 2005, 25(6): 945-948.

Aiming at gas leakage in a marine diesel engine,the reason and fault location of gas leakage were judged by oil monitoring technology.On the basis of the actual situation,the maintenance technology of metal wear self-repairing is selected to repair the gas leakage through non-disassembly.The effect of repair is evaluated by oil monitoring technology.What's more,it has been found that metal wear self-repairing technology can achieve good result in repairing the diesel engine wear fault,which has a good prospect in application.

gas leakage;diesel engine;oil monitoring;self-repairing

袁慧五(1982-)，男，湖北武漢人，工程師，博士，主要從事艦船裝備故障監(jiān)測(cè)與故障維修工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.03.008

2015-12-01