何躍洋 廣東省佛山航道事務(wù)中心順德航標(biāo)與測繪所

輪機(jī)一般是指將燃料轉(zhuǎn)變成有用功的內(nèi)燃式動力機(jī)械，可以理解為：在燃燒燃料的過程中，輪機(jī)將燃料本身具備的原始能量轉(zhuǎn)化為熱能。之后對熱能進(jìn)行靈活運(yùn)用，將之轉(zhuǎn)化為其他形式的能（如電能），最終定向供應(yīng)其他設(shè)備。比如汽輪機(jī)是最常見的輪機(jī)，在燃燒燃料的過程中會產(chǎn)生熱量，作用于鍋爐并使其內(nèi)水分汽化，在有限空間內(nèi)逐漸形成壓力。這種壓力作用于汽輪機(jī)的葉輪并使其高速轉(zhuǎn)動，可以帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，也可以直接成為推動交通工具運(yùn)行的動力。在現(xiàn)代船舶中，輪機(jī)的構(gòu)成比較復(fù)雜，且考慮到船舶日常使用期間的成本支出問題，有可能因使用劣質(zhì)燃油等原因?qū)е麓拜啓C(jī)出現(xiàn)故障。對技術(shù)人員而言，需要明確這些故障的產(chǎn)生原理，并采用針對性的方法予以解決。

1.船舶輪機(jī)的主要故障分類情況

船舶輪機(jī)發(fā)生故障時，主要表現(xiàn)為主機(jī)無法啟動、存在拉缸現(xiàn)象（因各種原因?qū)е職飧讐嚎s壓力降低且喪失動力性）、曲軸折斷等現(xiàn)象。盡管故障表象相同，但引發(fā)原因卻有很多種，首先應(yīng)該做好分類工作。

1.1 基于故障直接原因的分類

（1）結(jié)構(gòu)性故障。代表性情況為：船舶的輪機(jī)如果是柴油機(jī)，則氣缸套上部的“凸起緣根”部分可能在設(shè)計(jì)時因忽略受力問題，或是因制造工藝不佳，最終導(dǎo)致該區(qū)域出現(xiàn)多發(fā)性裂紋，情況嚴(yán)重時甚至使整個缸套斷裂。

（2）工藝性故障。如果因輪機(jī)安裝質(zhì)量不佳，導(dǎo)致輪機(jī)運(yùn)行期間出現(xiàn)軸系振動、軸承發(fā)熱、長時間磨損過度等情況，同樣會導(dǎo)致輪機(jī)故障。

（3）單純磨損性故障。輪機(jī)經(jīng)過長時間使用后，如果缺乏保養(yǎng)，則因磨損過度會導(dǎo)致活塞與氣缸之間的間隙越來越大，最終引發(fā)敲缸（輪機(jī)氣缸內(nèi)的壓力升高率如果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常范圍時，會出現(xiàn)類似金屬敲擊的聲音）、竄氣（輪機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)工況時，可能出現(xiàn)部分可燃混合氣、燃燒產(chǎn)物等經(jīng)由活塞環(huán)，從原本所處的輪機(jī)氣缸內(nèi)竄入曲軸箱）等故障。

（4）管理性故障。輪機(jī)經(jīng)過較長時間使用后，正常情況下，需要對潤滑油的性質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)，或是直接進(jìn)行更換。但一些小型船舶管理人員可能受各種原因的影響，并未如期檢驗(yàn)或更換潤滑油，導(dǎo)致滑油變質(zhì)之后，引起軸承合金熔化，最終引發(fā)重大故障。

1.2 基于技術(shù)性原因的分類

（1）磨損引發(fā)的故障。船舶輪機(jī)是一組機(jī)械設(shè)備，很多工件在運(yùn)轉(zhuǎn)期間會相互接觸，由此極其容易導(dǎo)致運(yùn)動部件磨損。隨著磨損程度的累積，在某一時刻造成的運(yùn)動工件性能下降程度超過最大允許范圍時，便可能引起磨損性故障。如上文所述的氣缸套與活塞之間裂隙過大，進(jìn)而引起的敲缸、竄氣等故障都屬于磨損引發(fā)的故障。此外，在輪機(jī)葉片、軸承長時間轉(zhuǎn)動的過程中，因磨損過度，必定令軸承間隙過大，這同樣是主要的磨損故障。

（2）腐蝕性相關(guān)故障。船舶輪機(jī)在長時間應(yīng)用的過程中，使用的燃油或其他燃料中含有大量化學(xué)成分。這些成分在燃燒的過程中會生成一些具有腐蝕性的物質(zhì)。而某些成分相互之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，會對輪機(jī)造成電化學(xué)腐蝕、物理性腐蝕等。受此影響，輪機(jī)機(jī)組中的很多零部件的精度會逐漸下降，尺寸會逐漸偏離額定數(shù)值，甚至出現(xiàn)明顯的幾何形狀變化。代表性故障為：柴油機(jī)的氣缸套、活塞的冷卻水腔等都會受到電化學(xué)腐蝕。

（3）斷裂及老化性故障。輪機(jī)設(shè)備本身的制作工藝存在缺陷，如使用的材料在性質(zhì)方面存在均勻性不足、生產(chǎn)加工過程處理不當(dāng)、應(yīng)用后長時間承受過大載荷、受到較為強(qiáng)力的撞擊作用等，最終引起故障。這類故障的代表為：輪機(jī)的地腳螺栓可能因緊固程度不符合預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)而在使用過程中突然發(fā)生斷裂；另一個常見的斷裂故障為：氣缸蓋長時間受氣缸內(nèi)部熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力的周期性作用，會導(dǎo)致蓋體陷入熱疲勞和（或）機(jī)械疲勞狀態(tài)，最終導(dǎo)致蓋體出現(xiàn)裂紋。老化性故障方面，隨著輪機(jī)設(shè)備使用時間的增加，加上受磨損、腐蝕等影響，會導(dǎo)致性能老化。比如輪機(jī)基座下方的活動墊塊經(jīng)過長時間使用后會發(fā)生老化，導(dǎo)致汽輪機(jī)的整體穩(wěn)定性下降等。

1.3 基于性質(zhì)原因的分類

上文所述的船舶輪機(jī)故障發(fā)生原因在一定程度上具有“不可避免性”，很難在使用過程中通過人為控制降低故障發(fā)生率。除此之外，如果按照性質(zhì)進(jìn)行劃分，可進(jìn)行如下分類：

（1）人為操作不當(dāng)引發(fā)的故障。據(jù)武漢海事學(xué)校楊界教授的考證，船舶輪機(jī)的所有故障中，因船上操作人員或管理人員的操作不當(dāng)、管理過失、安裝質(zhì)量不佳等因素引起的輪機(jī)故障占故障總數(shù)的80%以上。最常見的人為操作不當(dāng)故障包括：①在主機(jī)滑油泵并沒有開啟的狀態(tài)下，提前啟動了輪機(jī)主機(jī)，造成的后果是輪機(jī)的軸瓦被火燒并腐蝕。②輪機(jī)軸承安裝情況、位置選擇等校驗(yàn)精度不足，導(dǎo)致輪機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時出現(xiàn)軸系振動甚至是斷裂等故障。

（2）自然故障。有一些船舶長期在較為惡劣的水域環(huán)境中作業(yè)。受惡劣自然環(huán)境的影響，輪機(jī)機(jī)組整體結(jié)構(gòu)、部分材料會逐漸發(fā)生惡性變化，最終引起多種故障。這類自然故障還可以進(jìn)行進(jìn)一步分類。比如輪機(jī)的正常磨損、老化等均會呈現(xiàn)出一定的自然規(guī)律，根據(jù)使用時間、自然環(huán)境等可以大致判斷對應(yīng)故障的發(fā)生幾率。如果輪機(jī)機(jī)組設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制作材料本身存在缺陷，則在惡劣自然環(huán)境下，故障的發(fā)生會脫離正常規(guī)律，極有可能在無任何征兆下突然發(fā)生。引發(fā)這類突發(fā)性故障的根本原因在于：多種不利的自然因素以及某種作用（如撞擊）突然出現(xiàn)并共同作用于輪機(jī)設(shè)備時，產(chǎn)生的作用力超過了設(shè)備能夠承受的極限值，進(jìn)而使故障突然發(fā)生。比如輪機(jī)螺旋槳槳葉折斷、輪機(jī)主機(jī)突然停車、輪機(jī)舵機(jī)的轉(zhuǎn)舵控制系統(tǒng)突然失靈等。

2.應(yīng)對船舶輪機(jī)主要故障的有效策略

2.1 船舶輪機(jī)故障形成原因和故障發(fā)生前的征兆

除了少數(shù)突發(fā)性故障之外，絕大多數(shù)船舶輪機(jī)故障的發(fā)生都具有一定的規(guī)律性，只要理清內(nèi)因機(jī)理，掌握故障發(fā)生前的某些征兆，便可以實(shí)現(xiàn)對故障進(jìn)行提前預(yù)判，進(jìn)而做好防范措施。

2.1.1 故障形成的內(nèi)因機(jī)理

①包含磨損、腐蝕、設(shè)備疲勞等自然因素是不可避免的。這類因素會令輪機(jī)機(jī)組設(shè)備中的某些零部件在尺寸、質(zhì)量、外部形態(tài)等方面出現(xiàn)變化，屆時會導(dǎo)致輪機(jī)的工作狀態(tài)偏離正常運(yùn)行模式，最終引發(fā)故障。

②輪機(jī)使用過程中并沒有嚴(yán)格遵照相關(guān)規(guī)程進(jìn)行操作，甚至因各種原因出現(xiàn)違規(guī)操作，最終引發(fā)故障。最常見的情況是，輪機(jī)主機(jī)處于備車狀態(tài)時，船上人員并沒有對輪機(jī)主機(jī)進(jìn)行充分的潤滑，且沒有及時檢查并更換機(jī)油，最終造成機(jī)油數(shù)量不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，甚至出現(xiàn)機(jī)油變質(zhì)，最終導(dǎo)致輪機(jī)主機(jī)、氣缸等設(shè)備內(nèi)部的流通阻力大幅度增加，最終引發(fā)機(jī)械故障。

③輪機(jī)的日常維護(hù)過程中，由于對很多工件的維修質(zhì)量不高，最終會引發(fā)故障。比如按照正常要求，輪機(jī)設(shè)備的定期維護(hù)必須依次經(jīng)過分解、清洗、檢驗(yàn)、修理、裝配共計(jì)6個環(huán)節(jié)，每一個環(huán)節(jié)都對應(yīng)特定的技術(shù)要求。

總體而言，船舶輪機(jī)維修人員必須掌握輪機(jī)發(fā)生故障的內(nèi)因，之后制定針對性的處理方案，可在很大程度上降低故障發(fā)生率。

2.1.2 故障出現(xiàn)前的征兆

除了內(nèi)因之外，對一些故障出現(xiàn)前呈現(xiàn)出的征兆進(jìn)行全面了解，可提前做好準(zhǔn)備，或是在故障突然發(fā)生時能夠在第一時間判斷出故障生成的原因，并進(jìn)行針對性處理。代表性的故障發(fā)生前兆表現(xiàn)為：①輪機(jī)的工作狀態(tài)突然出現(xiàn)異常，比如輪機(jī)主機(jī)的轉(zhuǎn)速在短時間內(nèi)迅速增加或是減少，熄火后無法再次啟動，潤滑油泵出口處的壓力在無任何工況變化的情況下驟然降低等。②設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)前所未見的非正常聲響。造成這類異常聲響的原因包含敲缸故障、軸套松動故障、增壓器處于異常工況等。無論是否確認(rèn)故障類型，技術(shù)人員都應(yīng)立刻停止船舶輪機(jī)主機(jī)運(yùn)行，之后進(jìn)行檢查（如果故障程度較輕，可不完全停車，而是降低輪機(jī)轉(zhuǎn)動速度），決不能予以忽略。③輪機(jī)排煙的顏色發(fā)生異常變化，比如發(fā)黑、發(fā)藍(lán)、發(fā)白等。三種異常顏色變化對應(yīng)的故障分別為有部分潤滑油竄到氣缸、燃料燃燒不完全、燃料（特指油料）中混入了水。

2.2 船舶輪機(jī)主要故障的模式和故障發(fā)生規(guī)律

故障模式的分布特點(diǎn)與故障分類相關(guān)，本段不再贅述，只圍繞故障的發(fā)生規(guī)律進(jìn)行分析。船舶輪機(jī)屬于一般性質(zhì)的機(jī)械設(shè)備，故障發(fā)生率與時間相互相應(yīng)，可以形成多種壽命特征曲線。具體如下：

（1）輪機(jī)零部件的常見故障率曲線。如圖1所示，零部件的故障發(fā)生率曲線整體呈現(xiàn)出“浴盆”形態(tài)。具體而言：輪機(jī)設(shè)備剛剛裝在船舶之后，初期運(yùn)行時，由于零部件之間的熟悉程度不高，相互之間需要經(jīng)過一段時間的適應(yīng)，故早期故障發(fā)生率較高。經(jīng)過一段時間的應(yīng)用之后，幾乎所有零部件之間已經(jīng)彼此適應(yīng)，相互之間的配合也漸入佳境，故如果船舶運(yùn)行時沒有遭遇突發(fā)情況，故障發(fā)生率整體較低。隨著使用期限的大幅度增加，零部件的磨損日益嚴(yán)重，故障發(fā)生率會逐漸增加。早期發(fā)生的故障多由輪機(jī)整體設(shè)計(jì)和零部件制造存在缺陷而引發(fā)，此時發(fā)現(xiàn)故障需立刻更換零部件。中期偶發(fā)故障時應(yīng)該明確故障成因并進(jìn)行針對性解決，后期故障處理與前期一樣，需要更換磨損嚴(yán)重的零部件。

圖1 船舶輪機(jī)零部件壽命-故障曲線圖

（2）其他故障率曲線。輪機(jī)使用期間，還存在5種較為常見的故障率曲線，如圖2所示，從a到e對應(yīng)的情況分別為：①故障率維持恒定會略微增加，有明顯磨損期。②故障率增長緩慢，無明顯磨損期。③故障率出廠時較低，但會經(jīng)過一段時間的急速增加，之后會進(jìn)入緩慢增長期，無明顯磨損期。④故障率全周期內(nèi)恒定，零部件質(zhì)量極好，僅僅會因偶然因素引發(fā)故障。⑤設(shè)備初期有較高故障率，之后會急速下降，最后進(jìn)入恒定緩慢增長的狀態(tài)，無明顯磨損期。

圖2 船舶輪機(jī)整體運(yùn)行其他故障率曲線

3.結(jié)語

對船舶輪機(jī)維修人員來說，需要掌握輪機(jī)多種零部件的故障率變化情況，結(jié)合各類型故障的發(fā)生內(nèi)因，在故障發(fā)生時及時判斷故障成因，并通過更換零部件的方式迅速排除故障，使船舶在行駛過程中依然維持正常工況，避免陷入危險境地。