【船机帮】某船主机高温冷却水高温报警故障分析

船机故障心莫慌，遇事不决船机帮

一

主机冷却水系统介绍

某救助拖船配备2台瓦锡兰9L32主机，单机功率 4500kW。

机舱冷却水采用集中式冷却系统，主机冷却水系统为封闭式淡水冷却，分为高温冷却水系统和低温冷却水系统两部分，冷却水由机舱中央冷却器冷却。

冷却淡水系统如图1所示。

图1 冷却淡水系统

高温冷却水系统用于冷却主机缸套及缸盖。

高温冷却水泵将来自中央冷却器和高温冷却水调温阀的混合冷却水泵至主机缸套，然后向上进入缸盖，每个缸盖由通过管线进入的水流分别冷却。

发动机缸体中的水通过单独的小孔流到管线中，排气阀座周围留有冷却水通道，冷却水经过火焰板和阀座后汇聚成单股水流，从缸盖直接流入组合通道上歧管，冷却水中可能存在的气体从歧管顶部排出。

高温冷却水经组合通道后通过高温冷却水调温阀流至中央冷却器，并分流至高温冷却水泵吸口。 

为防止机带高温冷却水泵故障影响主机运行，系统中并联1台备用高温冷却水泵。

水泵出口至左右主机管路装有截止止回阀，以防水泵进出口冷却水串流和左右主机冷却水串流。

二

故障现象

该船主机根据设备说明书中维护保养周期的要求，由修船厂进行12000h主机吊缸解体检修，之后在码头先后进行空载运转试验和 30％负荷试验，主机工作均正常。

随后进行海上负荷试验，当负荷超过60％时，左主机机带高温冷却水泵压力上升 (从2.7bar升至3.6bar)，之后失压报警，紧接着高温冷却水高温报警(报警设定值105℃)、缸套温度高温报警(报警设定值160℃)。

经彻底检查后发现： 

(1)高温冷却水备用泵至右主机管路出口截止止回阀不能关严，更换新阀，以免右主机高温冷却水通过高温冷却水备用泵进入左主机高温冷却水机带泵吸口；

(2)左主机高温冷却水调温阀中有1只调温阀芯卡阻，更换新阀芯；

(3)左主机高温冷却水预热泵轴封漏水，更换新轴封止漏。

再次试车运行，当左主机负荷超过60％时，高温冷却水系统仍然出现压力波动、高温冷却水高温报警及水泵失压报警现象，高温冷却水系统故障未解决。

三

故障原因

根据主机冷却水系统原理及主机结构分析，高温冷却水高温报警的可能原因有：

冷却器堵塞或结垢；冷却水量不足，高温冷却水泵故障，系统中有空气，管路中阀门关闭；高温冷却水调温阀故障等。

该船冷却器刚清洗过，没有堵塞或结垢；

调温阀经过拆检，已更换新阀芯，工作正常；

由于低负荷时高温冷却水压力正常，说明高温冷却水泵工作正常，管路中阀门开启正常。

因此，故障原因可能是系统中有空气，而进气后失压也是离心泵 (该船机带高温冷却水泵为离心泵)的特点。 

高温冷却水系统中空气的来源为：

管路开口有漏水处；燃烧室高温高压燃气串入。

由于出现短时间高温冷却水压力上升现象，高温高压燃气串入的可能性最大。

根据主机结构，高温高压燃气串入高温冷却水系统的位置有排气阀座、缸盖垫片、组合通道与缸盖结合密封处、喷油器套管 (将喷油器固定在适当位置并将喷油器与冷却水隔开 )与缸盖结合密封处、缸盖或缸套裂纹处等。

高温高压燃气通过排气阀座密封圈时必然严重烧蚀密封胶圈，导致漏水，而冲车检查时并未发现水迹。

组合通道与缸盖结合密封处的密封材料是纤维类垫片，若进入高温高压燃气，则必然会有水顺着气阀进入缸盖燃烧室。 

缸盖或缸套若有裂纹，则一般情况下也会有水漏入燃烧室。

喷油器套管是冷套过盈配合装入的，因为没有拆解修理过，所以一般不会有问题，如果高温高压燃气能通过喷油器套管进入冷却水腔，说明喷油器套管已变形，冷却水也应能进入燃烧室。

因此，上述可能串入高温高压燃气的位置均被排除。

而缸盖垫片是软金属材料，当预紧力不够时，燃烧时产生的压力会顶开缸盖垫片，使得燃气直接进入高温冷却水系统。 

缸套顶部密封结构如图2所示。

图 2 缸套顶部密封结构

冷却水通过缸套顶部圆周方向布置的竖向冷却水孔 (共33个)对缸套上部进行冷却。

缸盖垫片不仅起到密封气缸的作用，而且还有密封缸套高温冷却水的作用，其与缸套、缸盖及封水圈形成缸套高温冷却水封闭冷却腔。 

此方法从缸套顶平面开始实行冷却，从而确保缸套上部不留死角，冷却充分，同时缸套顶部与缸盖配合紧密，是一种较为新颖独特的布置方式。

对于使用者而言，当缸盖垫片发生泄漏后，漏气声音无法察觉，更看不到漏气点被燃气吹黑的现象，因而故障排除的难度增大。

对于该船而言，主机在低负荷时燃烧爆压较低，尽管缸盖螺栓预紧力不足，但是仍能将缸盖垫片压紧而不发生泄漏，停机时仅有 2.7bar压力(备用泵运行时)的高温冷却水更难以顶开垫片，这也是冲车检查时没有水气冲出的原因。

综合分析，高温高压燃气进入高温冷却水系统的原因是：

缸盖螺栓预紧力不足，使垫片在较高的燃烧压力作用下松动，从而导致密封失效。

四

故障解决

跟据现场分析意见，厂方检修人员对该船主机缸盖螺栓的预紧力进行检查，发现No.7缸缸盖螺栓的预紧力仅为470bar，重新上紧缸盖螺栓达到标准压力520bar后，码头低负荷试验正常。

出海航行试验，在主机负荷增加到82％时，又发生高温冷却水低压报警和高温冷却水高温报警故障。

此时，检修人员再次对No.7缸的密封垫片产生怀疑。

由于缸盖垫片材质较软，一旦发生泄漏 (尤其在高负荷时)，高温高压燃气对垫片的冲刷损伤很大。

当缸盖螺栓受力不均时，会在受力小的部位发生局部泄漏，引起垫片局部烧蚀从而丧失密封性能。

当缸盖螺栓普遍预紧力不足时，垫片被吹开而变形导致泄漏，尤其是该缸盖垫片没有固定安装槽，仅内圈设置固定凸台，在高温高压燃气作用下极易向外胀开。 

根据缸盖螺栓预紧力复检情况，怀疑缸盖垫片已在前次航行试验时发生变形损伤。

拆卸No.7缸缸盖，发现缸盖垫片已严重变形，胀出严重部位几乎脱开密封面。 

再次吊缸时，仔细检查变形垫片，发现在其上 、下平面上均残留有不均匀的格兰粉。

查阅主机说明书，在对缸盖组件的安装程序中，未提及在安装缸盖垫片时使用格兰粉或其他密封胶。

为此咨询厂方检修人员得知，在安装No.7缸缸盖垫片时，发现垫片稍有变形，为保证密封性能，在垫片上、下平面上使用了较多格兰粉。

格兰粉是一种耐高温的防黏着脂，耐高温 3000℃，耐压40bar，可用于船舶、机车 、汽车、拖拉机及各种大型机械的金属结合面和法兰连接部位的密封及防黏着，属于油性石墨制品。

由于格兰粉耐压只有40bar，主机全负荷时爆压接近200bar，在高压和高温下，垫片上附着的脂状格兰粉变稀而被挤出，直接导致缸盖螺栓预紧力由原来安装时的520bar降至470bar；其他未使用格兰粉垫片的缸盖螺栓预紧力则未下降。

由此可知，厂方检修人员在安装缸盖时，对于稍有变形的缸盖垫片， 既没有采取可行方法进行修整，又没有通知船方协商更换，而是擅自采用涂抹大量格兰粉的错误做法。 

更换新垫片后，按照规定步骤及液压压力上紧缸盖螺栓，使其预紧力达到520bar；

随后进行航行试验，当主机达到额定负荷后，高温冷却水压力稳定在2.7bar，压力波动及失压现象消失，高温冷却水温度正常，高温报警故障得到解决。

五

维修建议

8000kW系列海洋救助船主机均为瓦锡兰9L32柴油机，至今已建造22艘。

最早出厂的主机已运营10年，吊缸大修工作将陆续展开，为避免同类主机检修时发生类似问题，现提出以下建议。 

(1)主机大修前，船舶负责人、机务主管认真校对检修项目，提前做好备件及专用工具的准备工作。 

(2)对于承修厂，选择具有同类型柴油机维修经验及维修资质的厂家，否则因缺乏经验或技术水平低下，极易造成不应有的纰漏及费用支出，使检修工作适得其反。 

(3)常规的吊缸检修工作，通常是按照船级社规定、使用说明书以及长时间的运行状况来实施的。 

检修项目主要包括缸盖拆检、活塞拆检、主轴瓦拆检等，这些常规检修工作，船上应有能力进行自检。

建议对于类似的检修工作，船上应成立以主管轮机员为主、机务人员参与的检修团队(5～7人)，以确保检修质量；同时通过亲历检修工作，切实提高使用及管理人员的专业技术水平。 

(4)吊缸大修时，应严格按照主机说明书操作。 

对于关键部位的螺栓预紧力，应严格按照说明书规定值上紧，尤其是缸盖螺栓上紧步骤及上紧液压压力须严格按照规定操作。

缸盖垫片及其他密封件周围的密封面须清洁光滑，缸盖垫片密封面不可随意涂抹脂或密封胶类。

更换O形密封胶圈时，应采用橡胶润滑油脂或肥皂水溶液润滑，并在槽中将密封圈理顺，避免扭转。

不能满足使用要求及达到使用期限的零部件应及时更换。

检修过程中，应正确测量零部件尺寸、间隙，确保其在正常范围之内，测量记录应妥善保管。 

(5)厂方进行拆装检修时，船方应派专人现场检查监督，发现违规操作应立刻制止，避免埋下事故隐患。

(6)吊缸大修后主机运行50h后，应对关键部位的螺栓、螺母进行预紧力复检，必要时重新预紧。 

(7)对于大修后的主机运行状况，在一定时间内应保持关注，认真检查记录运行参数，发现异常及早采取措施处理。

值班人员应勤于看、问、听、摸、闻，加强机舱巡检，以免在因检修操作不当引发机械故障时不能及早发现并处理，进而导致机损事故发生。

(8)瓦锡兰9L32柴油机由于缸盖垫片在结构上的布置特点，一旦密封失效出现泄漏现象 ，查找故障似乎很难；

其实，一旦出现高温冷却水压力剧烈波动，进而失压，随后发出高温冷却水高温报警故障，基本上就可断定为缸盖垫片密封失效所致。

当密封损坏严重时，停机后会有冷却水进入气缸及曲轴箱内，对此应及早进行吊缸检查，更换缸盖垫片。

需要注意的是，当缸盖垫片密封失效时，应仔细检查对应于垫片密封失效部位的缸盖及缸套密封面的烧蚀情况，一旦发现密封面烧蚀严重或出现沟槽，应采取有效措施进行修整，若一时无法修整，则采用更换新缸盖及新缸套的方法解决。

本文原创作者系：

交通运输部北海救助局

王永祥，高级轮机长，

(E-mail)[e-mail]； 

黄文龙，轮机长，

(E—mail)[e-mail]  

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