导读 某船主机型号为B&W MAN S42MC,功率为5830kW,额定转速为131r/min,出厂日期为2006年6月。 2019年该船在船厂修理,对主机第1、2、4缸进行常规吊缸保养,并更换了活塞环和填料函的密封环。 修理后,在船厂码头主机进行试车,情况正常。 由于码头条件所限,主机试车时最高转速为45r/min,并没有达到正常运转时的转速。 船舶离厂航行至锚地过程也正常。 但在锚地抛锚,再启锚航行时,主机第1缸出现了敲缸现象。 经过勘查发现,这次敲缸现象与常规敲缸情况不同,活塞顶部的活塞清洁环(PC环)位置,靠近排气侧有明显的刮擦痕迹,敲缸的声响就是活塞与PC环之间的机械敲击所引起的。 这个问题如果不排除,主机不能正常运行,会耽误船期,造成经济损失。 一、敲缸问题的成因 主机敲缸是指在柴油机缸体内部出现不规则或不正常的撞击声。 造成主机敲缸的原因有很多,大致分成2种,一种是燃烧敲缸,一种是机械敲缸。 燃烧敲缸一般是因为: ①喷油定时调整不到位,喷油提前角靠前; ②喷油器喷出的燃油雾化不良; ③喷油器滴油及喷出的燃油压力低,等。 机械敲缸一般是因为: ①气缸套上部磨出凸台,碰第一道活塞环; ②排气阀不能及时回位及正常开启,活塞与排气阀发生撞击; ③气缸套严重磨损,使得活塞在缸套中产生摆动,敲击缸壁造成敲缸; ④滑油温度过低时,由于活塞和缸套不能达到正常工作时的膨胀状态,造成两者之间间隙过大,使得活塞在缸套中产生摆动,敲击缸壁造成敲缸; ⑤正、倒车导板间隙过大及活塞对中不好; ⑥活塞环折断或填料函未安装正确。 二、故障现象 此次声响在第1缸缸盖位置处,也就是说活塞在上死点位置敲缸现象十分明显。 对该缸高压油泵进行断油处理运行,敲缸现象却依然存在,基本排除了燃烧敲缸的原因。 怀疑是驱动排气阀开启的液压系统问题,停车后,对排气阀促动泵出口的液压单向阀进行了更换。 在锚地试车正常,敲缸现象消除。 但起锚航行不久后,第1缸还是出现了敲缸,轮机人员判断应该是促使排气阀关闭的空气弹簧引起的敲缸现象。 他们对该缸的排气阀上部进行了拆检,发现该缸排气阀的空气弹簧活塞上的密封环有小的磨损缺口。 更换了密封环,装妥试车正常,敲缸现象消失。 起锚航行不久,该缸又出现缸盖敲缸现象。 既然排气阀的原因消除了,那么认为是不是活塞、活塞环或填料函的问题,所以轮机人员打开扫气箱检查,填料函安装情况正常,活塞及活塞环情况均正常。 打开曲轴箱,测量正/倒车导板间隙均在说明书允许范围之内,而且滑油温度也没有问题。 轮机人员认为还是排气阀问题,于是将该缸排气阀整体吊出换成备用排气阀,该缸喷油器换用备用喷油器。 在锚地多次正倒车试验,期间都没有出现敲缸现象。 再次通知船长起锚开航,航行不久该缸又出现了敲缸。 这时轮机人员请示公司机务要求技术支持。公司机务了解情况后,要求吊出活塞进一步检查。 吊出活塞后,发现在活塞顶部PC环位置,靠近排气侧有明显的刮擦痕迹。 敲缸的声响应该就是活塞与PC环之间的机械敲击所引起的。 刮擦部位示意图见图1。 图1 刮擦部位示意图 三、故障分析及解决方法 既然是清洁环与活塞头敲击所致,造成上述敲缸现象的原因分析如下: PC环是曼恩公司在2000年前后引入的,用于高压缩比的MC/MC—C系列柴油机。 其原理是柴油机在运行T作中,活塞的第一道活塞环以上部位常有结碳堆积,这些结碳可能会对气缸壁润滑油膜产生破坏,加剧气缸的磨损。 为了清除这部分结碳而设置PC环,PC环的内径略小于缸套内径,利用活塞的上下运动刮除该部分结碳,以便限制活塞顶部沉积物的堆积。 PC环安装部位示意图如图2所示。 图2 PC环安装部位不意图 通常PC环作为气缸套的一个组成部分,在柴油机运行期间也会发生相应的磨损,它应该遵循缸套的使用寿命。 图3 第1缸缸套测量点位置示意图 此次第1缸缸套测量点位置如图3所示,测量的数据如表1所示,其中: 测量点1为PC环附近位置,测量点2为第1道活塞环对应位置,测量点11为扫气口下端处位置。 根据说明书要求,缸套尺寸均符合说明书要求,应该不会造成PC环与活塞刮擦的现象。 随后询问相关吊缸技术人员得知,他们对PC环的安装工艺不熟悉。 对该缸进行吊缸保养中拆除PC环之前,没有对PC环的位置做相应的标注。 PC环清洁后就于随意位置安装。 造成缸套椭圆方向与PC环内径的椭圆方向不一致,活塞运动到上死点附近位置时碰到PC环,导致了敲缸现象。 经询问值班人员得知,船在大舵角转弯时敲缸现象明显。 通过分析发现,敲缸现象时有时无的主要原因是锚地或正浮状态下航行时,活塞在缸套里对中性相对来说好些,没有碰到PC环。 而在大舵角时,船舶发生左右倾斜,活塞在缸套中上下运动有左右靠边现象,会碰到PC环而发出敲击声。 本次机械敲击部位又靠近排气侧,以至于在打开扫气箱检查时发现不了活塞头刮擦的痕迹,给故障分析增加了一定的难度。 因为开始拆除PC环没有做好标识,无法找到原来安装的位置,需要更换PC环。 已知缸套直径为420mm,根据曼恩公司推荐要求,新PC环更换标准如表2所示。 其中,标准Pc环指新环或直径磨损量不超过0.42mm的PC环。 本船缸套磨损量已达到1.65 mm,需要超大型PC环。 但船舶库存备件尚无超大型PC环,加上航次任务紧,无法购置新的超大型Pc环。 为了加快修复,对该缸的缸套及清洁环全部换新,装复试车正常。 至此,主机敲缸故障彻底解决。 四、结束语 主机出现敲缸,首先要判断是燃烧敲缸还是机械敲缸。 根据热工参数或者单缸断油方法就可以确定是否为燃烧敲缸。 机械敲缸分析起来相对困难,尤其对排气阀敲击的识别。 本船敲缸故障,轮机人员第一时间从排气阀敲击去分析,做了大量的工作。 加上本次Pc环与活塞敲击面在排气侧,打开扫气箱检查也难以发现故障原因,给排除故障带来一定的难度。 维修技术人员对PC环的认知不足,也是主要原因。 在对柴油机进行吊缸保养时,拆除PC环之前必须在相应的位置做好标识,以确保在重新组装之后能够处于相同的位置,防止安装时位置错位而引起不必要的故障。 尤其针对运行时间较长,椭圆度较大的缸套,正确安装尤为重要。 查阅船舶主机说明书,该书未对PC环的工艺做出详细地说明,也是造成相关维修技术人员对此安装工艺不了解的间接原因。 船舶公司应该根据曼恩的通函要求,适时提供相关技术文件供轮机人员学习。 |
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