【船机帮】一例特殊的冒黑烟故障分析与排除

导读

某船在进厂修理前的例行试航中，4台主机中的前左机当转速从450 (r/min)加速到580 (r/min)时，突然冒浓黑烟，如果转速降至580 (r/min)以下，黑烟就立即消失。

操纵手轮再往上加速，组合式高压油泵的齿条自动拉到最大油量，转速最高升到650 (r/min)，之后就下降并稳定在580 (r/min)左右。

柴油机其它情况及热工参数指示基本正常。

船员反映这台主机此故障已有一年多，经多次分析排查没找到原因，580 ( r/min)似乎是临界点，不到这个转速故障不出现。

此转速是主机的前进三转速。

一、一般性原因分析和排查

该型主机为12缸，V型布置，废气涡轮一容积式压气机两级增压，可直接反转式柴机。

柴油发动机冒黑烟是常见故障，从机理分析就是燃油在气缸内燃烧不充分，其常见原因归纳起来有：

① 进气系统故障，进入气缸的新鲜空气不足； 

② 喷油提前角延后导致燃烧滞后； 

③ 排气时间延后，致进入气缸的新鲜空气不足；

④ 喷油器雾化不良，空气与燃油没有充分混合；

⑤ 燃油进空气导致各缸供油不均，个别缸供油过量；

⑥ 柴油机超负荷。

排查包括:

(1)进气系统检查

该型机进气系统由一级增压的2台涡轮增压器、空气冷却器、二级增压的容积式压气机和进气管组成。

经检查涡轮增压器工作正常，转速和惯性运转时间符合要求;压气机运转没有异常响声和发热，外观看控制进出口方向的倒顺车转换阀指示位置正确;从进气温度和压力分析，空冷器也没有堵塞。

(2)喷油和排气正时检查

二冲程柴油机进气时间是由扫气口位置设计决定的，不会改变。

停机后检查喷油提前角和排气阀开闭时间，均正确。

再检查飞轮刻度上止点0度也正确。

(3)燃油系统检查

故障时燃油压力指示正常，燃油系统放气没有空气，说明低压燃油泵、燃油滤清器和管路方面，均没问题。

再检查全部喷油器和高压油泵出油阀等，没有发现异常，喷油器雾化和出油阀密性均良好。

(4)柴油机超负荷检查

该船主机出现超负荷情况--般是推进器缠渔网，但推进器缠渔网应该是各转速下都超负荷，不会只在高速时超负荷。

经潜水员查看，推进器没有缠渔网，轴系、推进器均正常。

除了上述项检查外，还对气缸套、进气管、排气管等做了常规性检查，均正常。

二、特殊原因分析和排查

由于该型柴油机自身结构特点，过去曾发生过一些比较特殊的冒黑烟故障，这次也进行了分析排查，具体如下:

(1)高压泵传动轴与半联轴节装配不当致松动，造成不确定性喷油提前角延迟。

分解检查高压泵半联轴节，装配正确没松动。

(2) 一级增压的容积式压气机换向阀位置安装错位或换向不到位，或由于空冷器漏水，阀锈死，使增压空气进出口部分连通，在其内部形成循环，减少了气缸空气进气量。打开检查孔检查压气机换向阀，阀位置正确，能灵活转动。

(3)曾有一台柴油机，当转速加到650 (r/min)时突然冒黑烟，退回到580 (r/min)，黑烟立即消失，故障表现十分相似，最后查明原因是柴油机系统油压(主管油压)偏高，将系统油压调低至规定范围后故障立即消失，其发生过程如下。

图1是换向机构工作原理图，图中零件1和零件2是正倒车换向机构实现对排气凸轮轴换向的主、从动爪盘。

柴油机进行换向时，来自操纵箱的压缩空气进入换向油瓶，提高油瓶油压，然后分别通至各个须换向的部位。

其中一路进入分离油缸3，克服分离弹簧4的弹力，推动分离活塞5使主、从动爪盘相互脱开，然后相对转动一个爪(36°)再啮合上，完成凸轮轴换向。

柴油机正常运转时，油瓶内有一定的压力，它是由系统向油瓶补充滑油和油瓶向曲拐箱回油的压差形成的，正常大约在0.3 MPa左右，低于换向所需油压，因此不会产生换向。

这台机由于系统油压偏高，当加速到650 (r/min)时，油瓶油压达到了排气凸轮轴的换向油压，但没达到高压泵、压气机换向阀的换向油压，所以导致了排气时间滞后并冒黑烟。

另外，还曾遇到二次这方面的故障，一次是油瓶至操纵阀软管堵塞，致油瓶回油受阻压力升高，排气凸轮轴发生了换向;

另一次是分离弹簧4弹力下降，油瓶油压正常，排气凸轮轴也发生了换向。

运转中排气凸轮轴换向其实有两种情况，一种是上面所述，主、从动爪盘完全分离，并相对转动一个爪(36°);

另一种是油压只够使爪盘部分分离，因为爪与爪是斜面啮合的，分离就会产生相对转角，分离距离越大产生的转角也越大，见图2,这种情况下停车，油压消失爪盘回到原位，检查看不出问题。

图2 爪盘啮合结构

检查了本次故障主机系统油压、换向机构分离弹簧弹力和换向油瓶回油管，均没问题，符合规定要求。

三、操纵阀原因分析和排查

进一步分析，油瓶油压升高还与操纵箱上的操纵阀有关。

图3 操纵阀结构图

图3是操纵阀结构图，其工作过程:

当柴油机换向时，操纵手轮转动抬起其中一个正车或倒车阀，等待在阀口的压缩空气经此阀和B孔通至对应的正车或倒油瓶，开始换向;柴油机在运转状态时，正倒车阀在上部弹簀的作用下处在关闭状态，这时B孔与C孔相通，从油瓶满溢出来的滑油经通道C回至曲拐箱。

分析认为，如果通道C受堵油瓶回油不畅，或正、倒车阀有问题或泄漏,压缩空气漏至油瓶，都能使油瓶油压提高。

分解检查操纵阀，果然是其中正车阀的弹簧5断了，阀靠自重落在阀体上，橡胶封闭环也有些损坏。

更换操纵阀弹簧和橡胶封闭环后，冒黑烟故障排除。

总结故障过程如下：

柴油机正常运转时，系统始终向油瓶补充 滑油，从油瓶满溢的滑油由软管通到操纵阀的B孔，再经C孔流回到曲拐箱。

滑油流过操纵阀B孔与C孔之间的通道时，形成一定的油压。

因为阀上的弹簧断了，弹力消失，此油压使阀自行抬起，阀的下沿挡住或部分挡住C孔，结果使油瓶压力上升。

四、小  结

(1)该型机在工作中换向机构自行换向有多种原因，已遇到过的有:

①系统油压偏高②油瓶至操纵阀软管堵塞③分离弹簧弹力下降④操纵阀弹簧断等，其结果:

一种是爪盘完全脱开换向，故障表现明显，停车后从换向机构检查孔可以看到排气凸轮轴已在反向位置上;

另一种就像本次故障，运转时排气正时发生滞后并冒黑烟，停车后恢复正常状态，因此不容易检查出存在的问题。

(2)柴油机在运转中出现自动换向是一起危险的故障，说明该机在设计上存在不完善之处。

实际上该型机在操纵、换向机构上设计了一系列联锁装置，其中转向联锁滑阀就是用于防止柴油机非预期换向。

在起动換向过程中，如果操纵、换向机构操作位置与柴油机实际转向不一致时，转向联锁滑阀控制调速器和停车滑阀不工作，柴油机就运转不了。

但已经在运转的机器，当换向油瓶油压提高时，没有设计相应的保护和联锁。

好在换向油瓶压力提高不多，仅使得排气凸轮轴自行换向，如果高压油泵和压气机换向阀也发生换向，柴油机各部分的关联将全部被打乱，可能发生严重事故。

(3)该机多次自动换向故障说明，换向机构分离弹簧的弹力设计偏小，之后通过计算和重新设计,将弹簧弹力适当提高，这一类故障发生明显减少。

(4)一个小弹簧酿成一起大故障，分析得出操纵阀弹簧断裂是因为表面有许多较深的锈点致使疲劳断裂。

该弹簧在操纵阀中与压缩空气相接触，说明压缩空气中有较多水份使弹簧锈蚀，分析推断该船高压空气瓶日常维护保养不到位，没有做到定期或经常放水。

END