船舶柴油机高压泵故障分析及优化

王明锣 轮机长

1. 高压油泵故障现象

船舶配有两台 MAN12V32/40型四冲程中速柴油机,某一次船在大嶝岛锚地抛锚待命,一当班机工在进行常规主机检查时,发现有6台高压油泵的油门齿条发生卡阻现象,无法推动,两台柴油机均有分布。大管轮立即指导当班机工通过葫芦、铜棒强行推拉油门齿条,但效果不明显。按照说明书的要求,轮机人员将其中一台高压油泵拆检,经过检查发现柱塞和套 筒“咬死”,而且柱塞上伴有明显拉痕现象,如图1所示。发生此种故障后,通常做法是将油门齿条加油活 络或打开凸轮箱道门盖,进行盘车,使该缸柱塞落至下止点后,再推拉活络。如果阻力过大,强行活络推拉油门齿条,会造成柱塞更加严重的拉伤。

图1 某工程船主机高压油泵柱塞拉痕情况图

2. 柱塞偶件卡阻故障的原因

2.1燃油质量

轮机员对套筒上的燃油进油孔和回油孔进行了细致察看,发现这两个油孔内壁及周围存在较多的积炭, 质地较硬。经过砂纸打磨,油孔上显示出略微发白的污垢,粘连牢固,一般清洁方法无法彻底清除。这些污垢是低质燃油在高温高压条件下炭化所致。案例船舶柴油机虽然是中 速机,但常规运行时燃烧重油,重油品质的好坏,直接影响了高压油泵运行状况。低品质的重油中含有较高硫分、残炭,此外钒、钠含量也较高,会提高产生低温腐蚀和高温腐蚀的发生率,进而重油杂质炭化积聚,产生积炭、油泥,粘着在进回油孔附近, 当柱塞头部运动至此时,柱塞和套筒发生粘连。又因进回油孔在套筒上部,所以强行推拉油门齿条后,柱塞上部就发生了拉痕现象。

2.2操作管理

在船舶日常运行管理中,轮机人员准确把握燃油系统关键部分的特性尤为重要。

1 ）燃油黏度管理与温度控制。 适宜的燃油黏度对于确保柱塞偶件正常运行至关重要。案例船舶在日常航行中使用180号重油,按照制造商推荐的操作参数,燃油通常需要加热到大约120℃,以维持进机时的黏度在10-15mm2/s之间。如果燃油温度降低,将会导致燃油变粘稠,容易产生油泥,进而引起柱塞偶件之间的粘连和卡阻问题。相反,若燃油被过度加热,则可能造成炭化现象,在套筒油孔附近和柱塞头部形成积炭,阻碍润滑效果,同样会导致卡阻。此外, 高压油泵中的柱塞和套筒虽然具有相同的膨胀系数,但由于柱塞被热油包围升温较快,而套筒外部处于常温环境中升温较慢,两者间极小的间隙可能导致因升温速度不同而发生过盈配合,从而引发卡滞。

2）轻重油转换操作及其时间安排。为了确保发动机停止前能彻底燃烧管系和设备内的重油,避免残留重油因主机温度下降而增加黏度,船舶应在完车操作之前将使用的燃料从重油切换至轻柴油。换油的时间点应合理提前,给予足够的时间让系统内的重油完全燃烧。如果重油残留在管系和设备内,在冷却后可能会形成难以清理的沉积物或油泥,这会极大可能导致精密机械部件如柱塞的卡阻。 案例船舶在停止施工抛锚之前仅提前2个小时转换轻柴油,这不足以确 保系统内重油的彻底燃烧,所以会时常发生柱塞偶件卡阻故障。

2.3柱塞本身燃油压力波动会对套筒内表面及柱塞头部产生一定的冲击作用,加上燃油本身的酸性腐蚀,导致套筒内表面柱塞头部产生穴蚀。穴蚀会使柱塞表面的金属受到破坏,甚至损坏柱 塞,柱塞穴蚀多发生在斜槽上方,而且在常用负荷时与回油孔相对的柱塞表面处最严重,表面会出现无规律凹坑,最易积聚杂质、油泥,导致柱塞偶件卡组故障。虽然案例船舶高压油泵使用的是等压卸载式出油阀,能减少穴蚀发生,但不能根除穴蚀。穴蚀对柱塞偶件卡阻故障起促进作用,在故障综合分析中,也是需要考虑的一种因素。

3. 优化措施及验证

针对以上原因分析,提出优化措 施并在案例船舶上开展实船验证。

1）在船舶抛锚靠港准备期间,延长船舶柴油机轻重油转换时间,使燃油系统中的重燃油彻底燃烧。通过对延长案例船舶轻重油转换时间段产生的实际效果进行观察,柴油机在经过10次轻重油转换,在对现场记录进行分析后发现,将重燃油转换为轻燃油的过程时间从原先设定延长至4 小时之后,柴油机高压油泵柱塞偶件的卡阻故障发生模式发生了显著变化。具体来说,在转换过程时间调整之前 ,平均每10次轻重油切换操作中会发生4次高压油泵柱塞偶件卡阻故障 ,即故障率为40 % 。然而,在延长了转换时间之后,观察到仅发生了1次此类故障,即故障率为10%。这一结果表明,延长重燃油向轻燃油转换的时间可能有助于减少高压油泵柱塞偶 件卡阻故障的发生频率。因此,转换过程中燃油品质的变化速率可能是影响高压油泵柱塞偶件工作状态的重要因素之一。未来的研究可进一步探讨适当的轻重油转换时间对设备性能及可靠性的影响,并研究优化燃油转换策略以降低故障率的可能性。

2 ）严格控制船舶柴油机燃油系统的温度变化速率。值班轮机员必须确保供油单元的自动控制系统正常工作,必须严格控制温度变化速率, 以保持燃油黏度在一个合理的范围。 根据制造商提供的技术说明书,通过一系列的实验调整,对燃油系统的温度变化速率进行了多次优化尝试。每一次调整后,都对柱塞偶件的工作状态进行了详细的记录与分析。结果表明,在不超过2℃/min的升温或降温速度下,燃油能够维持在一个较为理 想的黏度范围内,从而减少了柱塞偶 件因过热或过冷导致的机械应力,避免了金属部件之间的不适当摩擦,进 而降低了高压油泵柱塞发生故障的可能性。此外,保持稳定的温度变化速率对于保护整个燃油供给系统的其 他组件同样重要。在未来的探索中, 轮机管理人员应继续探索最佳的温 度控制策略,并考虑引入更先进的传 感器技术和智能控制系统来实现更 精确的温度管理,这可为提升船舶动 力系统的整体性能提供坚实的技术保障。

3 ）改善高压油泵柱塞偶件清洗方法。在船舶柴油机的维护中,高压油泵柱塞偶件的清洁度对于确保其正常运行至关重要。由于工作环境和燃油品质的影响,柱塞偶件中的油槽容易积累难以彻底清除的污垢,这不仅影响了燃油的喷射精度,还增加了卡阻故障的风险。常规的柴油泡洗方法太耗时间,且处理不干净,为了有效解决这一问题,可以将柱塞偶件送往具有专业资质的机构进行超声波处理。超声波清洗技术利用高频振 动产生的空化效应来去除污垢,能够深入到传统方法难以触及的微小缝隙中,从而实现对油槽内部的全面清洁。这种方法不仅能显著提高清洗效果,还能减少对精密部件表面的机械损伤,保持柱塞偶 件的原有精度。通过改善清洗工艺,不仅可以降低因污垢引起的卡阻故障发生率,还有助于延长设备 使用寿命,保障发动机的稳 定性和可靠性。

华洋海事中心有限公司 轮机长：王明锣

日期：2025.07.07