船舶柴油机高压油管异常振动故障的处理与启示

浙江交通职业技术学院海运学院 徐红明

高压油管连接着高压油泵和喷油器，是船舶柴油机燃油喷射系统的一个重要零件，它的最大工作压力高达150 MPa左右，工作状况异常复杂。在船舶工作实践中，高压油管紧固螺栓松动，密封锥面磨损，油管接头处渗油等燃油喷射系统故障频有发生，这也是轮机员较常处理的一类故障。不久前，某船发生了一起诡异的高压油管异常振动故障，轮机部数次停车组织检修均未果，最终导致油管断裂，部分燃油泄漏，不仅给船舶造成了损失，还带来了较大的火灾安全隐患。笔者在船工作时也曾遇到同类故障，其排查处理历经曲折，并且有关文献对该故障罕有报道，故希望通过对其的处理分析给同行们一些帮助与启示。

一、故障及处理概况

某176 000 DWT散货船，主机型号：MAN B&W S70MC，无人值班机舱，船龄3年。

该船舶从宁波北仑港驶出，前往巴西。2011年9月17日08：30，大管轮在机舱巡查时发现No.2缸燃油喷射系统2号高压油管略有小幅度振动，但不明显，倾听无异声，接头处无渗油，查看主机各缸运行参数均正常，故未做进一步检查和处理。19日19：00，值班机工发现该高压油管呈蛇形大幅度振动，即刻报告大管轮，大管轮查看主机运行工况，未见异常，检查油管紧固螺栓，没有发现松动，触摸高压油管，其脉动峰谷点清晰，测取No.2缸示功图、爆压等参数也正常，无法确定故障原因，决定主机减速运行，并将情况报告轮机长。

减速后高压油管脉动频率有所减缓，但振动幅度仍较大，轮机长初步判断是喷油器针阀卡死或喷油孔堵塞，决定停车，更换No.2缸2号喷油器，启动主机，故障并未消除，而2号喷油器在雾化试验台上检测后，一切正常。随后怀疑燃油系统内漏入了空气，决定停车进行燃油系统空气排除，但故障仍未消除。于是轮机长决定第3次停车，检查更换高压油泵出油阀，然而故障还是没有得到消除。在无法明确判断故障原因的困惑下，大管轮建议更换No.2缸排气阀试试，结果还是没有排除故障。20日02：00，轮机长决定先减速运行，并向公司汇报情况。21日15：30，No.2缸发生高压油管溢油报警，经检查，油管近喷油器处发生断裂，并有部分燃油在连接处发生泄漏。

二、高压油管振动机理及特点

文献[1]通过设计柴油机高压油管振动信号测试系统，对振动信号的功率谱特征进行分析，提出高压油管振动主要有3个方面的原因：一是高压油管相对高压油泵的振动，与高压油泵的喷油频率和喷油压力密切相关；二是汽缸内燃烧过程的冲击作用和运动部件的惯性力引起的低频振动通过机体传给高压油管的振动；三是高压油管中的压力变化引起的高压油管的弹性变形，即波登管效应引起的振动，通常认为这也是引发燃油系统故障的主要原因。在正常喷射状况下，高压油管振动信号脉动明显，峰谷点比较清晰，主波段以外的振动较小。为有效进行柴油机机械性故障的不解体诊断，文献[2]在柴油机燃油喷射系统典型故障

模拟试验的基础上，利用振动技术测取了几种不同故障状况下高压油管的振动信号，并进行了分析，得出了故障诊断的判断依据。在以上研究的基础上，结合航运公司船技部有关高压油管异常振动的故障记录，笔者对燃油系统不同故障状况下高压油管振动的特点进行进一步归纳和总结，如表1所示。

表1 不同故障状况下高压油管振动的特点

三、故障处理分析

针对本故障的高压油管振动特征，对照表1即可排除第1、3、5、6、7、8种故障，第2、4种故障状况中高压油管振动特点基本符合，但通过测取No.2缸示功图所获取的爆压等参数均正常，可以断定故障并非出在喷油器上，其雾化试验结果也验证了这一结论。那么本起高压油管异常振动的原因究竟又是什么？从高压油管振动的3个主要原因分析不难看出，目前对燃油系统故障的研究和管理多倾向于波登管效应引起的振动故障，往往忽略了高压油管相对高压油泵的振动故障和低频振动通过机体传给高压油管的振动故障，其实本次故障的原因也在于此。在最后影响船舶正常航行、公司决定更换高压油泵时，轮机部发现No.2高压油泵1个地脚螺栓松动后恍然大悟，拧紧紧固后故障即刻得到消除。显然，No.2缸燃油系统内部工作状况一切正常，No.2缸运行工况也正常。高压油管的大幅度振动是由于高压油泵柱塞上下运动过程中，因高压油泵地脚螺栓松动，原来承受的预紧力随着油泵内的压力变化，转变为高压油泵泵体微小的上下运动，并通过泵体传递给高压油管，进而在多种振动共同作用下引起了高压油管的异常振动故障。

四、启示与警示

一起看似十分简单的高压油管故障，最终却导致机损事故，造成火灾安全隐患，并严重延误船舶航期，不得不引起轮机管理人员的高度重视。针对该故障，有以下几点与同行共勉。

（1）故障分析依据要充分，不可盲目采用排除法。该船轮机员针对故障的处理明显缺乏充分依据，在没有明确故障原因的情况下，部分排查的原因与故障无任何关系，并且在理论上与故障振动特点不一致的情况下，仍盲目决定停车检修，逐一试验，浪费了大量的人力和时间，这在船舶管理中是要不得的。

（2）故障排查考虑要全面，不可忽略任何因素。船舶上很多故障均是知道结果后再来分析，总觉得原因特别简单，但在实践中又不易发觉，主要是因为对故障的理论分析不够全面，平时更多关注于主要因素，一发生故障就往深层次的方向思考，忽略了次要、简单因素。

（3）加强船舶设备紧固件的检查与管理。笔者曾在MAN B&W 7K90GF主机上遇到相同故障，对于故障处理几近相似，所幸回忆起曾遇到的主机凸轮轴法兰连接螺栓松动引起的主机剧烈振动、机舱风机固定螺栓松动引起电机从风筒掉落、主机贯穿螺栓松动引起两根断裂等事故，通过长时间在故障高压油管边上的观察，才发现了这一故障真正原因。船舶振动源多且工作环境十分复杂，在日常管理中，很多船舶都忽视了设备紧固件的定期检查这一简单工作，对于紧固件的松动故障多是事后处理，但其引起的危害和损失往往是巨大的，希望通过该文引起同行们对此项工作的重视。

[1]杜元虎,康晶.内燃机高压油管的波登效应及振动诊断[J].大连民族学院学报,2008(3):228-230.

[2]乔新勇,刘建敏,张小明.柴油机燃油喷射系统故障振动诊断的试验研究[J].内燃机工程,2002(2):36-39.