舰用巡航柴油机超期运行状态分析与应用

张文波,刘亦敏(.南海舰队装备部，广东 湛江 54005;.中国舰船研究设计中心，湖北 武汉 430064)

舰用巡航柴油机超期运行状态分析与应用

张文波1,刘亦敏2
(1.南海舰队装备部，广东 湛江 524005;2.中国舰船研究设计中心，湖北 武汉 430064)

文章介绍了舰用巡航柴油机超期运行时其技术状态的评估方法。通过研究其维修需求，分析柴油机运行特点，研究现有的柴油机状态评估方法，并应用于分析某船巡航柴油机的运行热力参数及油液数据，得出柴油机现有状态并提出了对现役巡航柴油机超期使用的建议。对该型舰船动力系统的使用、柴油机状态在线评估的实现提供了技术支持。

舰船；巡航柴油机；维修；技术状态；评估

巡航柴油机是船舶动力系统的主要装备，一旦柴油机发生故障，将可能导致舰船无法正常运行甚至瘫痪。柴油机是一种复杂的机械设备，由于其包含的系统部件众多，产生故障的原因错综复杂，因此开展柴油机技术状态评估意义重大，也是国内外研究的重要课题之一[1-2]，尤其是开展超期运行的柴油机状态评估。

MTU公司研发设计的高速巡航柴油机是某型舰船动力系统的核心设备之一，该柴油机具有体积小、重量轻、可靠性高等优点，使用广泛。依据该型柴油机的维修计划，在使用接近或达到大修期限后，应及时安排柴油机进行大修，但由于目前舰船使用强度、任务安排、修理周期等原因，存在巡航柴油机到达大修期限后，无法及时安排出舱修理，需继续运行的现象。

本文在充分分析该型柴油机的运行特点、维修说明的基础上，分析了现有柴油机的评估方法，并将历史维修数据的分析、运行热力参数的分析、油液信息的分析应用于某舰巡航柴油机的超期状态评估上，得出评估结论并提出了对现役巡航柴油机超期使用的建议。

1 柴油机维修说明

1.1维修计划

MTU柴油机的维修计划是预防性的，MTU公司针对其生产的柴油机，根据运行时间规定了其对应的维修级别和维修范围，其维修级别包括W1～W6(大修)级维修，执行维修计划是保证设备运行可靠以及维持较低运行和维修费用的重要手段。

在MTU柴油机的维修计划中，W1～W4为舰员级维修，属于日常监控或周期性的维护，不需对柴油机解体。但W5～W6为基地级维修，需将柴油机部分或全部解体。

其中，W5级与W6级维修的本质区别是：W5级维修汽缸套和活塞连杆组仅作抽查，曲轴和机体无检测项目。W6级维修要求柴油机整体全部拆解，每个部套件均按MTU规定做细致检修，且更换所有的轴承和橡胶密封件，需出舱开展。

1.2确定大修期的主要因素

柴油机大修是对其完全分解并全面开展检修的一种维护及修理。大修期是指两次大修之间的运行间隔时间。MTU公司生产的柴油机采用强制的预防性大修方式，根据可靠性试验等既定原则规定发动机使用的时限，到了时限即安排大修。

大修期不仅取决于设计制造水平和材质，还取决于使用状况，同时存在许多不可控因素。在柴油机领域，对如何确定大修期目前还没有统一的原则，通常考虑的因素如下：柴油机故障率曲线、应用场合、载荷系数、曲轴的寿命、发动机的最大持续功率[3-4]。

MTU公司制定柴油机的大修期主要考虑了以下几个因素。

1)故障率曲线。在故障率的浴盆曲线中，曲线3个阶段的划分是确定大修期考虑的主要因素。一般而言，将大修期取在稳定故障区和过度磨损区的转折点，即避免了过度维修，又保证了在大修期内的低故障率。

MTU柴油机即将故障率曲线上的转折点作为时间长度的依据，保证了在柴油机的正常运行过程中仅有相当于故障率曲线中平台高度的故障率。

2)载荷时间分布。将柴油机按不同用途分组，每组都有明确的载荷-时间分配模式，然后针对该分配模式制定出不同的大修期，保证了在评定柴油机的大修期时有相近的载荷标准，制定的大修期值更有指导价值。

3)预防性维修保养。规范、严格的预防性维护保养制度是柴油机达到既定大修期的重要保障。MTU公司在规定柴油机大修期的同时，还规定了在各个使用时间段应开展的维护保养项目。

从以上分析可以看出，主柴油机大修期的确定与故障率曲线、载荷时间分布的选定及前期的预防性维护保养情况有关。

2 柴油机状态评估方法

目前国内外用于开展船用柴油机技术状态诊断的主要方法有：无损检查法、铁谱分析法、振动声学法、参数法、排气成分诊断法、感官鉴别法等。

针对柴油机超期使用的情况，适合于开展状态评估的方法有以下几种。

2.1性能参数监控方法

柴油机性能的变化通常是逐渐积累的过程，必将引起某些性能参数的变化。因此对柴油机各有关参数进行连续或间断性测量、记录和分析处理，可以分析判断某些故障发生的原因，同时对柴油机进行故障趋势的预报。

与曲轴轴承组件性能相关的参数有滑油压力、滑油温度和滑油品质等。与缸套活塞组件性能相关的参数有汽缸冷却水压力及进出口温度、排气温度等。此外，柴油机功率、燃油消耗率等则与主机整体运转性能相关[5]。

2.2振动信号分析法

柴油机在工作时不可避免将产生振动，内部零部件的性能、状态信息会通过特定的传递路径反映到表面的振动信号中。柴油机依据振动信号中包含的振源信息及系统状态等提取状态信息。故在不解体情况下，利用振动信号对柴油机进行诊断是行之有效的方法。

2.3瞬时转速分析法

柴油机曲轴的瞬时转速波动信号反映了柴油机各缸的工作状态及均匀性。正常工况下，柴油机运转平稳，各缸的动力性能基本一致，各缸的瞬时转速虽略有差异，但其波动总在一个较小的范围内，并呈现出某种规律性；但当某个汽缸工作出现异常时，其动力一致性被破坏，柴油机运转的平稳性变差，转速波动信号会发生严重变形，据此可以判断缸内工作的状态[5]。

2.4油液分析诊断法

用油液监测技术定期或连续监测循环流动的滑油状况，可获取摩擦磨损运动副的状态信息，根据磨损规律及耗损期，可判断机械故障，预测部件的剩余寿命。

常用的油液监测方法有2类：一类是光谱和铁谱监测技术，主要是监测油液中不溶性固体颗粒的含量、成分、元素、颗粒形态和尺寸分布，据此判断设备磨损部位及严重程度；另一类是理化性能分析，通过监测油液物理、化学特性及污染程度的变化，分析柴油机的故障趋势[6]。

3 状态分析方法应用

本章节以某型舰船为例，详细叙述在不解体巡航柴油机的前提下，如何分析柴油机超期运行后的状态。

3.1热力参数分析

表1为该船主柴油机在超过大修时限后运行时的热力参数，并以此为例对该柴油机在超期运行后的状态进行分析。

表1 某主柴油机在某转速下的热力参数

经分析表1，可以看出以下2点。

1)2台巡航柴油机状态稳定，未出现异常波动。从不同转速下的数据来看，暂时未出现性能明显下降。

2)左机热负荷较大，且左机的机械螺距可能略大于右机。从最后一组运行数据来看，左机活塞冷却油压力明显偏低，离触发监控报警余量已不多。故障可能由以下原因引起：①较长时间未清洗活塞冷却油滤器，滑油流阻变大造成油压较低；②机内已有异常磨损，滑油存在污染，导致滤器快速污堵引起活塞冷却油压力下降。

3.2油液诊断分析

该船巡航柴油机半年内4次油液化验、光谱分析的结果，如表2所示。

表2 某巡航柴油机油液数据

从主柴油机及液力偶合器油液光谱数据可以看出，主机油液光谱分析中铜元素含量超标，可能由以下原因导致：①连杆小端衬套存在磨损征兆；②进排气摇臂轴承衬套存在磨损征兆；③机带滑油泵轴承衬套存在磨损征兆。

硅元素含量超标，可能是因为液力偶合器中有砂子，建议清洗液力偶合器网片式滤器。

4 结束语

经过以上对修理数据、运行情况及监测信息的分析，可看出该船巡航柴油机性能参数无明显下降，在后续的使用中，建议注意以下事项。

1)减少启动次数，降低负载。

2)避免急加速。进车时应逐级进车，尽量避免高速时打满舵。

3)柴油机启动后应充分暖机。待油温、水温度升至60 ℃，再加载加速。

4)建议检查该船左主机活塞冷却油滤器并进行清洗，并检查滑油控制阀。同时，建议清洗主机液力偶合器网片式滤器。

超维护保养期限运行柴油机的技术状态，涉及舰船航行安全，成为使用方关心的主要问题。柴油机的技术状态评估还有很多方法，如振动分析、曲轴瞬时转速监测等，但该船主机为高速机，很多方法目前尚未应用于工程实际中。故本文研究了主柴油机技术状态评估的方法，针对已有数据，对目前柴油机的状态进行了分析，并为后续柴油机的超期运行提出了可操作的建议。

[1] 丁建军. 舰船柴油机综合状态评估系统的实现[D]. 南京：江苏科技大学,2007.

[2] 梁前超. 舰船柴油机技术状态评定综述[J].中国修船,2008,21(4):20-23.

[3] 陆威崙. 现代船用柴油机特性曲线的研讨[J]. 柴油机,2005,27(4):15-20.

[4] 陆威崙. 关于柴油机大修期确定的探讨[J].柴油机,2012,34(1):37-41.

[5] 余永华. 船舶柴油机瞬时转速和热力参数监测诊断技术研究[D]. 武汉:武汉理工大学, 2007.

[6] 刘东风,孙怡. 舰用主柴油机机油监测技术研究与应用[J].柴油机,2003(3):17-20.

In this paper,the methods of technical state evaluation are presented for cruised diesel engine operating over repair period.After researching the maintenance demand and analyzing its operating features,methods of state evaluation are proposed,which are used to analyze the thermal parameters and oil data of the diesel engine.Through analysis,the conclusion and suggestions are provided for the cruise diesel engine operating over repair period.These researches provide the foundation for the operation of dynamics system and the online evaluation of diesel engine.

ship;cruise diesel engine;maintenance;technical state;evaluation

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.06.009

张文波(1981-)，男，湖北仙桃人，工程师，博士，主要从事船舶维修保障工作。

2015-08-19