某船用柴油机窜气故障分析与排除

袁慧五,万勇辉

(1.92571部队，海南三亚 572021；2.91458部队装备部,海南三亚 572021)

某船用柴油机窜气故障分析与排除

袁慧五1,万勇辉2

(1.92571部队，海南三亚 572021；2.91458部队装备部,海南三亚 572021)

针对某船用柴油机出现的窜气故障，通过运用油液分析技术准确判断出窜气故障的原因和故障部位，在结合实际情况的基础上，选用了一种新型柴油机维修技术——金属磨损自修复技术，对窜气故障进行了不拆解修理，并运用油液分析技术对维修效果进行评判，发现利用金属磨损自修复技术修理柴油机磨损故障效果良好，具有较好的应用前景。

窜气；柴油机；油液分析；自修复

柴油机窜气一般分为2种，第一种窜气是活塞环窜气和汽缸垫、缸体、缸盖间窜气。活塞环窜气是由于缸套与活塞环之间间隙过大，以致活塞环张力不够紧贴缸套，所以柴油机在压缩冲程中有混合气从活塞环间隙中“窜”到曲轴箱，因此，通常又叫曲轴箱窜气；第二种窜气是汽缸垫老化、缸体、缸盖腐蚀引起的缸盖和缸体之间的密封不严，导致压缩气体从间隙窜到缸盖、缸体周围的冷却水道、油道[1]。窜气是柴油机的一种比较危险的故障，轻则造成柴油机烧润滑油、冒黑烟、功率不足；重则增大曲轴箱压力，使润滑油从呼吸孔中喷出，柴油机润滑急剧性恶化，极易造成曲轴损坏、活塞抱缸的恶性事故。

1 故障现象

某船机舱有2台型号为12V150柴油机，分别为左主机和右主机，服役多年，近期发现左主机在运行时从油尺口冒出大量的烟，10 min内整个机舱都被烟笼罩，冷却水温度和润滑油温度有所升高，润滑油消耗量增加、黏度也变大，初步诊断为活塞环窜气故障。

2 原因分析

一般来说，柴油机发生活塞环窜气可能原因主要有4种[2]。

1)燃烧不良，性能恶化，润滑油由于高温空气的存在及金属的催化作用，易发生氧化反应生成积碳，当燃料不完全燃烧时，会将燃料由气态还原为液态，将燃烧室内烟炱、活塞及活塞环内的积碳冲下，窜入曲轴箱。

2)配气相位不准，这类问题一般发生在新柴油机使用初期，而该柴油机已经使用多年，故这种可能可以排除。

3)润滑油质量不符合标准，主要是润滑油中所含水分过多、黏度过高或过低等，这些现象长期存在时会导致柴油机窜气。

4)活塞环与汽缸密封性差，柴油机工作都是靠吸入混合气后压缩，然后点燃做功产生动力，从压缩到燃烧都会产生很高的压力，被压缩的气体会从活塞和缸体缝隙、活塞环开口、活塞环和缸体缝隙等地方窜入曲轴箱，当长期使用时，活塞环容易出现严重磨损、弹力减弱、内部结胶和折断等事故，汽缸容易出现严重磨损、裂纹、拉缸和穴蚀等故障，这些故障原因都是导致活塞环与汽缸密封性差的原因之一。

为了准确定位窜气故障的具体原因和故障部位，需要对柴油机润滑油进行系统的油液分析。首先对左主机进行了水分分析和运动黏度分析，利用快速水分仪对润滑油含水量进行分析，未发现其中含水；采用S—FLOW850型自动黏度计测试2台柴油机润滑油在100 ℃时的运动黏度，发现左主机和右主机润滑油黏度测量值分别为15.32 mm2/s和13.98 mm2/s，右主机比左主机润滑油运动黏度仅低8.7%；另外同一批润滑油分别加入2台柴油机中，只有左主机出现明显的窜气故障，说明润滑油质量不符合标准这种可能也可以排除。

为了便于比较，采用超谱M型发射光谱仪对2台柴油机润滑油磨损元素含量进行分析，得到监测数据见表1。

表1 2台柴油机润滑油磨损元素质量分数监测表 μg/g

由光谱分析数据知：与右主机相比，左主机铁元素的含量严重超标，达到112.58 μg/g，通过查阅该型柴油机各摩擦件的金属组成，发现铁元素主要存在于活塞环和缸套，说明故障原因可能是活塞环和缸套之间因存在严重的磨损而导致密封的不严。

3 处理方法及效果

在第一次修理左主机期间，首先拆检了该柴油机活塞环和汽缸套，发现它们均存在较严重的磨损现象，这与油液分析结果相符；另外在对柴油机曲轴箱进行解体分析时，未发现有积碳存在，故可以排除燃烧不良的原因，因此可以肯定左主机窜气故障原因主要是活塞环与缸体密封不严。

由于该船已服役多年，这种型号的柴油机缸套原产厂家已经停止生产，市场上想要购买非常困难且价格昂贵，但活塞环比较容易购买，故只能先采用更换活塞环的办法对其进行修理，组装完成后还更换了柴油机的润滑油，但是当柴油机再次运行时发现窜气故障依然存在，于是我们采取了一种新型柴油机维修方法——金属磨损自修复技术。

金属磨损自修复技术是在机械设备不解体的情况下，利用机械设备自身摩擦副磨擦时产生的能量，动态完成金属磨损部位的自修复、强化和改性[3]。维修中选用某公司生产的一种陶瓷基自修复材料，将其按照一定比例加入柴油机润滑油中，运行6 h后，发现柴油机窜气故障消失，说明这种陶瓷基自修复材料对因活塞和缸套磨损而引起的窜气故障维修效果良好。

同时为了评价陶瓷基自修复材料是否对润滑油本身性能产生影响，分别运用发射光谱分析技术对添加自修复材料前和添加自修复材料并运行50 h后的润滑油、以及自修复材料进行分析，得到光谱分析数据见表2；采用自动黏度计和精密水分分析仪对添加自修复材料前后润滑油黏度和水分含量这2个物理指标进行分析，得到监测数据见表3。

由表2数据可知：添加自修复材料并运行50 h后，润滑油中元素含量明显增加的是硅元素，其次铁元素略有增加，其余元素变化不大，其中硅元素

表2 添加自修复材料前、后润滑油和自修复材料光谱分析数据 μg/g

明显增加的原因是陶瓷基自修复材料中含有较多的硅元素，且达到824.7 μg/g。由表3数据可知：添加自修复材料前后柴油机润滑油黏度和含水量这2个物理指标变化不大。综合以上监测数据可知：陶瓷基自修复材料对润滑油本身的润滑性能并不产生明显的影响。

表3 添加自修复材料前、后润滑油物理指标

4 结束语

通过柴油机窜气故障排除过程，可总结经验如下：①利用金属磨损自修复技术对柴油机因活塞环和缸套磨损导致的窜气故障进行不拆解修理，不仅维修效果好，而且能够节约维修时间和成本；在柴油机磨损故障维修中金属磨损自修复技术具有良好的应用效果和广阔的应用前景；②利用油液分析技术能够获得所监测装备的润滑和磨损状态信息，从而确定其故障原因和故障部位，还能够对维修后的装备运行状态进行评估。

[1] 徐留常. B22型机冷车车载柴油机曲轴箱窜气的原因分析与预防措施[J]. 内燃机, 2013(1): 54-56.

[2] 郭中华, 宋灵玲, 覃震冰. 12V135AZD型柴油机曲轴箱窜气的检测及解决方法[J]. 柴油机, 2004(1): 53-54.

[3] 杨鹤, 张正业, 李生华,等. 金属磨损自修复技术的X光电子能谱研究[J]. 光电子与光谱分析, 2005, 25(6): 945-948.

Aiming at gas leakage in a marine diesel engine,the reason and fault location of gas leakage were judged by oil monitoring technology.On the basis of the actual situation,the maintenance technology of metal wear self-repairing is selected to repair the gas leakage through non-disassembly.The effect of repair is evaluated by oil monitoring technology.What's more,it has been found that metal wear self-repairing technology can achieve good result in repairing the diesel engine wear fault,which has a good prospect in application.

gas leakage;diesel engine;oil monitoring;self-repairing

袁慧五(1982-)，男，湖北武汉人，工程师，博士，主要从事舰船装备故障监测与故障维修工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.03.008

2015-12-01