船舶主机敲缸问题探讨

陈身通

(浙江省海运集团有限公司，浙江 杭州 310014)

某船主机型号为B&W MAN S42MC，功率为5 830 kW，额定转速为131 r/min，出厂日期为2006年6月。2019年该船在船厂修理，对主机第1、2、4缸进行常规吊缸保养，并更换了活塞环和填料函的密封环。修理后，在船厂码头主机进行试车，情况正常。由于码头条件所限，主机试车时最高转速为45 r/min，并没有达到正常运转时的转速。船舶离厂航行至锚地过程也正常。但在锚地抛锚，再启锚航行时，主机第1缸出现了敲缸现象。经过勘查发现，这次敲缸现象与常规敲缸情况不同，活塞顶部的活塞清洁环(PC环)位置，靠近排气侧有明显的刮擦痕迹，敲缸的声响就是活塞与PC环之间的机械敲击所引起的。这个问题如果不排除，主机不能正常运行，会耽误船期，造成经济损失。

1 敲缸问题的成因

主机敲缸是指在柴油机缸体内部出现不规则或不正常的撞击声。造成主机敲缸的原因有很多，大致分成2种，一种是燃烧敲缸，一种是机械敲缸。

燃烧敲缸一般是因为：①喷油定时调整不到位，喷油提前角靠前；②喷油器喷出的燃油雾化不良；③喷油器滴油及喷出的燃油压力低，等。

机械敲缸一般是因为：①气缸套上部磨出凸台，碰第一道活塞环；②排气阀不能及时回位及正常开启，活塞与排气阀发生撞击；③气缸套严重磨损，使得活塞在缸套中产生摆动，敲击缸壁造成敲缸；④滑油温度过低时，由于活塞和缸套不能达到正常工作时的膨胀状态，造成两者之间间隙过大，使得活塞在缸套中产生摆动，敲击缸壁造成敲缸；⑤正、倒车导板间隙过大及活塞对中不好；⑥活塞环折断或填料函未安装正确。

2 故障现象

此次声响在第1缸缸盖位置处，也就是说活塞在上死点位置敲缸现象十分明显。对该缸高压油泵进行断油处理运行，敲缸现象却依然存在，基本排除了燃烧敲缸的原因。怀疑是驱动排气阀开启的液压系统问题，停车后，对排气阀促动泵出口的液压单向阀进行了更换。在锚地试车正常，敲缸现象消除。但起锚航行不久后，第1缸还是出现了敲缸，轮机人员判断应该是促使排气阀关闭的空气弹簧引起的敲缸现象。他们对该缸的排气阀上部进行了拆检，发现该缸排气阀的空气弹簧活塞上的密封环有小的磨损缺口。更换了密封环，装妥试车正常，敲缸现象消失。

起锚航行不久，该缸又出现缸盖敲缸现象。既然排气阀的原因消除了，那么认为是不是活塞、活塞环或填料函的问题，所以轮机人员打开扫气箱检查，填料函安装情况正常，活塞及活塞环情况均正常。打开曲轴箱，测量正/倒车导板间隙均在说明书允许范围之内，而且滑油温度也没有问题。

轮机人员认为还是排气阀问题，于是将该缸排气阀整体吊出换成备用排气阀，该缸喷油器换用备用喷油器。在锚地多次正倒车试验，期间都没有出现敲缸现象。再次通知船长起锚开航，航行不久该缸又出现了敲缸。这时轮机人员请示公司机务要求技术支持。公司机务了解情况后，要求吊出活塞进一步检查。吊出活塞后，发现在活塞顶部PC环位置，靠近排气侧有明显的刮擦痕迹。敲缸的声响应该就是活塞与PC环之间的机械敲击所引起的。刮擦部位示意图见图1。

图1 刮擦部位示意图

3 故障分析及解决方法

既然是清洁环与活塞头敲击所致，造成上述敲缸现象的原因分析如下：PC环是曼恩公司在2000年前后引入的，用于高压缩比的MC/MC-C系列柴油机。其原理是柴油机在运行工作中，活塞的第一道活塞环以上部位常有结碳堆积，这些结碳可能会对气缸壁润滑油膜产生破坏，加剧气缸的磨损。为了清除这部分结碳而设置PC环，PC环的内径略小于缸套内径，利用活塞的上下运动刮除该部分结碳，以便限制活塞顶部沉积物的堆积。PC环安装部位示意图如图2所示。

图2 PC环安装部位示意图

通常PC环作为气缸套的一个组成部分，在柴油机运行期间也会发生相应的磨损，它应该遵循缸套的使用寿命。此次第1缸缸套测量点位置如图3所示，测量的数据如表1所示，其中：测量点1为PC环附近位置，测量点2为第1道活塞环对应位置，测量点11为扫气口下端处位置。

图3 第1缸缸套测量点位置示意图

表1 缸套测量数据 mm

根据说明书要求，缸套尺寸均符合说明书要求，应该不会造成PC环与活塞刮擦的现象。随后询问相关吊缸技术人员得知，他们对PC环的安装工艺不熟悉。对该缸进行吊缸保养中拆除PC环之前，没有对PC环的位置做相应的标注。PC环清洁后就于随意位置安装。造成缸套椭圆方向与PC环内径的椭圆方向不一致，活塞运动到上死点附近位置时碰到PC环，导致了敲缸现象。

经询问值班人员得知，船在大舵角转弯时敲缸现象明显。通过分析发现，敲缸现象时有时无的主要原因是锚地或正浮状态下航行时，活塞在缸套里对中性相对来说好些，没有碰到PC环。而在大舵角时，船舶发生左右倾斜，活塞在缸套中上下运动有左右靠边现象，会碰到PC环而发出敲击声。本次机械敲击部位又靠近排气侧，以至于在打开扫气箱检查时发现不了活塞头刮擦的痕迹，给故障分析增加了一定的难度。因为开始拆除PC环没有做好标识，无法找到原来安装的位置，需要更换PC环。已知缸套直径为420 mm，根据曼恩公司推荐要求，新PC环更换标准如表2所示。其中，标准PC环指新环或直径磨损量不超过0.42 mm的PC环。

表2 PC环更换标准

本船缸套磨损量已达到1.65 mm，需要超大型PC环。但船舶库存备件尚无超大型PC环，加上航次任务紧，无法购置新的超大型PC环。为了加快修复，对该缸的缸套及清洁环全部换新，装复试车正常。至此，主机敲缸故障彻底解决。

4 结束语

主机出现敲缸，首先要判断是燃烧敲缸还是机械敲缸。根据热工参数或者单缸断油方法就可以确定是否为燃烧敲缸。机械敲缸分析起来相对困难，尤其对排气阀敲击的识别。本船敲缸故障，轮机人员第一时间从排气阀敲击去分析，做了大量的工作。加上本次PC环与活塞敲击面在排气侧，打开扫气箱检查也难以发现故障原因，给排除故障带来一定的难度。

维修技术人员对PC环的认知不足，也是主要原因。在对柴油机进行吊缸保养时，拆除PC环之前必须在相应的位置做好标识，以确保在重新组装之后能够处于相同的位置，防止安装时位置错位而引起不必要的故障。尤其针对运行时间较长，椭圆度较大的缸套，正确安装尤为重要。

查阅船舶主机说明书，该书未对PC环的工艺做出详细地说明，也是造成相关维修技术人员对此安装工艺不了解的间接原因。船舶公司应该根据曼恩的通函要求，适时提供相关技术文件供轮机人员学习。