船舶柴油机维修中注意事项及解决措施

皮旺民，张 昆

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

0 引言

当前，船舶的使用范围不断扩大，对柴油机的使用需求也不断增多。为确保船舶的持续发展，就要保证柴油机安全性和稳定性。近年来，针对柴油发动机的研究逐渐增多，其应用范围也在扩大。但是，设备频繁出现故障问题会对柴油机的运行产生影响，需落实更加科学合理的维修管理方案[1]。

1 船舶柴油机的组成结构

1.1 机体组件和曲柄连杆结构

在船舶柴油机基础系统中，动力结构为主要组成部分，骨架是基础组件，能为柴油机的运转创造良好的应用平台。柴油机系统还涉及气缸盖、气缸体等基础零部件，其中曲柄连杆结构是维持各个节点应用的关键，主要包括活塞组、曲轴飞轮组以及连杆组等。

1.2 进排气与燃油供给结构

船舶柴油机只有维持良好的排气效果，才能保证柴油机运行，排气系统能为柴油机提供充足且干净的空气。在排气系统中，排气门等部件为主要组成部分，配合柴油供给系统就能形成核心控制体系，提高其稳定性能，最大程度上保证柴油机运转的可靠性。

1.3 润滑、冷却和启动结构

在船舶柴油机各个系统中，润滑系统也是非常关键的部分，以固定的压力为柴油机各个零部件和系统输送相匹配的润滑油，最大程度减少摩擦造成的影响，也能实现部件损耗管理的最优化。另外，船舶柴油机还具备冷却系统，能维持柴油机在常规温度环境下运行，降低长时间高温环境运行产生的损耗，最大程度确保柴油机运行的安全性和可靠性[2]。

2 船舶柴油机维修需注意事项

2.1 结构余隙的高度

1）缸体平面修理

通过对船舶柴油机日常管理工作的总结可知，缸体上部需要采取平面修理的方式，柴油机使用的缸体设施本身属于较大的零部件结构，受到机械力以及热应力等作用，会出现翘曲或者是变形现象。一旦出现变形问题，会对气缸盖和缸体对准效果形成负面作用，严密性和应用安全性等基础性能都会受到影响（见图1），甚至会出现漏气和动力不足等问题。

图1 余隙容积对性能的影响

如图1所示，余隙高度的减少会受到结构产生的限制，So在1 mm区间内，一旦So偏小，就会引起活塞和气门的碰撞。另外，受到缸体自身结构性质的影响，常规状态下需要定期完成气缸垫的维护保养，保证表面修整效果满足应用预期，并及时恢复到原有的几何状态才能充分发挥其应用价值。一旦气缸垫变形量较小，会采取刮削的处理方式，若是变形量较大，则需要采取机床磨削的控制，有效避免变形问题对后续应用产生的影响[3]。

2）气缸垫厚度

在基础结构中，缸盖和缸体之间会借助气缸垫完成密封性处理，其具有较为重要的作用。目前，汽缸垫存在供应商参差不齐的问题，无法按照统一标准落实具体工作，无论是厚度还是尺寸大小都不统一，会对其实际应用效果造成影响，使得密封效果失衡。实际高度超出缸体的平面高度，若是超出的数值较大，曲轴回转中心并没有发生较大改变时，会造成较为严重的余隙。

2.2 气缸套的高度

在实际气缸套维护管理工作中，维护人员往往会忽略凸台高度的实时性测定，甚至直接略过此步骤，这就增加了出现安全隐患的概率，当2台相邻气缸套凸台高度差在限额范围内外，会制约对应设备的应用效能，影响其运行安全性。在装配发动机作业工作结束后，高度差不匹配质量要求和规范参数会影响气缸垫的质量效果，甚至造成气缸套断裂等现象。

2.3 活塞的质量与尺寸

在基础配件购买环节，一般会将整体活塞组包装在1个基础箱体中，这就使得同一组产品受到生产环境、流程等因素的影响，存在较大的差距，甚至出现不符合质量控制标准的现象，此时，要秉持精细化的挑选和控制原则，保证相关内容均能落实到位。与此同时，质量差异化和直径差异化会对设备的平衡性产生影响，这主要是因为柴油机曲杆连杆机构的零件受到差异性的影响，会增加磨损的概率，造成严重的曲轴疲劳受损现象，必然会对柴油机后续应用质量形成负面作用。

2.4 气缸套的内孔圆度和圆柱度

维修柴油机的过程中，维护人员要完成气缸套的检查工作，针对湿式和干式建立对应的检查流程。对比干式气缸套和湿式气缸套发现，湿式气缸套的圆孔结构和圆柱度的设置结构更加精准，相较于干式气缸套，圆度控制效果更好，是依然存在圆度范围处于0.02～0.03 mm的现象。

除此之外，曲轴箱窜气是维护处理工作中较为常见的问题，因为气缸套的内孔圆度和圆柱度超出限额，会造成维护工作无法落实。还需要注意的是，在成品型气缸套内孔圆度和圆柱度极限情况分析的过程中，要结合原厂加工要求，避免加工误差现象。而对于薄壁类型的干式气缸套，则尽量选取成品气缸套零件或者是半成品气缸套零件，提升便利性的同时，还能避免超出限额。

2.5 曲轴轴径和轴承内径

在柴油机应用管理工作中，烧瓦抱轴的现象较为常见，造成问题的原因也非常多样，需要引起维修维护人员的高度重视。其中，维修人员在维护工作中没有开展曲轴轴径和轴承装配表面质量检测工作是最为重要的原因，相应检查工作不到位，造成烧瓦抱轴等安全事故。特别是在柴油机机械运行过程中，内部曲轴和轴承位置是交变荷载承受的关键，加之热负荷会对其产生影响，若是没有及时总结原因，会导致元件应用效能的降低。

2.6 凸轮轴外形

凸轮磨损外形变化会对柴油机运行产生一定程度上的影响，凸轮顶峰附近产生的磨损程度较大，借助凸轮呈现最大高度能对整体磨损程度予以有效分析，并结合分析结果提出更加合理可控的质量调控方案。比如，凸轮高度减小a值，气门升程h也会随之降低，见图2。

图2 凸轮轴磨损影响

首先，凸轮高度减少到规定数值，气门的升程也会随之变化，逐渐减小的过程就会使得气门开启时间和气流流通面积发生变化，甚至会增加阻力，使得气缸内部无法充盈新鲜的空气，影响后续应用质量。其次，气门开启后，凸轮结构和挺柱推杆之间接触点出现了异常的偏移现象，会对凸轮的应用效能产生影响，造成相位超差，甚至会直接制约柴油机应用的基本效果[4]。

3 船舶柴油机维修的处理措施

3.1 常见维修问题的处理措施

1）控制结构余隙高度。在对柴油机日常管理工作进行总结中发现，缸体上部需要采取平面修理的方式，柴油机使用的缸体设施本身就属于较大的零部件结构，受到机械力以及热应力等作用。因此，要结合零部件的特点合理控制工作环境的具体参数，有效避免翘曲或者是变形的现象。而对于高度超标的问题，一般是借助深度游标卡尺完成尺寸高度的分析，亦或是借助平尺完成检查，一旦高度不合理就要配合增加或者是减少垫片的方式，有效保证高度调控的及时性，更好地优化系统应用效能。

2）优化活塞选择工作。在基础配件购买环节，一般会将整体活塞组都包装在一个基础箱体结构中，这就使得同一组产品受到生产环境、流程等因素的影响，会存在较大的差距，甚至出现不符合质量控制标准的现象，采买人员要秉持精细化的挑选和控制原则，保证相关内容都能落实到位。另外，在成品型气缸套内孔圆度和圆柱度极限情况分析的过程中，要结合原厂加工要求，着重避免加工误差现象。而对于薄壁类型的干式气缸套，则尽量选取成品气缸套零件或者是半成品气缸套零件，提升便利性的同时避免超出限额。

3）曲轴优化管理。要想保证曲轴和轴承的使用寿命，就要落实可靠性检测机制，对装配间隙实现合理性调控，确保间隙设置的规范性。比如，结合轴承零件的设置材料进行对应的控制。若是钢背锡基合金或者是铜铅合金，则间隙设置为轴径直径的6%～ 8%，并结合轴承具体种类落实相应的检修控制工作，发现问题和参数不匹配的情况及时整改，有效提升控制效果，保证柴油机运行最优化。

4）凸轮轴优化处理。为了保证柴油机维护管理工作的规范性，要明确掌控凸轮外形的检查作业水准，按照标准化流程完成气密性、应用动力性能等相关情况的检查和校对，从而确保在分析实际问题后开展大修作业。

3.2 优化维护人员管理效能

1）维护人员要结合柴油机的应用要求和标准，及时落实具体问题具体分析机制，确保能合理控制相关参数，并维持良好的管理实效性，与此同时，要整合日常管理水平，及时对活塞质量、气缸套高度等参数予以评估，并结合实际情况落实相应的控制措施。

2）维护人员要提高安全意识，将柴油机使用效能的安全性和规范性作为关键，开展一系列适配的管控工作，及时发现问题并及时申报，配合技术部门落实检修工作，从而避免柴油机维修隐患问题的留存[5]。

4 采用合理的诊断方法

4.1 故障诊断的措施

1）对于故障诊断来说，先分析正常运行的船舶柴油机系统，并通过正常的系统选取正确的样本，在采集样本后，将样本与系统中故障类型进行匹配和分析，通过计算机扫描来检测出故障。2）将一个完整的样本和一个有故障的样本结合起来，将重复样本剔除，采用支持向量机完成故障排查，在最短时间内准确查找到故障。3）在故障诊断措施上，需要不断重复收集和训练，将重复的样本删除，通过集合进行训练，学习每次故障问题，训练多层次支持向量机，将故障降到最低，达到改善的措施。

4.2 以合理的诊断方法，完善故障诊断效果

船舶柴油机故障诊断方案确定后，要保证行驶的安全性和稳定性，保证船舶柴油机系统的故障验收，要明确诊断前的工作流程，按照相对应的流程进行完善和验收，并结合系统状态进行处理。在处理过程中，需要先将样本进行验证，把各个系统结合不同类型的故障进行操作，保证诊断工作流程，完成诊断验证，完善数据处理，让工作人员知道故障的原因，采集样本，通过预处理，得到故障的样本数据，再将诊断方法按照合理的故障依次处理，整体的效果完善且准确率也较高[6]。

5 结语

由于船舶柴油机结构组成复杂度较高，且运行环境特殊，受到外部因素干扰后易出现运行故障，维修操作人员技术素养、操作规范效果、维修工作的及时性等因素都会对最终结果形成相应的作用。为了更好地提升柴油机的运行效能，不仅要强化检查检测的准确性，还要针对容易被忽略的问题开展更加精细化的管理，为柴油机的进一步综合应用奠定基础。