船舶内燃机运行期间安全事项分析

张建涛 朱维军 李振起

（1.海装装备保障大队，北京 100841；2.海军大连舰，海南三亚 572011；3.中国舰船研究院，北京 100101）

0 引言

内燃机是船舶的主要动力来源，是船舶平台的心脏，内燃机平稳、可靠运转，是船舶平台正常运行的基础。内燃机运行期间，温度、压力、转速等重要参数随运行工况变化而变化，并产生不同程度的振动噪音。燃油、滑油、冷却水等主要系统应处于良好状态，一旦运行参数、振动噪音、油水泄漏量超过了正常范围，都将对内燃机安全运行产生不利影响，需要及时采取有效措施。本文分析内燃机安全运行影响因素，关注重点事项，做到早发现早处置，避免安全事故发生。

1 重要参数

1.1 温度对内燃机安全运行的影响

温度是内燃机安全运行的一个重要参数，反应内燃机的工作状态。对内燃机影响较大的温度有排气温度、滑油温度、冷却水温度。内燃机安全运行需要在一个合理的温度范围内，温度过高、过小对内燃机安全运行都会造成较大影响。

排气温度过低主要原因是喷油提前角过大，提前燃烧，不能发出应有的功率；排气温度过高主要原因是喷油量过大，燃油在燃烧室内燃烧滞后。排气温度过高将导致机体快速升温，甚至烧坏进、排气阀。

滑油温度过低的主要原因是冷却过渡，冷却部位温度过低。滑油温度过低会导致滑油黏度变大，流动性降低，润滑部位不能建立有效油膜，随之机体温度也会降低，金属膨胀较小，配合间隙变大，容易产生敲击现象，加剧磨损。滑油温度过高的主要原因是冷却效果低，机体散热不及时。滑油温度过高会使滑油黏度变小，密度变小，化学成分发生变质，形成接触面的半流体摩擦和干摩擦，缸套与活塞之间磨损程度增大，容易产生拉缸；活塞与连杆、连杆与曲轴、曲轴与轴承之间温度升高，磨损加剧，严重时会产生烧蚀与黏结现象。

冷却水温度较低的主要原因是冷却水流量大，散热效率高。冷却水温度过低将导致被冷却的滑油温度变低，直接冷却的内燃机部件受热不均，热应力增大，运行状态不稳。冷却水温度过高主要原因是冷却水流速低、流量小，热量无法带走。冷却水温过高，一是导致滑油温度升高；二是导致直接冷却的内燃机零部件得不到充分冷却，金属材料膨胀增大，配合间隙变小，磨损加剧，故障率增加。

1.2 压力

压力是内燃机的另一个重要参数，合适的压力是内燃机安全运行的重要保障，对内燃机影响较大的压力有进气压力、滑油压力、冷却水压力。过高的压力对机体、管路系统产生较大的冲击，会出现异常振动和噪声，容易被发现，但对内燃机本身产生很大影响，存在重大安全隐患。为避免高压爆炸危险，在设计过程中重点设置了泄放阀、安全阀。对内燃机影响最大的还是低压。进气压力低，燃烧空气密度小，进气量少，过量空气系数偏小，燃油不能充分燃烧，出现积碳，如不及时排故,将会导致气缸与活塞之间容易出现划痕，严重时会出现拉缸；起动时滑油压力低会使金属接触部位润滑不良，摩擦力增大，内燃机难以起动。运行期间滑油压力低，还容易出现烧蚀轴承、轴瓦现象；冷却水压力不足，会使滑油冷却器水量不足，滑油冷却效果下降，滑油温度升高，直接冷却内燃机内部零部件的冷却水压力不足，会使零部件温度升高，增大内燃机故障率。

1.3 转速变化

内燃机是否处于稳定的运行状态，主要通过转速来体现，负荷变化转速随之改变，在一定工况下，内燃机转速稳定不变。升降工况，转速的变化根据内燃机的负荷特性曲线进行变化，突然升降车钟，转速不会马上到达，而是延迟一段时间，原因就是有负荷限制，避免由于升速过快，导致机体受热不均、膨胀不够而出现故障。内燃机有最低起动转速，低于这个转速，机器起动失败。同时，内燃机还有最高转速限制，设有超速保护装置，超过设定转速，保护装置自动切断油源，关闭进气，使其紧急停机。大轴出现缠绕渔网、缆绳、铁丝等现象时，反映到内燃机上会出现负荷增大，严重时会出现带轴工作困难，导致内燃机转速下降，甚至会停机。调速器根据负荷大小控制喷油量，转速随之发生变化，在负荷变化不是很大的情况下,如果转速不稳，波动范围较大，说明调速器故障，需要对调速器进行调试。调速器的调试比较复杂，需要专业人员进行调试，同时需要与内燃机进行匹配运行,海上执行任务期间，船员可根据内燃机转速波动的大小,适当对调速器进行调试,在调速器发生故障无法正常使用时,如果有备件也可由船员进行更换调速器，但需要进行一定的调试，须提前做好培训，掌握其更换与调试方法，才能使调速器正常工作。

温度、压力和转速之间都是相互关联，相互影响的，从一个数据中发现安全隐患，其他数据可以佐证，作为故障判断的依据。例如：某船发电内燃机工作过程中，排气温度明显过高，经初步检查，燃油、滑油、冷却水温度均正常，增压器压力表、转速表损坏，不能正常显示；增压器涡轮测透平油乳化且变黑，冒黑烟。经拆解增压器确认，由于增压器轴承气封不足，引起废气进入透平油中，并在轴承处结碳，碳粒混入透平油，导致轴承润滑不充分，摩擦生热，烧毁轴承，致使增压器效率降低，压气机供气量不足，引起不完全燃烧，排气温度升高。为避免温度对内燃机造成危害，应尽力避免在热态时急冷和冷态时急剧加热或过热，主要表现形式为，内燃机启动前不暖机或暖机不充分，启动后立即增速、增加负荷；停车后过早中断冷却水循环，使内燃机散热不良或局部过热；长期超负荷运转等。

2 振动噪音

2.1 振动变化

内燃机在运行中会产生一定的振动，安装在机体上的振动传感器，可以测出不同工况下的振动值。不同工况下振动值有所不同，但会在合理的范围内，过大的振动值反映出内燃机处于不安全的工作状态。雾化的燃油与空气的混合气在燃烧室燃烧，膨胀做功推动活塞做往复运动，从而带动曲轴转动,这是内燃机振动的主要来源。排气推动废气涡轮增压器工作，是内燃机振动的另一来源，急剧变工况和不完全燃烧还会使增压器振动加剧，形成喘振，需要及时降工况，以免造成增压器损坏。如果内燃机的运转频率与船舶固有频率相同，就会发生共振，共振破坏力强，要避开共振转速。除了传感器测量振动以外，值班船员还可以用手持式振动测量仪进行测量，发现异常振动用测量仪测量，必要时也可以用手触摸感受振动的变化。高压油管振动脉冲很有规律，用手就可以感触到，如果出现明显加剧或减弱，说明喷油泵、喷油器出现故障。

2.2 噪音变化

内燃机运行期间，燃油燃烧、运转部位轴承摩擦、以及增压器、风机、水泵、油泵的运转都会产生一定的噪音，正常情况下不是很大，很有规律，说明处于安全运行状态。如果内燃机发出刺耳的尖叫声或某个部位突然噪音变大，说明内燃机出现大的故障，应立即停机，否则故障将进一步扩大，严重时可能导致机器报废。噪音值可以利用音量测量仪进行测量，也可以采用金属听音棒靠近机器倾听。如果听到气缸内有敲击声，说明燃烧室内发生敲缸现象。如果听到轴承有撞击声，说明轴承出现了损坏。这些声音刚开始很小，不易辨别，如果发现不及时，声音会越来越大，故障也就逐渐扩大。根据噪音的变化，早发现异常，早处置，有利于内燃机的安全运行。

内燃机一旦产生振动噪音也会随之增大，某船用主动力推进内燃机，使用过程中逐步出现振动大、噪音异常的现象，且转速越高振动越大。经初步查看，内燃机安装支架无松动，减震胶垫无损坏，判定振源来自内燃机尾端橡胶减振器。经仔细勘查，该减振器的橡胶垫与惯性盘有多处裂纹，已处于即将损坏的临界状态，无法再发挥降低共振频率的作用，还增加了内燃机运转的不平稳性，导致振动大，噪音异常，如不及时排故，将会产生内燃机损坏，甚至伤人的安全事故。

3 油水泄漏

3.1 燃油泄漏

内燃机正常运行时，不会有燃油泄漏，出现燃油泄漏说明已处于不安全状态，需要引起重视。管路泄漏，多数情况刚开始不大，发现不及时，导致泄漏量增大。燃油进油管路泄漏，燃油压力下降，不但内燃机功率下降，还容易引发火灾。特别是高压油管破裂，高压的燃油喷到排气管、废气涡轮增压器上，高温部位会使燃油迅速汽化，遇到排烟管漏泄的烟气会立即发生爆燃，即使没有烟气外漏，油气也因高温很快达到自燃点，产生火灾，如果发现不及时，措施不力，火灾将难以控制。因此，需要经常检查燃油管路是否有松动、泄漏，高压油管是否有裂纹、伤痕，做到早发现早处置，避免火灾事故发生。

为了便于内燃机火灾探测，在内燃机周围安装感烟、感温、红外火灾传感器，但传感器不可能安装在每一个可能的泄漏部位，即使在传感器周围起火，也有一个延迟时间，等到自动报警，火势已经扩大了。在机舱内，内燃机周围还安装监控摄像头，用于监控内燃机工作状态，摄像头将监控画面传到集控室，供集控室人员监控。机旁值班员，一旦发现燃油大量泄漏或出现火灾，应立即停机，切断油源，并迅速用合适的灭火器扑灭初火，一般不会造成大的损失。如果没有停机，没有切断油源，火灾就会迅速蔓延，火势扩大，最后只能采取封舱灭火措施，才能将火扑灭。有的内燃机带有箱装体，箱装体上安装有自动灭火装置，应使灭火装置处于工作状态，机舱灭火系统也要处于工作状态，一旦出现火灾，迅速启动灭火系统，实施封舱灭火，避免火灾进一步扩大。

3.2 滑油泄漏

内燃机运行期间，滑油系统只有少量的消耗，滑油柜液位变化不明显，如果滑油液位出现明显变化，说明出现了滑油泄漏，会对内燃机的安全运行构成威胁。滑油系统泄漏有外漏和内漏，外漏主要有管路接头松动、管路破裂，这些泄漏比较容易处置，只要发现及时，一般不会造成大的事故。内燃机的滑油系统有电动预供滑油泵和机带滑油泵。起动时，电动预供滑油泵工作，正常运行时机带滑油泵工作，一旦高压滑油管路破裂，滑油喷到排烟管等高温部件上，滑油在高温下就会迅速汽化，达到自燃点或遇到火星就会立即发生爆燃，形成火灾，滑油黏度大、密度大，比燃油燃烧破坏力更大，会产生大量浓烟，对人员、装备造成极大的伤害，如果不能及时发现，并采取紧急停机措施，就会导致火灾迅速蔓延，难以扑灭，最后只能启动箱装体灭火装置或机舱灭火系统进行封舱灭火。

滑油内漏不易发现，需要仔细检查。如果滑油冷却器内密封圈出现损坏，因滑油压力高于冷却水压力，滑油就会进入冷却水中，膨胀水箱液位升高，滑油冷却部位温度升高，滑油柜液位降低。如果活塞与气缸之间间隔过大，就会出现烧滑油的现象，排烟为蓝色。如果机体内滑油管道出现破裂，滑油漏入机体内部，需要冷却的轴承因得不到充分润滑冷却而升温。

3.3 冷却水泄漏

冷却水主要用于冷却滑油和机体，出现不正常的泄露，会给内燃机运行安全带来一定影响。冷却水泄漏有外漏和内漏，外漏主要有管路接头漏水、管路破裂和机械密封磨损。冷却水压力高，管路上小破口，发现不及时，就会变成大破口，泄漏量就会越来越大，由冷却水冷却的滑油系统、机体部位温度也会随之升高。冷却水泵机械密封磨损，少量泄漏时，运行看不到漏水，停机后可以看到慢慢滴水，随着运行时间延长，机械密封磨损会越来增大，运行期间会出现滴水或线状泄漏，这时只能停机修理，拆下旧的机械密封，更换新的机械密封。

内燃机内部冷却水道漏水，有时现象不明显，但时间一长，就可以从外部异常现象中发现泄露。缸盖冷却水道出现裂纹或缸盖垫片损坏，冷却水会进入燃烧室，燃烧质量变差，排气中含有水蒸气，烟囱冒白烟。如果冷却水泄漏到油底壳，会使油底壳液位升高，滑油颜色变白。如果增压器冷却水部位出现泄漏，随着工作时间增加，泄漏点会持续增大，大量冷却水在增压器中被挥发，随着冷却水泄漏的加大，未挥发的冷却水会进入气缸，导致排气温度降低，膨胀水箱液位降低。

4 结论

内燃机的安全运行是多方面的，在内燃机运行期间需要重点关注温度、压力、转速等参数的变化，同时，参考内燃机运转的振动、噪音，以及燃油、滑油、冷却水液位情况，上述参数的变化对内燃机安全运行的影响最大、最明显。除此之外，还应关注其他参数的变化，如进排气、启动空气系统、船舶航行海域环境等因素，这些因素也会影响内燃机的安全运行，一个疏忽可能就会造成内燃机故障，甚至出现安全事故，导致船舶平台的失效。因此，为确保船舶航行安全，需要时刻关注内燃机的运行参数。