船用12PA6V-280 型柴油机PCOT 报警停车故障分析与排除

唐积才，甘 帅，李 唐

（1.91937 部队，舟山 316099；2.中国船舶集团有限公司第七一一研究所，上海 201108）

1 前言

12PA6V-280 型柴油机是我国引进国外专利技术生产的四冲程中速柴油机，在船舶中应用广泛。

本文以某海洋综合调查船为例，该船采用2 台12PA6V-280MPC 型柴油机作为主推进柴油机，配备先进的PCOT 监测报警系统,该系统的作用是检测曲柄销轴承油温，以保护曲轴，防止其重大事故。该船在实施作业期间，出现右主机PCOT 报警，且伴有异常响声，后手动紧急停车，经紧急处置，采用单车航行至港。

12PA6V-280 MPC型柴油机是一种直接喷射、水冷、筒形活塞带废气涡轮增压器和空气中冷器的中速四冲程柴油机。V 型夹角为60°，不能反转，气缸盖为单体式，气缸体和曲轴箱做成一体构成机体，均为球墨铸铁材料。

12PA6V-280 型柴油机，额定转速1 000 r/min，最大持续功率3 540 kW，滑油进口压力0.6±0.05 MPa，各缸出口的排气平均温度≤495 ℃±10℃,各缸与平均值之差在±35 ℃内；PCOT 系统设置任一档曲柄销轴承温度与其平均温度相差值5℃且时间≥5s，或温度≥100 ℃且时间≥5s 时报警，任一档曲柄销轴承温度与平均温度相差值7 ℃且时间≥3 s，或温度≥110℃且时间≥3 s 时紧急停车。

2 故障情况

某日21时20分，该船两台推进柴油机正高速运行，其中右机转速967 r/min、B6 缸排温449 ℃、滑油进口压力0.597 MPa，此时右机PCOT 系统发出曲柄销轴承高温报警，柴油机值更人员于机旁检查确认故障情况，同时柴油机责任班长详细查看主机工作参数；21 时21分，右机PCOT系统发出曲柄销轴承高温故障停机报警，但柴油机并未自动执行紧急停车，且监控台显示的主机工作参数未有异常，柴油机值更人员查阅右机PCOT控制箱报警信息，发现是右机第6 缸发出的报警，检查A6 缸未发现异常，再检查B6 缸工作情况，21 时22分，右机B6 缸发出异常响声，柴油机责任班长遂位集控室手动紧急停车，随后立即充油盘车并开启淡水备用泵保持冷却水循环。故障发生后，该船采用单车航行方式航行，直至靠港。

3 故障检查情况

1）待机体冷却后打开B6 缸挡门盖，发现右机B6缸气缸套底部有粘着痕迹，主轴承盖底部有两颗螺钉及铜质合金剥落，见图2。

2）对该B6 缸进行吊缸检查，发现排气阀顶杆错位、弯曲变形，喷油器头部断裂，活塞顶部与裙部脱离，4 个紧固螺栓被拉伸断裂，活塞裙部与缸套存在较深拉痕，连杆大端曲柄销轴瓦内侧合金剥落，见图3。

3）对该机A6 缸进行吊缸检查，发现A6 缸连杆大端曲柄销轴瓦错位、上下轴瓦位置颠倒、内侧有合金剥落，见图4。

4）对右机曲轴进行磁粉探伤检查，发现A6/B6 曲柄销异常磨损，有长约30 mm 的较深裂纹。

5）对正常运行的左主机连杆轴瓦进行抽样拆检，发现左主机A4缸连杆轴瓦亦存在严重的硬物划伤痕迹，属两道较深的漏铜划痕，还有两处疑似裂纹，见图5。

6）检查柴油机监控历史数据记录，未发现当日18 时至21 时22 分期间右柴油机滑油压力、各缸排温数据异常。

7）检查柴油机报警记录显示：故障当日21 时20分30 秒，右主机曲柄销轴承滑油温度高报警；21 时21 分01 秒，右机连杆轴承滑油温度高停机报警，但该报警后柴油机安保装置未动作，21 时21 分57 秒，其转速为967 r/min；21 时22 分右机手动紧急停车。

图6 至图11 记录了各部件损伤情况。

图1 12PA6V-280 型柴油机

图2 主轴承盖底部

图3 排气阀顶杆弯曲变形

图4 右主机A6 缸连杆轴瓦

图5 左主机A4 缸连杆轴瓦

图6 活塞顶部

图7 活塞裙部

图8 活塞裙部拉痕

图9 活塞裙部拉痕

图10 轴瓦漏铜

图11 左主机A4 缸轴瓦

4 故障原因分析

柴油机活塞顶裙分离和连杆轴瓦失效的故障源通常有两种：一种是从上到下，即故障源发于拉缸，导致活塞顶、裙分离及连杆轴瓦失效；另一种是从下到上，即故障源发于连杆轴瓦失效，导致拉缸和顶、裙分离。

针对上述故障检查情况，经分析故障原因如下：

1）柴油机在运行过程中，活塞顶与缸套之间的间隙总大于活塞裙与缸套之间的间隙，正常情况下不会出现拉缸引起活塞顶、裙分离的情况。从电站采用PA6B 烧重油的柴油机，曾出现过类似连杆轴瓦失效、转动，导致拉缸和活塞顶裙分离、曲轴损坏的类似故障案例，以及在热机协会故障史案中，从未出现过因拉缸、活塞顶裙分离而造成连杆轴瓦失效的故障问题；

2）活塞顶、裙分离后的冲击力通常不会导致轴瓦卡滞。对于四冲程机，活塞顶、裙分离后继续运行，燃烧室产生爆炸力时，活塞顶和活塞裙均位于顶端，两者之间的距离微小，活塞体对活塞裙的锤击力较小，通常不会对连杆轴瓦造成破坏性损坏。

根据上述分析判断，该故障的原因可能为其它原因，如：连杆轴瓦制造质量问题；连杆轴瓦装配质量问题；滑油清洁度不良等。现对其排查分析如下：

1）连杆轴瓦制造质量

由于右柴油机A6/B6 连杆轴瓦失效后磨损变形严重，无法开展检测分析工作，而拆检左机时发现同批更换的A4 缸连杆轴瓦存在严重异常划痕，遂对其进行检测分析。

经有资质的第三方检测：左机A4 连杆轴瓦合金层牢固的粘结在钢座上，结合面之间没有夹渣、氧化物以及孔隙，没有出现合金层分层、脱落现象，并对该轴瓦进行了双向交叉检测，认为：该疑似裂纹横截面凹陷部位没有材质缺陷；没有凹陷轮廓被硬物划伤产生划痕；没有划痕产生的合金层金属屑被挤压嵌入到连杆轴瓦表面；没有连杆轴瓦表面被划伤失效后产生的结果。因此，排除了该部位疑似裂纹是连杆轴瓦材质缺陷。

2）连杆轴瓦装配过程

故障发生前8 个月，该船曾在工厂进行等级修理，期间对两台柴油机的连杆轴瓦进行了更换，其它装机使用的同批次连杆轴瓦没有发生过类似故障，检查连杆轴瓦装配测量记录，符合技术要求。

3）滑油清洁度

故障发生后，该船对柴油机滑油进行了更换，因此无法直接通过滑油样本检测滑油清洁度，但可从第三方检测分析报告进行分析，左主机滑油中大概率含有硬质颗粒和不规则异物。

4）监控系统故障报警

通过查看该船柴油机历史参数记录，故障发生时右柴油主机处于高负荷工况运行，此时其连杆轴瓦摩擦、载荷、温度等处于高位状态。参照对比2007 年11月另一船舶发生的类似故障原因，其主要原因可能是该船主机滑油清洁度不合格，而造成其高负荷运行工况润滑达不到要求。

5）自动停车故障

PCOT 报警柴油机未自动紧急停车原因可能有：PCOT 系统故障，无报警信号输出，导致安保装置未动作；PCOT 系统功能正常，报警信号已输出，但信号传输线路故障导致安保装置未采集到报警信号;安保装置故障，虽检测到报警信号，但未实际动作。经过对PCOT 系统、安保装置及各传输线路全面检查，发现机旁控制箱内柴油机启动/停车电磁阀接线虚脱，重新连接后，系统功能正常。

根据上述排查与分析：右柴油机B6 缸连杆轴瓦由于滑油中（大颗粒）异物入侵其表面产生划痕，承载能力下降，当主机高负荷运行时，轴瓦工作条件持续恶化，引起轴瓦卡滞、转动，轴瓦与曲柄销表面出现严重的黏着摩擦，摩擦阻力急剧增大，连杆轴瓦表面的耐磨合金甚至铜基被磨掉，轴瓦的钢座直接与曲柄销表面摩擦；在曲轴曲柄销表面摩擦温升过程中，曲柄销表面的硬度下降，导致曲柄销产生热裂纹；由于轴瓦转动导致油路堵塞，连杆向活塞的供油中断，造成活塞顶缺乏冷却，活塞顶温度升高发生膨胀卡滞在气缸顶部，引起拉缸，连杆拉动活塞向下运动，促使活塞顶、裙连接螺栓被拉断，造成顶裙分离。

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5 结束语

发生此次故障的原因有多方面，但在整个事件的处置中，暴露出该船在柴油机应急处置、安全隐患排查等方面存在薄弱环节，需进一步改进：

1）应急处置能力亟需加强

柴油机值更人员应密切关注机旁PCOT 控制箱显示的曲柄销轴承油温，发现故障征兆及时处置。该船出现曲柄销轴承高温停机报警后，柴油机值更人员未能在最短时间内紧急停车，班长在集控室手动紧急停车，虽然没有造成柴油机的进一步损坏，但也错失了处置的最佳时机。必须加强对值更人员培训，减少其对业务骨干的依赖意见，提高其应急处置能力；强化各专业职手应急处置训练，确保及时、高效处置各种突发情况，消除安全隐患和故障苗头，避免处置不及时造成重大损失。

2）安全隐患排查不够细