船舶柴油機維修中注意事項及解決措施

皮旺民，張 昆

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

0 引言

當前，船舶的使用范圍不斷擴大，對柴油機的使用需求也不斷增多。為確保船舶的持續發展，就要保證柴油機安全性和穩定性。近年來，針對柴油發動機的研究逐漸增多，其應用范圍也在擴大。但是，設備頻繁出現故障問題會對柴油機的運行產生影響，需落實更加科學合理的維修管理方案[1]。

1 船舶柴油機的組成結構

1.1 機體組件和曲柄連桿結構

在船舶柴油機基礎系統中，動力結構為主要組成部分，骨架是基礎組件，能為柴油機的運轉創造良好的應用平臺。柴油機系統還涉及氣缸蓋、氣缸體等基礎零部件，其中曲柄連桿結構是維持各個節點應用的關鍵，主要包括活塞組、曲軸飛輪組以及連桿組等。

1.2 進排氣與燃油供給結構

船舶柴油機只有維持良好的排氣效果，才能保證柴油機運行，排氣系統能為柴油機提供充足且干凈的空氣。在排氣系統中，排氣門等部件為主要組成部分，配合柴油供給系統就能形成核心控制體系，提高其穩定性能，最大程度上保證柴油機運轉的可靠性。

1.3 潤滑、冷卻和啟動結構

在船舶柴油機各個系統中，潤滑系統也是非常關鍵的部分，以固定的壓力為柴油機各個零部件和系統輸送相匹配的潤滑油，最大程度減少摩擦造成的影響，也能實現部件損耗管理的最優化。另外，船舶柴油機還具備冷卻系統，能維持柴油機在常規溫度環境下運行，降低長時間高溫環境運行產生的損耗，最大程度確保柴油機運行的安全性和可靠性[2]。

2 船舶柴油機維修需注意事項

2.1 結構余隙的高度

1）缸體平面修理

通過對船舶柴油機日常管理工作的總結可知，缸體上部需要采取平面修理的方式，柴油機使用的缸體設施本身屬于較大的零部件結構，受到機械力以及熱應力等作用，會出現翹曲或者是變形現象。一旦出現變形問題，會對氣缸蓋和缸體對準效果形成負面作用，嚴密性和應用安全性等基礎性能都會受到影響（見圖1），甚至會出現漏氣和動力不足等問題。

圖1 余隙容積對性能的影響

如圖1所示，余隙高度的減少會受到結構產生的限制，So在1 mm區間內，一旦So偏小，就會引起活塞和氣門的碰撞。另外，受到缸體自身結構性質的影響，常規狀態下需要定期完成氣缸墊的維護保養，保證表面修整效果滿足應用預期，并及時恢復到原有的幾何狀態才能充分發揮其應用價值。一旦氣缸墊變形量較小，會采取刮削的處理方式，若是變形量較大，則需要采取機床磨削的控制，有效避免變形問題對后續應用產生的影響[3]。

2）氣缸墊厚度

在基礎結構中，缸蓋和缸體之間會借助氣缸墊完成密封性處理，其具有較為重要的作用。目前，汽缸墊存在供應商參差不齊的問題，無法按照統一標準落實具體工作，無論是厚度還是尺寸大小都不統一，會對其實際應用效果造成影響，使得密封效果失衡。實際高度超出缸體的平面高度，若是超出的數值較大，曲軸回轉中心并沒有發生較大改變時，會造成較為嚴重的余隙。

2.2 氣缸套的高度

在實際氣缸套維護管理工作中，維護人員往往會忽略凸臺高度的實時性測定，甚至直接略過此步驟，這就增加了出現安全隱患的概率，當2臺相鄰氣缸套凸臺高度差在限額范圍內外，會制約對應設備的應用效能，影響其運行安全性。在裝配發動機作業工作結束后，高度差不匹配質量要求和規范參數會影響氣缸墊的質量效果，甚至造成氣缸套斷裂等現象。

2.3 活塞的質量與尺寸

在基礎配件購買環節，一般會將整體活塞組包裝在1個基礎箱體中，這就使得同一組產品受到生產環境、流程等因素的影響，存在較大的差距，甚至出現不符合質量控制標準的現象，此時，要秉持精細化的挑選和控制原則，保證相關內容均能落實到位。與此同時，質量差異化和直徑差異化會對設備的平衡性產生影響，這主要是因為柴油機曲桿連桿機構的零件受到差異性的影響，會增加磨損的概率，造成嚴重的曲軸疲勞受損現象，必然會對柴油機后續應用質量形成負面作用。

2.4 氣缸套的內孔圓度和圓柱度

維修柴油機的過程中，維護人員要完成氣缸套的檢查工作，針對濕式和干式建立對應的檢查流程。對比干式氣缸套和濕式氣缸套發現，濕式氣缸套的圓孔結構和圓柱度的設置結構更加精準，相較于干式氣缸套，圓度控制效果更好，是依然存在圓度范圍處于0.02～0.03 mm的現象。

除此之外，曲軸箱竄氣是維護處理工作中較為常見的問題，因為氣缸套的內孔圓度和圓柱度超出限額，會造成維護工作無法落實。還需要注意的是，在成品型氣缸套內孔圓度和圓柱度極限情況分析的過程中，要結合原廠加工要求，避免加工誤差現象。而對于薄壁類型的干式氣缸套，則盡量選取成品氣缸套零件或者是半成品氣缸套零件，提升便利性的同時，還能避免超出限額。

2.5 曲軸軸徑和軸承內徑

在柴油機應用管理工作中，燒瓦抱軸的現象較為常見，造成問題的原因也非常多樣，需要引起維修維護人員的高度重視。其中，維修人員在維護工作中沒有開展曲軸軸徑和軸承裝配表面質量檢測工作是最為重要的原因，相應檢查工作不到位，造成燒瓦抱軸等安全事故。特別是在柴油機機械運行過程中，內部曲軸和軸承位置是交變荷載承受的關鍵，加之熱負荷會對其產生影響，若是沒有及時總結原因，會導致元件應用效能的降低。

2.6 凸輪軸外形

凸輪磨損外形變化會對柴油機運行產生一定程度上的影響，凸輪頂峰附近產生的磨損程度較大，借助凸輪呈現最大高度能對整體磨損程度予以有效分析，并結合分析結果提出更加合理可控的質量調控方案。比如，凸輪高度減小a值，氣門升程h也會隨之降低，見圖2。

圖2 凸輪軸磨損影響

首先，凸輪高度減少到規定數值，氣門的升程也會隨之變化，逐漸減小的過程就會使得氣門開啟時間和氣流流通面積發生變化，甚至會增加阻力，使得氣缸內部無法充盈新鮮的空氣，影響后續應用質量。其次，氣門開啟后，凸輪結構和挺柱推桿之間接觸點出現了異常的偏移現象，會對凸輪的應用效能產生影響，造成相位超差，甚至會直接制約柴油機應用的基本效果[4]。

3 船舶柴油機維修的處理措施

3.1 常見維修問題的處理措施

1）控制結構余隙高度。在對柴油機日常管理工作進行總結中發現，缸體上部需要采取平面修理的方式，柴油機使用的缸體設施本身就屬于較大的零部件結構，受到機械力以及熱應力等作用。因此，要結合零部件的特點合理控制工作環境的具體參數，有效避免翹曲或者是變形的現象。而對于高度超標的問題，一般是借助深度游標卡尺完成尺寸高度的分析，亦或是借助平尺完成檢查，一旦高度不合理就要配合增加或者是減少墊片的方式，有效保證高度調控的及時性，更好地優化系統應用效能。

2）優化活塞選擇工作。在基礎配件購買環節，一般會將整體活塞組都包裝在一個基礎箱體結構中，這就使得同一組產品受到生產環境、流程等因素的影響，會存在較大的差距，甚至出現不符合質量控制標準的現象，采買人員要秉持精細化的挑選和控制原則，保證相關內容都能落實到位。另外，在成品型氣缸套內孔圓度和圓柱度極限情況分析的過程中，要結合原廠加工要求，著重避免加工誤差現象。而對于薄壁類型的干式氣缸套，則盡量選取成品氣缸套零件或者是半成品氣缸套零件，提升便利性的同時避免超出限額。

3）曲軸優化管理。要想保證曲軸和軸承的使用壽命，就要落實可靠性檢測機制，對裝配間隙實現合理性調控，確保間隙設置的規范性。比如，結合軸承零件的設置材料進行對應的控制。若是鋼背錫基合金或者是銅鉛合金，則間隙設置為軸徑直徑的6%～ 8%，并結合軸承具體種類落實相應的檢修控制工作，發現問題和參數不匹配的情況及時整改，有效提升控制效果，保證柴油機運行最優化。

4）凸輪軸優化處理。為了保證柴油機維護管理工作的規范性，要明確掌控凸輪外形的檢查作業水準，按照標準化流程完成氣密性、應用動力性能等相關情況的檢查和校對，從而確保在分析實際問題后開展大修作業。

3.2 優化維護人員管理效能

1）維護人員要結合柴油機的應用要求和標準，及時落實具體問題具體分析機制，確保能合理控制相關參數，并維持良好的管理實效性，與此同時，要整合日常管理水平，及時對活塞質量、氣缸套高度等參數予以評估，并結合實際情況落實相應的控制措施。

2）維護人員要提高安全意識，將柴油機使用效能的安全性和規范性作為關鍵，開展一系列適配的管控工作，及時發現問題并及時申報，配合技術部門落實檢修工作，從而避免柴油機維修隱患問題的留存[5]。

4 采用合理的診斷方法

4.1 故障診斷的措施

1）對于故障診斷來說，先分析正常運行的船舶柴油機系統，并通過正常的系統選取正確的樣本，在采集樣本后，將樣本與系統中故障類型進行匹配和分析，通過計算機掃描來檢測出故障。2）將一個完整的樣本和一個有故障的樣本結合起來，將重復樣本剔除，采用支持向量機完成故障排查，在最短時間內準確查找到故障。3）在故障診斷措施上，需要不斷重復收集和訓練，將重復的樣本刪除，通過集合進行訓練，學習每次故障問題，訓練多層次支持向量機，將故障降到最低，達到改善的措施。

4.2 以合理的診斷方法，完善故障診斷效果

船舶柴油機故障診斷方案確定后，要保證行駛的安全性和穩定性，保證船舶柴油機系統的故障驗收，要明確診斷前的工作流程，按照相對應的流程進行完善和驗收，并結合系統狀態進行處理。在處理過程中，需要先將樣本進行驗證，把各個系統結合不同類型的故障進行操作，保證診斷工作流程，完成診斷驗證，完善數據處理，讓工作人員知道故障的原因，采集樣本，通過預處理，得到故障的樣本數據，再將診斷方法按照合理的故障依次處理，整體的效果完善且準確率也較高[6]。

5 結語

由于船舶柴油機結構組成復雜度較高，且運行環境特殊，受到外部因素干擾后易出現運行故障，維修操作人員技術素養、操作規范效果、維修工作的及時性等因素都會對最終結果形成相應的作用。為了更好地提升柴油機的運行效能，不僅要強化檢查檢測的準確性，還要針對容易被忽略的問題開展更加精細化的管理，為柴油機的進一步綜合應用奠定基礎。