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某船舶主机燃油系统故障分析及处理

作者：李秉权 范党培 刘贵明

来源：《科技信息·中旬刊》2017年第10期

摘要：主机燃油系统的正常运行关系到船舶运行的安全，对其故障分析及处理展开探讨具有十分重要的意义。本文结合某船舶主机燃油系统故障实例，对该主机燃油系统的故障进行了分析，并提出了相应的处理措施，以期能为类似系统故障处理提供参考。 关键词：船舶；主机燃油系统；故障；处理 引言

为了节约能源，降低船舶营运成本，船舶中的主机普遍燃用低品质的重油。随着科学技术的不断进步以及海上运输行业的快速发展，船舶主机也朝着自动化、大型化、复杂化的方向发展，这使得船舶主机故障分析及处理的难度增大。如何快速分析主机燃油系统的故障原因，及时采取有效的措施进行处理已成为当前的一个重点课题。 1.燃油系统简介

某救助拖船2台主机共用一个供油单元。供油单元分别向2台主机提供约13bar压力的燃油至主机高压油泵单元，主机回油经燃油冷却器至供油单元混合桶。其主机型号为MANL48/60CR型，主机燃油系统见图1。

每台主机设有2台高压油泵，由凸轮轴驱动。高压油泵产生的高压油供给3个蓄能器（共轨单元），这3个蓄能器互相串联。每个蓄能器两端各有1个喷油电磁阀组，控制相应2个气缸的供油至喷油器。MANL48/60CR型主机采用共轨喷射方式，由电控的节流阀控制高压油泵产生的高压油输送到蓄能器，再通过蓄能器上的电磁阀组控制供给喷油器。高压油泵出口油压和电磁阀组的开关都由喷射控制单元内2块交替使用的喷射模块控制。主机燃油系统分为以下4个部分：

（1）主机运行前燃油循环。进机燃油5171经过进机滤器，通过主机燃油供给管路1，流经带节流阀控制的高压油泵2，一路通过电磁阀组，另一路通过单向阀12，剩余燃油通过压力限制阀13汇集到燃油回油总管5199。

（2）蓄压喷射。带节流阀控制的高压油泵2产生的高压燃油进入到蓄能器50，电磁阀组52动作使高压燃油从蓄能器50流入喷油器8，阀组关闭，高压油管压力立即泄放，通过溢流管14回到燃油回油总管5199。

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（3）泄漏监测报警。8199与5193监测蓄能器与高压油管泄漏报警；9197与9199监测机体管路附件等泄漏报警；8171与5194监测主机高压油泵与喷油器泄漏报警（正常泄漏为润滑柱塞的燃油），泄漏燃油回至溢油舱。

（4）正常停车与应急停车。在正常停车时高压油泵上的节流阀和电磁阀组52一起动作，停止供油，2min后应急停车阀动作，蓄能器泄压；在应急停车时高压油泵上的节流阀、电磁阀组52和应急停车阀11同时动作，切断供油并且瞬间泄压。 2.故障现象及处理 2.1故障现象

（1）故障1。本船在拖航训练期间右主机出现燃油共轨压力低报警。查看集控台操作控制屏，发现共轨压力

（2）故障2。右主机在低负荷运行时共轨压力正常，主机各缸排温正常，但主机控制屏上节流阀开度值明显偏大且来回波动，右主机燃油进机压力（高压油泵前）在7～15bar来回波动，供油单元出口压力值保持正常压力（12～13bar）运行。 2.2故障分析处理 2.2.1故障1分析处理

安全阀（图1中10）设定开启压力为1850bar，主机在60%负荷时共轨压力正常值保持约1300bar（共轨压力根据主机负荷变化，由主机软件系统自动控制），其工作压力远小于设定的开启压力，怀疑安全阀损坏。

更换安全阀并再次试车：在空车运转时共轨压力正常；转至驾驶台正常加负荷运行，当主机负荷为60%左右时再次出现上述故障报警。可以排除安全阀泄漏故障导致共轨压力低报警，推断共轨系统瞬间压力超过安全阀的开启压力，导致安全阀打开，只是压力传感器未能监测显示出来。共轨压力由高压油泵的节流阀进行控制调节，节流阀卡阻可导致高压油泵共轨压力过高或过低。停车解体高压油泵的节流阀（拆装节流阀时注意关掉主机的燃油进回油），发现节流阀阀芯并未卡阻。

排除节流阀卡阻的原因后，推断有外因导致节流阀开度过大，共轨压力瞬间过大，导致安全阀起跳泄压。引起节流阀开度过大的原因有：高压油泵本身故障或者软件控制系统出现问题。节流阀由喷射控制单元内的喷射模块控制，本船的喷射控制单元有2个喷射模块，交替使用，不可能同时出现问题；而软件系统发生故障，主机监测系统会自动报警。

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由此推测，应该是高压油泵出现问题。由于船舶正在拖带期间，考虑到船舶安全，主机不可能较长时间单车航行，而彻底检查或更换高压油泵耗时较长，故主机恢复启动并控制在45%以下负荷运行。

2.2.2故障2分析处理

观察左主机燃油进机压力稳定，左、右主机共用1个供油单元，排除供油单元本身的供油压力故障；检查供油单元至右主机燃油管路及燃油进机滤器，发现管路无泄漏，滤器清洁无破损。根据供油单元出油口压力最高为13bar，右主机燃油进机管路压力传感器监测到15bar进机压力，在排除压力传感器的问题后，可以推断高压燃油窜入燃油进机管路。由图1可知，进油低压管路与高压燃油系统产生交集的位置只有单向阀12处和高压油泵2的进油阀处。为进一步确定原因，再次停车更换单向阀12，启动主机进行试验，发现燃油压力依然波动剧烈，节流阀开度值依然偏大，开度值在50%～70%来回波动。由此可以断定，高压油泵出现问题。在右主机出现上述故障后，由于拖航任务未结束，主机须保持低负荷运行。右主机燃油压力波动数小时后停止，节流阀开度值依然偏大，但不再波动。不久后，右主机出现高压油泵泄漏报警，可以判定，高压油泵柱塞磨损。

不久后，左主机也出现高压油泵泄漏报警。左、右车负荷最大只能加到60%，共轨压力稳定在1300bar。在船舶坚持到港后，立即请求服务商来船解体检查高压油泵，发现左主机第四缸位置处的油泵柱塞（图2中2）磨损严重；左主机第二缸位置处的油泵柱塞（图2中3）磨损不严重，仍能工作；右主机第二缸处的油泵柱塞（图2中1）磨损严重，且其出油阀密封面已破损；右主机第四缸处油泵柱塞（图2中4）磨损较轻，可以维持工作。

由此，右主机安全阀异常泄压、燃油进机压力波动、节流阀开度变大且波动的原因在于高压油泵柱塞磨损及出油阀密封面损坏。起初，在高压油泵柱塞磨损较轻时，燃油泄漏量不稳定，易引起节流阀幅度较小地频繁动作，这易造成共轨单元压力控制不精确，可能造成共轨压力突然大于压力限制阀的设定压力（1850bar）；随着运行时间的延长，高压油泵柱塞磨损增加，导致高压油泵效率愈来愈差；为保证高压油泵出口共轨压力稳定在某一数值，电控节流阀开度势必增大，以此增加供油量，保持压力稳定。柱塞磨损面的硬质颗粒混在燃油中，破坏油泵出油阀（图3中8）的密封性，出油阀不能完全止回；当柱塞下行时，进油阀打开，因出油阀泄漏高压燃油造成高压油泵腔室内燃油压力的脉动，影响油泵进油阀（图3中9）的瞬时关闭，高压燃油会进入低压燃油系统，导致燃油管路压力高于某一正常值。

2台高压油泵由同一根凸轮轴上的2个凸轮驱动工作，每个凸轮（图4中3）上有3个工作点。凸轮轴每转动1周，2台高压油泵各工作3次，工作相位角相差60°。

磨损较轻的高压油泵工作效率高，其柱塞上行时另一个磨损较重的高压油泵柱塞正好处于下行期，即1台高压油泵出油时，另1台高压油泵正在进油。同样的节流阀开度，当磨损较轻的高压油泵工作时，其进油量比磨损严重的高压油泵大，产生的共轨压力相对也高。在柱塞磨损较严重且出油阀已不能完全止回的高压油泵工作时，会产生2种现象：高压油泵进油量变少