船舶柴油機潤滑油受燃油稀釋問題的監(jiān)測實例分析

潤滑油受燃油稀釋又稱潤滑系統(tǒng)中混入燃油，是船舶柴油機使用過程中的常見問題，一般是由于燃油系統(tǒng)故障所致。它對柴油機運行具有以下危害：①會使?jié)櫥宛ざ却鬄榻档?，影響摩擦副部位油膜正常建立，導致磨損加??；②加大曲軸箱油霧蒸汽聚集，產(chǎn)生安全風險。鑒于這些不良后果，潤滑油受燃油稀釋問題一直是船舶設備狀態(tài)監(jiān)測部門重要監(jiān)測內容之一，一般通過分析潤滑油黏度和閃點是否存在明顯下降即可對問題給予診斷確認。據(jù)初步統(tǒng)計，潤滑油受燃油稀釋問題大約占油液監(jiān)測故障隱患25%左右。問題產(chǎn)生基本來源于燃油系統(tǒng)故障，但故障原因和故障機理具有多種情況。為了促進各方人員對這一問題的深入認識，本文擬系統(tǒng)分析潤滑系統(tǒng)中混入燃油的途徑，并梳理我單位近些年監(jiān)測發(fā)現(xiàn)的故障實例，分析原因，探討機理，總結經(jīng)驗，以便更好地指導故障隱患排查。一、柴油機潤滑系統(tǒng)中混入燃油主要途徑柴油機燃油系統(tǒng)主要由輸油泵、濾清器、噴油泵、噴油器及附屬管路組成。為了全面分析潤滑系統(tǒng)中混入燃油途徑，應圍繞柴油機燃油系統(tǒng)組成逐個尋找燃油系統(tǒng)與潤滑系統(tǒng)的可能交匯點。（1）輸油泵。輸油泵的作用是將油柜中的燃油提高到一定壓力，保證連續(xù)不斷地向噴油泵輸送足夠的燃油。該泵結構形式以齒輪式或柱塞式為主。其中，齒輪式輸油泵驅動軸有自緊油封和卡環(huán)，油封故障有可能導致燃油在驅動軸輸入端處泄漏。柱塞式輸油泵通過泵柱塞下端的傳動桿、從動部件滾輪、凸輪和彈簧的相互作用，使柱塞在泵體中產(chǎn)生往復運動，進而實現(xiàn)燃油輸送。滾輪和凸輪軸部位采用潤滑油潤滑。傳動桿與泵體之間，以及滾輪座與泵體之間，若間隙過大，燃油有可能流入輸油泵的凸輪處，進而混入潤滑系統(tǒng)，污染潤滑油。[1]（2）濾清器。濾清器用于清除燃油中的機械雜質和水分。該組成部件與滑油系統(tǒng)雖不存在交匯點，但需要注意的是：濾清器故障產(chǎn)生的過濾失效，會導致機械雜質流入噴油泵、噴油器，導致精密偶件過早磨損，進而引發(fā)燃油泄漏故障。（3）噴油泵。噴油泵多為柱塞式高壓油泵，柱塞高壓油泵又分為單體柱塞泵和整體多柱塞泵。單體柱塞泵或整體多柱塞泵單元的基本結構形式為：上部為由柱塞偶件、出油閥偶件等組成的燃油通道部分，下部為由彈簧、從動件、凸輪組成的傳動部分，傳動部分采用潤滑油進行潤滑，與潤滑系統(tǒng)相通。燃油通道部分故障有可能導致燃油滲漏至傳動部分，進而造成燃油混入到潤滑系統(tǒng)。常見原因主要有：柱塞偶件磨損過大，高壓燃油通過柱塞偶件之間的間隙向凸輪腔部位泄漏；柱塞套密封件老化，導致燃油流入凸輪腔部位。（4）噴油器。噴油器作用是將噴油泵提供的燃油按一定的方向并以良好的霧化質量噴入燃燒室與高壓高溫空氣形成混合氣。噴油器本身與潤滑系統(tǒng)并不直接相通，但噴油器故障會造成未燃燒燃油通過燃燒室流入曲軸箱，進而混入到潤滑油中。故障原因具有多種情況：①噴油器針閥偶件磨損造成配合間隙增大；②噴油器調壓彈簧在使用中出現(xiàn)彈力減弱導致噴油壓力降低；③積碳過多造成針閥與閥座卡滯。上述情況屬于部件使用中正常老化問題，若機器使用時間過長而不及時開展維護保養(yǎng)，最終會出現(xiàn)故障。5）管路。燃油系統(tǒng)各組件通過管路相連。管路及接頭(特別是高壓油管段)在使用中受管內脈動壓力及機械振動影響，會出現(xiàn)疲勞裂紋或接頭松動情況，進而引發(fā)燃油滲漏。滲漏的燃油有可能流入柴油機其它系統(tǒng)部件，混入到潤滑系統(tǒng)中。二、典型故障實例分析雖然潤滑系統(tǒng)中混入燃油具有多種途徑，但梳理我單位近些年案例，可發(fā)現(xiàn)問題基本集中在噴油器和噴油泵2大部位，而故障現(xiàn)象和原因呈現(xiàn)多種情況。1、噴油器故障實例1）實例1：某交通船主機噴油器故障。該船主機為2臺16缸高速柴油機。在日常保養(yǎng)中，船員感覺2號主機潤滑油相比以往變稀，遂將潤滑油樣品送檢。經(jīng)監(jiān)測分析，2號主機潤滑油水分質量分數(shù)正常，但100℃運動黏度僅為7.7mm/s2，黏度變化率遠超出20％控制范圍（該潤滑油新油100℃運動黏度范圍為12.5～14.5mm/s2）。判斷該機潤滑油可能受到燃油稀釋，建議進行檢查。拆檢發(fā)現(xiàn)2號主機的16個噴油器中有9個存在油頭滴油現(xiàn)象，且在調試臺上檢查噴油霧化情況時均有明顯的霧化不良問題。本案例屬于典型的噴油器使用老化故障，其原因基本為針閥體的密封錐面出現(xiàn)磨損或斑點，導致錐面密封不嚴。錐面出現(xiàn)磨損或斑點一般為多種因素作用結果：針閥錐面頻繁受閥體強烈沖擊影響；高壓燃油空泡穴蝕作用；燃油中微小顆粒或積碳引發(fā)的磨粒磨損。2）實例2：某船發(fā)電柴油機冒灰白煙故障。某船船員發(fā)現(xiàn)該船2號發(fā)電柴油機使用中冒灰白煙。在發(fā)現(xiàn)這一不良現(xiàn)象后，船員立即停機檢查，并取潤滑油送檢。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)該副機潤滑油100℃運動黏度僅為6.3mm/s2，閉口閃點僅有126.1℃，黏度和閃點均低于柴油機換油指標要求。根據(jù)船員所述情況及監(jiān)測結果，判斷該柴油機極有可能存在個別缸不發(fā)火，導致大量燃油混入到潤滑系統(tǒng)中。后來船員反饋該柴油機有1缸噴油器因針閥卡滯故障無法正常噴射霧化燃油。柴油機排氣中出現(xiàn)灰白色，意味著有燃油蒸氣存在，據(jù)此可確認柴油機存在個別缸不能正常發(fā)火燃燒情況。噴油器針閥卡滯多為針閥變形、腐蝕或進入異物，冷卻不足所致。它會造成噴油器不能正常噴射霧化燃油，燃油無法燃燒，部分燃油通過氣缸流入曲軸箱與潤滑油相混合，部分燃油通過排氣管道和煙囪排出。3）實例3：某船柴油主機冒黑煙故障。某船完成廠修后不久，船員在海上航渡過程中發(fā)現(xiàn)1號主機排煙嚴重偏黑，主機潤滑油壓力低于之前正常值。檢查主機排溫、淡水溫度、潤滑油溫度均處于正常數(shù)值范圍，未發(fā)現(xiàn)超負荷現(xiàn)象。該船靠碼頭后，怠速工作狀態(tài)下主機出現(xiàn)潤滑油壓力低報警。停車檢查，發(fā)現(xiàn)曲軸箱潤滑油液位增高，潤滑油存在黏度變低現(xiàn)象。為了明確問題，船員送潤滑油樣品監(jiān)測，結果發(fā)現(xiàn)潤滑油100℃運動黏度僅為7.6mm/s2。鑒于黏度下降嚴重，且潤滑油使用時間僅為30h，并結合船員反映現(xiàn)場使用情況，可判斷潤滑系統(tǒng)中混入了大量燃油，懷疑該機存在嚴重噴油霧化不良問題，建議立即檢查。船員反饋：拆卸12個噴油器進行噴油霧化檢查，結果發(fā)現(xiàn)A排第3缸、B排第2缸和第5缸噴油器存在明顯霧化問題，且具有明顯滴油現(xiàn)象。該案例情況與案例1類似，但也存在差異：①船員在使用中已注意到排氣冒黑煙問題，這是柴油機燃燒不充分基本標志（未能燃燒的碳元素形成了游離碳懸浮在燃氣中，形成肉眼所見黑煙）；②在完成廠修和更換滑油不久，潤滑油黏度下降極為明顯，表明燃油泄漏速率較大，噴油器霧化不良問題遠比案例1嚴重；③故障中還存在潤滑油壓力低的問題，說明潤滑系統(tǒng)存在故障問題，但該問題是否為獨立故障或與燃油系統(tǒng)關聯(lián)，船員并未反映有關信息。4）實例4：某船主機噴油器非正常漏燃油。在對某船3號主機監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)存在黏度和閃點明顯偏低問題（100℃運動黏度為8.7mm/s2，閉口閃點為138.1℃），懷疑潤滑系統(tǒng)混入燃油，建議排查燃油系統(tǒng)故障。該主機為V型16缸高速柴油機，拆檢發(fā)現(xiàn)B排8缸噴油器存在非正常漏燃油情況。漏油點位于噴油嘴靠近壓緊螺母附近，噴油器泵水試驗現(xiàn)場如圖1所示。該問題屬于非典型噴油器故障。據(jù)初步分析，問題出現(xiàn)可能與噴油嘴制造缺陷有關，缺陷部位在沖擊振動和熱應力長期作用下出現(xiàn)疲勞裂紋，導致高壓燃油從裂紋處漏出，進而通過氣缸混入潤滑系統(tǒng)中。2、噴油泵故障實例1）實例5：套筒與泵體間密封件失效。在對某拖船定期監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)3號柴油機存在明顯潤滑系統(tǒng)中混入燃油問題（100℃運動黏度為7.6mm/s2，閉口閃點為148.1℃），建議排查燃油系統(tǒng)故障。船方對結果存在疑問，更換潤滑油后再次監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)該機仍然存在問題。后拆檢發(fā)現(xiàn)高壓油泵中有1個單元柱塞套筒密封件嚴重失效，導致燃油從套筒與泵體間隙流入凸輪腔中。該問題屬于高壓油泵常見老化故障。2）實例6：輸油泵機械密封彈簧失效。輸油泵又稱供給泵或手搖泵，該部位密封失效也會引發(fā)潤滑系統(tǒng)中混入燃油的問題。在對某勤務船定期監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)1號發(fā)電柴油機存在潤滑油系統(tǒng)混入燃油問題（100℃運動黏度為7.6mm/s2，閉口閃點為148.1℃），建議排查燃油系統(tǒng)故障。后拆檢發(fā)現(xiàn)高壓油泵輸油泵部位機械密封彈簧斷裂，導致密封失效，促使燃油從密封失效部位混入凸輪腔中。本例雖與實例5一樣同為密封失效，但發(fā)生故障的部位較為少見，屬非典型問題。3）實例7：產(chǎn)品質量問題引發(fā)噴油泵故障。在實際監(jiān)測中，除密封失效問題外，我們還發(fā)現(xiàn)因噴油泵產(chǎn)品質量問題引發(fā)的燃油泄漏至潤滑系統(tǒng)中的案例。某船主機噴油泵為單體式柱塞泵，在定期監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)100℃運動黏度為9.7mm/s2，閉口閃點為154.1℃，黏度和閃點均明顯低于同型其它3臺主機，且黏度已達到換油指標要求。建議排查問題原因，并更換潤滑油。修理人員拆檢發(fā)現(xiàn)有1缸柱塞泵存在異常：柱塞泵有一工藝孔未按要求進行封堵，在對該泵進行泵水檢查時有水柱從工藝孔中流出，噴油泵泵水試驗現(xiàn)場如圖2所示。該故障明顯屬于產(chǎn)品質量問題，自柴油機交付使用以來該問題就一直存在。由于潤滑油循環(huán)油艙容量較大（大約10t），加上保修期過后更換過潤滑油，在使用2年后才逐步發(fā)現(xiàn)這一問題。4）實例8：系統(tǒng)設計不當引發(fā)使用問題。某船2臺發(fā)電柴油機為6缸直列式柴油機，所用高壓油泵為整體多柱塞油泵。在定期監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)2臺柴油機潤滑油均存在黏度和閃點偏低問題（100℃運動黏度均為9.9mm/s2，閉口閃點分別為166.0℃、164.1℃）。在排查燃油系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)，2臺柴油機高壓油泵潤滑油回油管路中均有燃油流出，認為高壓泵存在故障，2臺柴油機均更換了新高壓油泵和潤滑油。然而，修后2次監(jiān)測再次發(fā)現(xiàn)這2臺柴油機潤滑油黏度持續(xù)偏低，并逐步達到換油標準，且在2臺柴油機高壓油泵潤滑油回油管路中依舊發(fā)現(xiàn)有燃油流出。同樣的問題在同型另一艘船也曾出現(xiàn)過。起初懷疑是高壓油泵批次性產(chǎn)品質量問題，遂將近期潤滑油監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)的潤滑系統(tǒng)中混入燃油問題進行梳理，結果又發(fā)現(xiàn)某船3臺同型號發(fā)電柴油機也存在相同問題。該型柴油機高壓油泵為進口的國外著名品牌高壓油泵，較少出現(xiàn)產(chǎn)品質量問題，柴油機廠家對此故障高度重視，派技術人員赴設備現(xiàn)場勘驗，并將問題高壓油泵送回廠分析。經(jīng)分析，初步認為日用燃油柜安裝過高是導致問題產(chǎn)生的基本原因。據(jù)廠家介紹，該型高壓油泵有一使用要求，即日用燃油柜安裝高度不超過油泵位置1.5m，而這些船日用燃油柜均遠超過這一限值，部分船燃油柜最高使用液面超過油泵位置5m。從理論上講，日用燃油柜相對高壓油泵高度直接決定了高壓油泵燃油腔相對凸輪腔靜態(tài)壓力差，過大的壓力差可能造成燃油突破密封限制滲漏至凸輪腔，進而混入到潤滑系統(tǒng)中。為了驗證這一問題，廠家以問題高壓油泵為對象開展模擬試驗，將試驗油柜升高至船舶現(xiàn)場高度，檢查發(fā)現(xiàn)潤滑油回油管路中確實有燃油漏出，而在規(guī)定高度內卻不會有這一現(xiàn)象。柴油機廠家已將問題和試驗情況向該品牌噴油泵制造商反饋，尋求技術支持，然而截至發(fā)稿之日，尚未得到明確答復。三、經(jīng)驗與體會1、多故障特征融合是實現(xiàn)故障定位分析主要途徑相比柴油機磨損狀態(tài)分析而言，通過監(jiān)測潤滑油的黏度和閃點變化來分析是否存在潤滑系統(tǒng)中混入燃油問題，分析過程直觀明確，結果可信度較高。然而，發(fā)現(xiàn)問題僅是故障排查起點，能否快速排查到故障點則是提高裝備修理效益的關鍵。在以上實例分析中，排煙異常是噴油器故障常見特征，這也進一步證明：燃油系統(tǒng)故障會產(chǎn)生多種物理特征，可考慮融合其它物理特征實現(xiàn)故障定位分析。實質上，除排煙外，燃油系統(tǒng)故障會影響各缸排溫和爆壓，還會導致柴油機瞬時轉速產(chǎn)生非正常波動，甚至柴油機各缸燃燒室附近的振動響應也可能會出現(xiàn)異常。因此，可結合熱工參數(shù)監(jiān)測或振動監(jiān)測分析燃油系統(tǒng)故障。例如，在油液監(jiān)測時發(fā)現(xiàn)潤滑系統(tǒng)中混入燃油問題后，若發(fā)現(xiàn)柴油機排煙顏色異常，可基本確認噴油器存在故障，進一步分析各缸排溫之間是否存在明顯差異，排溫偏低的氣缸極有可能是噴油器出現(xiàn)故障。需要說明的是，目前僅大型船舶柴油主機配有各缸排溫在線測量系統(tǒng)，多數(shù)發(fā)電柴油機及小型船舶主機基本上沒有這一系統(tǒng)，此時可通過測量各缸爆壓差異來確認問題氣缸。此外，還可考慮通過瞬時轉速測量技術，對比分析各缸燃燒膨脹沖程階段轉速波動情況，進而達到相同目的。2、全面掌握機器使用信息對故障分析尤為重要為了對故障問題做出科學準確判斷，監(jiān)測人員在發(fā)現(xiàn)潤滑油黏度和閃點異常后，應第一時間與裝備管理人員取得聯(lián)系，了解裝備使用情況，同時調閱歷史監(jiān)測資料，必要時赴現(xiàn)場勘察和測量，盡可能全面掌握機器有用信息。①要獲取柴油機潤滑油使用信息。綜合潤滑油使用時間長短和潤滑油黏度和閃點數(shù)據(jù)，可估計燃油滲漏至潤滑系統(tǒng)中的速率，進而確認故障嚴重程度和分析可能故障部位。②向船員詢問機器使用中是否存在其它故障征兆，如排煙顏色、各缸排溫、燃油系統(tǒng)壓力、滑油壓力等。正如前文所述，根據(jù)這些熱工參數(shù)故障特征往往就能明確故障部位。③調閱歷史監(jiān)測報告和典型案例，了解以往監(jiān)測情況和常見故障原因。通過前后數(shù)據(jù)比對，可掌握故障發(fā)展趨勢，進而合理判斷故障性質。根據(jù)具有相同故障特征同型柴油機典型案例，可明確故障問題分析導向。④必要時考慮赴現(xiàn)場開展其它技術手段測量。特別是對于發(fā)電柴油機，熱工參數(shù)在線監(jiān)測項目較少，可考慮采用瞬時轉速測量輔助燃油系統(tǒng)故障分析。3、故障隱患持續(xù)跟蹤監(jiān)測不可或缺潤滑系統(tǒng)混入燃油問題具有多種故障可能性，工作中有可能會遇到多種可能同時存在情況，這往往需要通過多次監(jiān)測才能有效排除所有故障。例如，某船主機燃油系統(tǒng)存在噴油器霧化不良并伴有高壓油泵燃油回油總管堵塞的故障現(xiàn)象，先是發(fā)現(xiàn)噴油器故障，而后經(jīng)多次跟蹤監(jiān)測，才發(fā)現(xiàn)油泵