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某船用柴油机发电机组燃油系统进水故障分析


船舶柴油机燃油冷却器对于柴油机的柴油机油冷却至观重要,柴油机通过海水对燃油进行冷却,以达到柴油机所需要的性能。


故障现象

该柴油机已经运行时间1740小时,之后在使用过程中严重冒黑烟并伴随排气异常响声。

本文针对该问题进行分析并提出改进方案。


故障分析

通过对柴油机的拆卸:

燃油泵、喷油器、高压油管、低压燃油管、燃油滤清器芯等零部件因燃油管路进水而锈蚀严重,已无法使用,需全部更换;

燃油滤清器壳体需进行清洗;

柴油机气缸盖进水,有轻微锈蚀,所以气阀及气阀座需除锈并重新研磨,气缸盖底部需打磨清除锈蚀痕迹;

喷油器护套需清理;

并对气缸盖进行压力渗漏试验检查,气缸 盖无渗漏现象。

机油油样经送检,发现有微量柴油,但未发 现海水,曲轴箱、连杆经检查无锈蚀痕迹,抽检连杆瓦完好,可只进行更换机油及机油滤清器芯子,并对机油管路进行串油清洗即可。 

对中冷器、热交换器及海水管路进行检查,无损坏情况,只需进行清洗;

增压器经拆检无损伤。 

经判断:

前期所报故障是因为燃油系统进水,柴油机 起动时随柴油共同喷入燃烧室,使柴油水分过大,无法压燃,造成柴油机无法正常起动故障。

喷油器有个别出现卡死现象,导致柴油异常喷入燃烧室内无法正常燃烧,出现冒黑烟及排气的异常响声。 


原因分析

如图 1 所示为柴油机海水冷却燃油系统原理图。 

现场对燃油冷却器进行现场拆检,在对燃油冷却器燃油管路做水压试验时,有海水流出,在海水进口冷却管外壁看到明显的硬物冲击及冲刷损伤痕迹,海水出口处发现有大颗粒石子夹在燃油管路缝隙中,如图 2 和图 3 所示。

图2 

图3

燃油冷却器返厂后进行压力试验,并对其进行解剖,分析泄漏原因。 

①带端盖进行管侧压力试验,压力 0.4MPa,进出水接管口处没有明显气泡,端盖无泄漏,见图 4;

图4

拆除端盖后进行壳侧压力试验,压力 0.5MPa,发现管口明显气泡,存在泄漏,见图 5。

图5

② 定位好泄漏的管口后,将冷却器外壳破开,找到管子泄漏的具体位置,发现管子间夹杂有大量大小不一的沙粒石子,见图6,

图6

通过打压试验找到管子泄漏点处伤口,见图 7,发现一处条形创口,见图 8。

图7

图8

③ 取管子间较大的沙粒石子进行测量,尺寸为2.3*4*5mm3,如图9所示。

图9

根据燃油冷却器的拆检情况,冷却管断口形状齐整且尖锐,断口方向与水流方向一致(海水水流方向示意图见图 10),

图10  壳侧流向示意图

分析判断断口应为壳侧海水流量过大,流速过快, 且有大颗粒沙石进入海水腔内,冷却管外壁受大流量海水外力及沙石的反复作用,对冷却管表面形成冲击摩擦,造成管壁损伤而穿透泄漏。 


数值理论计算分析

由于柴油机海水供给管路设计有节流孔板,用以调节海水流量。

通过专业软件对燃油冷却器进行理论计算分析节流孔板对海水流速的影响,确定海水中砂石在大流速下对管壁的损伤。 

图11为颗粒进入燃油冷却器后的速度云图。

从图11可以看出,两隔板之间的细管束壁面颗粒速度约为11m/ s,其余颗粒速度约为1m/s。

由于细管束管壁处颗粒速度远高于其余颗粒,因此颗粒对管壁会造成严重冲击,导致燃油冷却器内管路破裂。

图12 加板后颗粒速度云图

图12为入口加孔板后颗粒速度云图,从图12可以看出,入口加孔板后隔板壁面颗粒速度下降到约3m/s,因此加孔板会明显降低颗粒速度,这会减小颗粒对管束带来的冲击,从而减少管束破裂的可能。

根据燃油冷却器管壁的磨损情况,通过理论计算分析确认,海水系统中大颗粒砂石在大流速下会对冷却器管壁产生磨损导致管壁破裂,进而引起海水进入燃油系统,使柴油机燃油系统相关零部件产生严重锈蚀。 


对策

针对此次燃油管道破损致使海水进入柴油机内部,造成柴油机相关系统产生故障的问题,通过对现场全面的排查分析工作,明确了故障原因。

为防止类似故障再次发生,确保后续的正常使用,提出以下建议: 

① 燃油冷却器因大颗粒沙石和海水进入,因大颗粒硬物体积较大,发生反复摩擦,加上大流量海水所带泥沙的冲刷导致管壁穿透。

建议在海水进入冷却器前的管路中加装节流孔板,以降低海水的流速及流量,并在分流管路中加装二次过滤器,以加强可靠性。 

② 燃油管路系统中在燃油仓内安装有水管,现有燃油油水分离器不能有效进行油水分离工作,且燃油进水报警装置设定值过高,当含量达到极限时才会在燃油油水 分离器本体发出灯光报警。

建议降低燃油油水分离器报警设定值,并将灯光报警显示改为声光报警,以利于船员及时发现。

作者简介:

河南柴油机重工有限责任公司

张青锋; 高   磊; 赵  勇;焦喜磊;

陈政磊;张  弛;苗丽娟

END

来源:船机帮

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