主柴油机常见漏水故障原因分析及预防措施研究

【摘要】本文在对MAN B&W 8L42MC型主柴油机常见漏水故障进行原因分析的基础上，结合日常管理经验和某船主柴油机实际情况，介绍几点故障预防措施的研究成果，以供其它船舶参考借鉴。

【关键词】气缸盖 漏水“O”形圈 预防措施

一、引言

在柴油机中，燃油燃烧放出的热量约有20%～30%要经过气缸、气缸盖和活塞等部件散向外界。保证运动件活塞和气缸套表面的滑油膜的正常工作状态。船舶主柴油机通常采用淡水冷却，在运行过程中，容易发生漏水故障。漏水分为内漏和外漏两种，内漏主要包括排气阀座漏水与气缸盖漏水，外漏包括波纹管漏水和水腔连接管漏水。漏水会造成冷却水大量消耗，导致柴油机冷却不良，部件局部热应力过高，情况严重时会影响该缸的正常工作，甚至造成部件裂纹或者拉缸，影响整台主机的正常运行。不仅造成很大的经济损失，同时还会影响任务的圆满完成。

二、故障原因分析

（一）排气阀座漏水

排气阀的主要作用是控制高温燃气的排放，图1是排气阀及阀座的结构图，阀座与排气阀座孔采用嵌入式结合方式，靠排气阀端部的四个紧固螺栓的预紧力压紧贴合，主要通过阀座口外周与气缸盖阀座孔的过盈配合及“O”形密封圈1来密封。图中红色部分是排气阀阀座（84是“O”形密封圈2和3，85是“O”形密封圈1）。图2是阀座实物图，阀座底部一圈圆孔是阀座的冷却水孔，采用自然对流冷却方式，冷却水来自排气阀冷却水腔。阀座上部第二道槽是冷却水检漏槽，当“O”形密封圈2失效发生泄漏时，阀座外部与检漏槽相连的检漏孔就会漏水。“O”形密封圈2和“O”形密封圈3的作用是防止冷却水漏入排气通道（双保险）。排气阀座发生漏水主要有以下四个方面的原因：

（1）“O”形圈失效漏水。①由于排气阀座长期受燃气的高温作用，极易造成橡胶制成的“O”形密封圈老化，一旦老化，“O”形密封圈就会失去密封性能，导致漏水。②由于“O”形密封圈本身质量问题或者排气阀座安装过程中方法不当造成‘O”形密封圈变形损坏，导致漏水。

（2）刚性结合面密封不严漏水。①阀座配件本身存在质量问题。过盈余量不足，刚性配合面加工精度不够或因保养不到位，久置产生的变形或锈蚀造成密封不严漏水。②排气阀阀座孔在修理过程中多次拆装造成配合面的损伤，如击点、拉槽、刮痕等；或因多次修理清洁浮锈，违规使用砂皮纸打磨清洁导致座孔变大与阀座的过盈量不足，装配过松；以及拆装阀座时操作不规范，采取死敲硬打，未使用正确的方法进行安装而使配合面受损等都会造成密封不严漏水。③阀座因冷却不良、燃烧不良导致整机或局部过热，造成阀座或座孔的局部变形失圆使贴合不好造成密封不严漏水。

（3）排气阀座脱落。柴油机排气阀座在运行中脱落比较少见，导致该故障的原因主要有以下三点。

①使用劣质燃油或螺旋桨缠渔网、海况不良造成热负荷过大，使机器长期在过热或超热负荷状况下运行。②阀座与座孔过盈量不够。排气阀的材料与阀座材料的膨胀系数的影响也是一个不确定的影响因素。③气阀导杆间隙超出规定值，气阀落位不正，长期产生偏击，导致阀座接合外圆偏磨与座孔内圆产生椭圆变大变松，既是漏水原因，又是阀座脱落的诱因或直接原因。

（4）排气阀座裂纹。如上图2所示，排气阀阀座不仅要承受排气阀开关过程的冲击力作用，同时还要受到燃气的高温、高压作用，受机械应力和热应力的影响较大，长期作用下，容易造成局部受力不均，产生裂纹。

（二）气缸盖裂纹

在柴油机中气缸盖的主要作用是与气缸和活塞共同组成燃烧室，并用来安装喷油器、排气阀、起动阀、示功阀和安全阀等阀件。它是柴油机中结构最复杂的零件之一。气缸盖工作条件非常苛刻，一方面要承受气缸盖螺栓预紧力所产生的安装应力和缸内周期性变化的气体压力所产生的高频脉动机械应力；另一方面，气缸盖底板燃气侧还要受到高温燃烧气体的剧烈加热，冷却水腔还受到水的腐蚀。一般由燃烧气体传来的热量以及排气的高速冲刷，使气缸盖中央和排气阀孔附近温度最高，有的达到400～480 ℃，而气缸盖的和冷却水侧的温度相对较低，使气缸盖的温度分布很补均匀；再由于气缸盖螺栓紧固力等的约束，使高温部分的热膨胀受到抑制，从而在各阀孔之间的狭窄区域产生很大的热应力。在这些应力及腐蚀的长期作用下，容易使气缸盖发生裂纹等故障，造成气缸盖裂纹的主要原因有以下三点：热疲劳；机械疲劳；腐蚀疲劳。

（三）波纹管漏水

波纹管是主机各缸冷却水出水管与整机出水总管之间的一段连接管，成波纹状，具有一定的拉伸弹性。它的主要作用是缓冲主机运行时的震动对出水管的影响。当主机长时间运行时，由于震动的不断作用，出水管与出水总管不断偏离，导致波纹管变形加剧，最终破裂引发漏水。

（四）水腔连接管漏水

根据柴油机结构，气缸盖水腔与排气阀水腔之间有两根连接管，连接管下端用“O”形圈密封，上端通过阀兰和垫片密封。气缸盖水腔与缸套水腔之间有四根连接管，每根连接管为直径15mm水管，两端用“O”形圈密封，通过阀兰和垫片固定。水腔连接管接头密封处漏水的原因如下：

（1）机器运转中冷却水长期处于高温状态，导致“O”形圈老化实效，造成漏水。

（2）水腔连接管变形，与水腔接口密封不严或者水腔连接管两端固定阀兰松动、变形及垫片破损造成漏水。

（3）在故障修理中，连接管表面清洁不彻底，“O”形圈部位不平且未采取适当的技术措施补救（如采用合适的密封涂料进行处理）。（我船在更换“O”形圈时都会彻底清洁连接管表面，同时涂抹耐温密封胶。）气缸盖水腔拆检后，“O”形圈未换新，重复使用。“O”形圈质量差，“O”形圈安装扭曲，涂抹不合适密封胶，装水套及缸盖时倾斜安装或强行压入导致“O”形圈被切坏造成漏水。

三、故障预防措施研究

（1）降低冷却水腔腐蚀程度的措施研究。按保养规程，主机冷却水必须定期检查水质，投放处理剂，保持水质硬度较低，防止水腔结垢和腐蚀。经研究发现，美国产的LIOUIDEWT型水质处理剂最适合我船主机使用。如图表3通过CWT TITRETS型水质检测剂对冷却水化验，当数值在1.2～1.8之间时，水腔不易产生腐蚀；数值小于1.2，表示冷却水中药量过量，水质呈碱性，水腔容易产生碱性腐蚀；数值大于1.8，表示冷却水中药量不足，水质呈酸性，水腔容易产生酸性腐蚀或结垢。因此，我们一直坚持每个月检查一次膨胀水箱水质，采取加水或加药等措施，将冷却水水质控制在最佳状态，降低冷却水腔腐蚀程度。在靠码头期间，厂家检修3号缸、7号缸故障气缸盖时，割开水腔发现气缸盖内的水腔十分干净，没有结垢，也没有腐蚀（裂纹的原因是主机长时间运转，机械疲劳造成的）。因此，充分说明此项措施十分有效。

（2）减小部件产生裂纹概率的措施研究。柴油机超负荷运行时，部件产生裂纹的概率将大大提高。根据柴油机超负荷特性的具体情况，可分为超机械负荷或超热负荷以及两者均超等三种情况。在加速时，主机从一个负荷较低的稳定工况转变为一个负荷较高的稳定工况，由于船舶惯性，主机和螺旋桨工作特性曲线不重合，容易使主机处于超负荷状态。在主机倒车时，当转速达到60-70%额定转速时，转矩已达标定值，转速过高，就会使柴油机轴系机械超负荷。

结合我船主机实际工作状态，通过研究发现，按以下规程操作使用时，可以有效避免主机超负荷：一启动前必须暖机，冷却水温度达到60度以上方可操车（正常操车时水温一般在80度以上）；二主机停车后淡水泵和滑油泵必须继续运转半小时以上，待主机完全冷却后方可停止；三在起航时，推动加油手柄，使主机在最低稳定转速运转，然后随着航速提高逐渐增加油门，直至达到需要的转速为止；四船舶加速时，应缓慢进行且分段加油（当进一变为进二时，主机必须在60转左右运转15分钟以上，方可加速；进二变进三、进三变进四、进四变进五这三个阶段都是稳定运转10分钟以上，方可加速。），随着航速提高逐渐增加油门；五倒车开出后，随航速增加减小油门；六当船舶驶入浅水区时，应适当减小油门，降低航速，以排气温度不超负荷为准。还应及时更换海底门，注意海水压力变化。七在大风浪中航行时，船体水下部分经常处于摇摆状态，螺旋桨在斜水流中工作，船体水下部分阻力增加。

（3）延缓“O”形圈老化速度的措施研究。如图4所示，“O”形圈老化速度受冷却水温度的影响很大，水温越高，“O”形圈老化速度越快，但是水温越低，柴油机的热损失越大。通过研究发现将淡水泵出口压力控制在0.3～0.4MPa，通过调节淡水温控阀（我船每台主机都有两个温控阀，一个76℃，一个82℃），在不同的工况下，将水温调整在相应温度时，“O”形圈老化速度较慢而且主机热损失较小：主机低速运行时，水温在82℃左右；主机全速运行时，水温在80℃左右；主机全速运行且开造水机时，水温在85℃左右。

为了能够精确控制冷却水温度，需要保持淡水温控阀处于良好的工作状态，需要定期清洁淡水冷却器，海水冷却器，海底门滤器，保养淡水加热装置，检查泵浦工作状态。

（4）提高系统连接管路可靠性的措施研究。经研究发现，主机振动对系统连接管路的可靠性影响最大，因此，需要经常检查阀兰紧固情况及系统连接管路的振动情况，防止阀兰松动或管路变形，并根据实际情况，采取相应的固定措施，提高系统连接管路的可靠性。以波纹管漏水故障预防措施为例，通过检测管路振动情况，刚开始我们在冷却水出水总管振动最严重处（2号缸与3号缸之间）加焊马脚，但是波纹管漏水故障依然还是会出现。后来将出水总管端部加长15厘米，加装紧固螺栓，经过此次改造后，到目前为止，该故障没再发生。所图5所示，上部是改造前出水管振动波普图，峰值达到19左右，下部是改造后出水管振动波普图，峰值在7左右，由图充分说明经改造后，出水管振动显著减小。

（5）降低漏水故障发生频率的措施研究。经研究表明，故障发生的频率与设备保养周期，保养部位，保养次数等因素存在一定的数学模型（目前我们正在研究该模型）。加强设备的保养（比如更换“O”形圈，清洁水腔等），可以有效降低漏水故障发生的频率。由于近几年我船长期出海等客观原因，有些部件的保养工作无法得到有效实施，所以需要科学统筹，合理开展设备保养工作。有些项目我们可以立足自身条件解决，比如更换“O”形圈，清洁外部水垢。有些项目利用短暂的靠码头时间由专业厂家进行，比如部件内部水腔化学清洗，排气阀座清洁等。此外在日常管理中，要注意观察记录设备运行参数的细微变化，有效做好预防性的设备保养工作，降低漏水故障发生频率。

四、结束语

结合以上研究成果，通过采取相应的预防措施，我船主机近年来漏水故障发生的频率逐渐降低。虽然各型柴油机的结构特点不同，发生故障的原因及频率也不尽相同，但只要轮机人员做好相应的预防措施，柴油机漏水故障就可以得到一定的控制。