某船发电柴油机启动困难故障分析与排除

董庆丰，阳跃图，李文豪，罗 旭

(中国卫星海上测控部，江苏 江阴 214431)

某船配备5个发电机组为全船提供电力保障，每个发电机组由1台柴油机和1台发电机组成，其中柴油机采用MAN B&W 6L23/30H型中速柴油机作为机组的原动机。此柴油机额定功率为770 kW，额定转速750 r/min，缸径为225 mm，活塞行程为300 mm；发电机采用HFC6-508型发电机，日常使用2～3个发电机组即可满足全船电力供应。

该船在码头组织备航，进行设备常规保养，在启动4号发电机组时，按下启动按钮，压缩空气推动机组的柴油机转动后，没有达到启动转速，最终导致启动失败。

本文全面分析柴油机启动失败的原因，并对启动空气系统和控制空气系统进行重点排查，查找故障原因并确定故障点，最终将故障排除。

1 故障原因分析

1.1 燃油系统故障

燃油系统工作原理示意图如图1所示，燃油由A1管路进入燃油系统，由机带燃油泵驱动，并进入燃油滤器净化，之后进入高压油泵，一部分燃油经过高压油泵加压后进入高压油管到达汽缸内的喷油器，并喷入汽缸燃烧，一部分燃油回流至A2管路，最后流回燃油日用柜。

图1 柴油机燃油系统原理示意图

若燃油系统发生故障，柴油机启动时，汽缸内无燃油或燃油过少都会导致启动失败，具体原因如下。

1)燃油管路接头松动，系统中混有空气，使燃油无法进入汽缸内，造成汽缸无法发火。

2)燃油管路、燃油滤器阻塞或管路泄漏，使汽缸内供油不足。

3)供油总杆及油门齿条卡滞，使燃油无法进入汽缸。

4)机带燃油泵、高压油泵或喷油器故障，导致供油不足。

5)调速器故障，导致燃油无法进入汽缸[1]。

1.2 启动空气系统故障

柴油机启动空气系统工作原理示意图如图2所示，从空气瓶来的压缩空气(2.5～3.0 MPa)经过空气滤器，进入减压阀将压力降低至0.7～0.9 MPa，之后分2路，一路连接补气电磁阀至增压器压气端进行补气，另一路通过安全阀到达主启动阀待用，在安全阀后面再分一路空气到启动阀及紧急启动阀，当启动阀动作后，压缩空气进入空气启动机使启动机上的传动齿轮与柴油机飞轮啮合，之后压缩空气使主启动阀接通，待用的压缩空气使启动机转动，带动柴油机转动。当柴油机转速超过110 r/min时，柴油机发火，启动阀关闭，启动机上的传动齿轮与飞轮上的启动齿圈脱离。其中安全阀后有一路与机械超速装置的两位三通阀相连，当柴油机转速超过最大允许转速时，两位三通阀动作，压缩空气进入油门控制汽缸，将高压油泵齿条推至零位，使柴油机停车。

图2 柴油机启动空气系统工作原理示意图

启动空气系统出现故障会导致柴油机达不到发火转速，从而导致启动失败，具体原因如下。

1)气瓶压缩空气压力不足或系统管路泄漏，无法推动柴油机。

2)空气滤器脏污，压缩空气进气量过小。

3)减压阀调节压力过小或出现故障，使压缩空气进气不足[2]。

4)主启动阀或启动阀出现故障，使压缩空气无法进入空气启动机。

5)机械超速装置出现故障，超速装置使两位三通阀动作，压缩空气进入油门控制汽缸，油门控制汽缸推动高压油泵齿条，使齿条保持在零位。

6)空气启动机故障，无法带动柴油机转动。

1.3 汽缸内故障

柴油机汽缸内若出现故障，使压缩压力不足，会导致无法发火，造成启动失败，具体原因如下。

1)活塞环或缸套过度磨损，导致压缩压力不足[3]。

2)进排气门弹簧力不足或密封不严。

3)缸盖或缸体密封不严。

4)检修时更换的活塞备件不属于该机型，导致燃烧室容积过大[4]。

此类问题在柴油机维护保养正确，操作规范的情况下不会发生。

2 故障排查与排除

2.1 故障排查

设备故障往往都是由于一个小部件或一个小问题引起的，因此故障排查过程，遵循先简单后复杂、先系统后机体、先外部后内部的原则来排查，效果较好，同时可以节省人力物力。柴油机按下启动按钮后能够转动，但是达不到启动转速，说明是启动系统出现故障，具体排查过程如下。

1)检查空气瓶及管路。气瓶压力在2.5 MPa左右，符合启动要求，压缩空气系统管路及机身空气管路无泄漏。

2)检查空气滤器。拆开空气滤器检查，发现内部有少量杂质，不影响进气量，清洁后装复。

3)检查减压阀设定值。检查减压阀设定值在0.8 MPa，压力正常。

4)检查机械超速装置及油门控制汽缸。装置没有动作，油门控制汽缸也没有动作，设备正常。

5)检查启动阀及控制空气管路。按下启动按钮后，启动机啮合齿轮能够与飞轮正常啮合，说明启动阀工作正常，启动阀前后的空气管路畅通。

6)检查主启动阀及控制空气管路。按下启动按钮后，柴油机能够正常转动，说明主启动阀已经接通，使压缩空气进入到启动机内，主启动阀正常，控制管路畅通，而启动机前的主空气管路管径较大，不会堵塞。

7)检查空气启动机。柴油机能够正常转动，说明启动机啮合齿轮能够正常伸出与飞轮啮合，传动齿轮能够正常转动。

8)外部检查没有发现故障点，对部件进行解体检查，拆解减压阀检查内部情况，检查发现内部各部件正常，部分O型圈老化，对部分O型圈进行换新后装复，启动柴油机试验，仍然启动失败，故障未解决。

9)该柴油机采用的是涡轮式空气启动机。控制空气使启动机与柴油机飞轮啮合，之后，控制空气到达主启动阀，使主启动阀动作，启动空气通过主启动阀后进入启动机，推动涡轮叶片转动，之后通过传动齿轮带动啮合齿轮转动，最终实现柴油机的转动。

对启动机进行解体发现内部涡轮叶片出现严重磨损，转子叶轮内部叶片几乎全面磨平，定子叶轮内部叶片也出现较大磨损。故障定位为空气启动机内部涡轮叶片异常磨损，导致启动机动力不足，使柴油机达不到启动转速，最终造成启动失败。

2.2 故障排除

启动机的涡轮叶片磨损严重，已经无法修复，只能更换叶片，同时在拆检时发现，启动机内部异物杂质较多，腔室较脏，对启动机各部件进行清洁后，更换涡轮叶片及密封圈，最后装复启动机，检查柴油机各系统，按下启动按钮，柴油机正常启动，故障顺利排除。

3 结束语

引起此次启动机涡轮叶片异常磨损的原因，是由于铁锈等杂质随压缩空气进入启动机内，涡轮叶片转动过程中与杂质碰撞，导致叶片出现异常磨损。而铁锈的产生，则是由于空气系统内存在凝水。轮机员作为设备的管理和使用者，应该提高空气系统的日常维护，需要在以下几方面加以注意：①缩短对空气瓶放残的时间，及时将内部凝水及杂质排出，确保压缩空气质量；②缩短柴油机启动系统中空气滤器清洁时间，及时清洁滤器，防止系统脏堵或异物进入系统；③根据设备的维护周期，定期对设备进行拆检保养，保证设备运行状态。

此次故障原因较隐蔽，平时设备保养及操作不易发现，但是引起类似故障的根源却是可以控制的，这就需要管理人员加强空气系统的使用及管理，提高压缩空气的质量，避免类似故障的发生。