一、故障現象

某船某次準備啟航時，柴油主機完成起動前準備工作后，在集控臺按下“起動”按鈕，柴油機未轉動，起動失敗。

輪機人員嘗試在機旁控制臺進行起動，仍然未成功。

為保證船舶任務完成，輪機人員最后嘗試手動開啟主起動閥，感受到比往常更費勁，不過最終主機成功起動，后續(xù)運行正常。

船舶返航后，輪機人員試圖查找起動故障的原因，通過多次起動試驗，總結出下面幾個現象：

（１）在集控臺和機旁控制臺按“起動”按 鈕，柴油機均不能起動；

（２）按 下“起動”按鈕后，能聽到燃油切斷閥轉換的聲音；

（３）經 過 數 次“吹車”后，按集控臺或機旁控制臺“起 動”按 鈕，柴 油 機 可以起動；

（４）兩柴油主機起動現象一致。

二、起動原理

該船柴油主機使用壓縮空氣起動系統，采用單排進氣、雙排發(fā)火的起動方式，圖１為起動系統圖。

圖１ 某柴油機起動系統圖

起動空氣的壓力為1.2～3Ｍpa，控制空氣的壓力為0.7 Ｍpa，均由一個4.7Ｍpa的主壓縮氣瓶經減壓閥減壓后充入起動空氣瓶和控制空氣瓶。

當柴油機起動時，起動電磁閥通電工作，控制空氣經盤車連鎖閥后，分為兩路：

一路通往方向閥，使燃油切斷閥閉合，導通燃油油路；

另一路通往主起動閥，使主起動閥開啟，導通起動空氣氣路。

起動空氣通過主起動閥后，分為三路：

一路通往安裝在 Ｂ列氣缸上的起動閥，待氣缸起動閥開啟后進入氣缸；

一路通往空氣分配器，然后按柴油機發(fā)火順序依次至氣缸起動閥使其打開；

還有一路通往調速器起動伺服器。

起動空氣按發(fā)火順序進入 Ｂ列氣缸，推動活塞，帶動曲軸旋轉，當柴油機轉速達到起動轉速１時，調速器接收速度（油門）設定信號，迅速加油至起動油門１，隨后根據轉速調節(jié)油門直至柴 油機進入平穩(wěn)運行狀態(tài)［２］，起動過程起動轉速與油門關系圖［３］如圖２所示。

圖２ 起動過程起動轉速與油門關系圖

三、故障原因分析與排除

根據柴油機基本工作原理及起動原理，該柴油機起動過程主要涉及燃油供給系統、進排氣系統、調速控制系統、監(jiān)控安保系統及壓縮空氣系統。

按 照“先易后難，由表及里”的故障分析原則，依據輪機人員在起動試驗中總結的現象，縮小故障排查范圍。

１、初步分析

通過控制方式（集控臺或機旁控制臺“起動”按鈕）起動柴油機失敗，但手動開啟主起動閥可以起動柴油機，而且起動成功后柴油機運行正常，說明柴油機的氣缸起動閥、燃油供給系統、進排氣系統和調速控制系統工作正常。

值得說明的是，即使柴油機沒有起動成功，遇到柴油機不轉動或沒達到起動轉速１的故障現象時，調速控制系統和燃油供給系統尚未參與工作，應該優(yōu)先考慮其他系統的故障。

起動時，燃油切斷閥能夠正常轉換，監(jiān)控安保系統中盤車連鎖閥未亮燈，說明控制空氣氣路中起動電磁閥和盤車連鎖閥工作正常，控制空氣能夠到達主起動閥。

鑒于手動開啟主起動閥可以起動柴油機，考慮主起動閥可能存在故障點。

２、主起動閥排查

（1）結構與工作原理

該柴油主機的主起動閥安裝在曲軸箱旁邊，如圖３所示，結構見圖４，主要組成元件有：頂塊、活塞、導向彈簧、泄放閥、主彈簧、主閥、閥座及閥體。

圖３ 主起動閥

圖４ 主起動閥結構

控制空氣接通后，活塞帶動泄放閥向下運動，閥體內主起動空氣經泄放口與外界大氣導通，壓力快速下降，使得作用于主閥外側的垂向壓力能夠克服作用于內側的垂向壓力和主彈簧彈力的合力，使主閥向上抬升，從而開啟主起動閥。

在此過程中，施加于活塞上的控制空氣作用力需能克服導向彈簧彈力和作用于泄放閥向上的氣體壓力，活塞的受力情況如公式（２）所示。

若手動開啟主起動閥，通過轉動圓盤施加于頂塊的下壓力取代控制空氣作用力，使泄放閥下移。

Ｆ活塞，控制氣＞Ｆ泄放閥，起動氣＋Ｔ導向彈簧（２）

（2） 潛在故障原因分析

由主起動閥工作原理可知，開啟主起動閥的關鍵在于泄放閥能夠正常打開，因此依據公式（２），從以下三個方面進行分析：

１）控制空氣壓力 不 足，導致施加于活塞的下壓力偏小。

控制空氣管路存在漏氣點或控制空氣接頭存在堵塞會導致進入主起動閥的控制氣壓力偏低。

２）泄放閥下移阻力增加。

泄放閥與導向襯套之間潤滑不良、泄放閥或導向襯套因空氣潮濕而生銹會導致泄放閥運動卡滯，嚴重時甚至卡死。

值得注意的是，若起動空氣壓力過大，也會導致泄放閥向下運動的阻力明顯增加。

３）導向彈簧壓縮困難。

導向彈簧材質為金屬，因空氣潮濕發(fā)生銹蝕，銹蝕產物會阻礙彈簧的正常壓縮；循環(huán)壓縮次數過多，可能產生微裂紋，壓縮所需力增大。

此外，彈簧安裝不當可能會與周圍部件發(fā)生干涉，阻礙彈簧的壓縮。

（3）拆卸檢查

經外部檢查、主起動閥拆卸后檢查泄放閥及導向彈簧，發(fā)現：

１）控制空氣管路各連接處連接正常并無泄漏，控制空氣接頭未被堵塞。

２）泄放閥能夠在導向襯套中靈活運動，導向彈簧無明顯銹蝕、表面無明顯裂紋。

３）控制空氣氣瓶 壓 力 正 常，但主起動空氣氣瓶壓力超過３Ｍpa，如圖５所示。

圖５ 起動空氣壓力表

主起動空氣壓力高正是輪機人員開啟主起動閥感到費勁的原因。

由于控制空氣和主起動空氣均由壓力為4.7Mpa的主壓縮氣瓶空氣經減壓閥減壓得到，因此故障點基本鎖定為減壓閥。

３、減壓閥排查

（1）結構與工作原理

減壓閥型號為 Ｑ／ＨＦＪＭ－２０Ａ，實物如圖６所示，分為導閥和主減壓閥，內部結構見圖７。

圖６ Ｑ／ＨＦＪＭ－２０Ａ減壓閥

圖７ Ｑ／ＨＦＪＭ－２０Ａ

減壓閥導閥（上）和主閥（下）內部結構

導閥主要由調節(jié)蓋、調節(jié)彈簧和調節(jié)螺釘組成，主減壓閥主要組成元件有：活塞、主閥盤和回位彈簧。

導閥調節(jié)蓋處于初始位置時，導閥調節(jié)彈簧不受壓，導閥未打開，主減壓閥內活塞上、下腔壓力平衡，主閥盤受回位彈簧的壓力將主閥通道關閉。

順時針旋轉導閥調節(jié)蓋，調節(jié)彈簧受壓后把導閥閥盤打開，導閥輸出的壓力空氣進入活塞上腔，活塞受到垂向下的壓力，克服回位彈簧彈力而使活塞下移，同時頂桿向下運動頂開主閥盤，然后高壓氣源ＰＮ１進入輸出腔，產生輸出壓力ＰＮ２。

同時輸出腔的壓力空氣進入活塞下腔，作用于活塞下部，抵消活塞上部的壓力，主閥盤開度減小，直至平衡。

（2）潛在故障原因分析

由該減壓閥工作原理可知，輸出壓力的大小取決于主閥盤的開度，開度越大，輸出壓力越大。

導閥起控制作用，主減壓閥自帶補償反饋作用。

因此從以下兩個方面進行分析：

１）導閥設定值異常。

導閥調節(jié)蓋被誤旋緊，使調節(jié)彈簧預壓縮量增大，或是調節(jié)彈簧出現老化、變形等問題，均會導致導閥的輸出壓力增大，從而影響主閥的輸出壓力。

２）主閥動作異常。

回位彈簧彈性模量降低，活塞下行后卡滯，主閥盤與閥座的密封面損傷，或是活塞下腔的引壓孔堵塞等問題，均會導致主閥盤的開度大于原平衡位置。

（3）故障排除

拆卸減壓閥的導閥和主閥，對調節(jié)彈簧和回位彈簧進行外觀檢查和彈力測試，同時詳細檢查活塞運動的靈活程度及主閥盤密封面，發(fā)現導閥調節(jié)彈簧出現老化。

更換調節(jié)彈簧后，調整導閥調節(jié)蓋使輸出壓力為３Ｍpa，重新在機旁和集控測試起動柴油機，柴油機能夠正常起動。

輪機人員在起動試驗中發(fā)現數次“吹車”后可以通過控制方式起動柴油機，實際上是因為“吹車”消耗了壓縮空氣，主起動空氣的壓力下降后，控制空氣又能夠將主起動閥開啟。

四、結語

本文針對某船柴油主機起動出現異常進行了詳細分析和排查，結果表明：壓縮空氣系統中減壓閥的導閥調節(jié)彈簧老化使主起動空氣壓力過高是故障原因。

在此對輪機管理人員提出三點建議：

一是提高日常維護保養(yǎng)的規(guī)范性，嚴格按技術手冊和使用說明維護保養(yǎng)各部件及系統；

二是加強對主要零部件內部結構及具體工作原理的學習認識，有助于快速判定故障點 位；

三是不能只重視主機而忽視輔助系統對機器可靠性的影響。

參考文獻：

［１］呂庭豪，李海燕，呂瑜．船舶動力裝置原理與設計［Ｍ］．武漢：華中科技大學出版社，２０１４．

［２］胡前城，張曉偉，于 博 華．某型船用柴油機起動故障分析［Ｊ］．機電設備，２０２３，４０（６）：５５－５９．

［３］胡煒陽．１６ＰＡ６Ｖ－２８０柴油機維護保養(yǎng)說明書［Ｋ］．上海：滬東重機有限公司，２０２１．

原創(chuàng)作者系：

１．海軍士官學校    鄒愷愷、鄭發(fā)彬、李盛琪、王志杰

２．海軍７５６０８部隊    柳 琦