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1、活塞环导致副机异常运行实例探讨O前言船舶副机是船舶电力系统的重要组成部分，为船舶的正常运营提供电力来源，是最关键的设备之一。某轮三台副机，型号为CME-MAN6L23/30H,缸径225mm,行程300mm,额定转速72OrPm,额定功率720KWo1不正常现象的发现笔者上船任职时，NO.3副机已经运行13000小时，处于吊缸窗口，接班理顺工作之后，着手该副机的吊缸检修工作。按照正规程序，检修完N0.3副机并试车正常，恰逢航行途中货油舱洗舱充惰气需要双台副机运行，主管轮机员把副机切换为NO.2&3两台副机,单机负荷250KW左右。运行大概8小时左右，NO.2副机曲拐箱滑油低液位报警，值班轮机员
2、补油至正常位。第二天早上NO.2副机再一次滑油低液位报警。笔者之前也多次接触这个型号的副机，该机型在运行过程中，曲拐箱滑油一般6天才补油一次。查看轮机日志和副机日志得知，NO.2副机自从2018.04.11整体吊缸检修之后，曲拐箱补油就比较频繁，副机日志补油记录显示平均间隔12小时就需要补油一次，一天就要耗大约I(M)KG滑油。而同样的运行时间，NO.1和NO.3副机，滑油消耗也就一天15-20KG.船东指标是一天不超过24KGo可以判断N0.2副机滑油消耗不正常。查阅近两任主管轮机员交接班设备运行备忘录，没找到关于NO.2副机滑油消耗异常的警示。而通过询问现任的三个轮机员，除了二管轮觉得这个
3、消耗有点多以外，其他轮机员都觉得这个是小事。由于船舶轮机员对NO.2副机的这种运行情况没有引起重视，没有采取适当的措施去解决。截止到笔者接班时已经运行4000小时之久，导致滑油实际消耗比账面记录的多3.5吨。由于滑油过大的异常消耗，主管轮机员为了能够追平滑油消耗，违背船东机务及厂家对副机1200小时更换滑油的规定，对三台副机采取了延长滑油使用时间，至J1800-2000小时才换油。通过查看副机日记，发现NO.2副机除了滑油消耗异常之外，排温也越来越来高，比吊缸之前还高20。2滑油异常消耗原因分析笔者认为，副机滑油消耗异常主要分两个方面的原因，系统外漏和内部异常消耗。系统外漏包括分油机净化、管线
4、、滑油冷却器等。本轮副机滑油定期更换。在运行期间，不采用分油机净化。如果是管路外漏，滑油冷却器异常，这么多油，很容易发现。而内部消耗主要是指滑油进入到活塞顶部燃烧室，或者从增压器漏入排烟管。就是通常所讲的“烧机油二而通过观察3台副机的排烟颜色，NO.2副机的颜色也稍微偏蓝，也符合存在“烧机油”的特质。可以断定，滑油被副机内部原因消耗掉了。副机烧机油的主要原因主要是以下几点：滑油主要通过喷油器密封胶圈、气阀导套密封胶圈进入燃烧室；活塞环与缸套配合间隙不正常，导致滑油进入到活塞顶部燃烧室；活塞环积碳过多，导致活塞环卡死在环槽中，失去弹性，导致刮油环作用减弱；增压器油封漏油，滑油漏入排气管。NO.2
5、副机在备用状态，保持预润滑油泵的长期运行，通过冲车检查，没有滑油从缸头示功考克中冲出，拔出6个喷油器，喷油器下部没有油迹，密封胶圈良好，可以排除滑油通过喷油器、气阀等处的胶圈渗漏进活塞顶部燃烧室。进一步拆检增压器，检查腔室内部，也未发现异常。综合分析之后，判断主要原因是活塞环与缸套之间的密封不正常，或者活塞环异常。3副机烧机油的危害副机一旦烧机油，除了导致滑油消耗剧增，还会引起喷油器受机油污染而结碳，导致喷油嘴堵塞、磨损；还会造成气阀积碳，引发恶劣燃烧，排温异常升高。严重者会导致副机运行中滑油液位突然降低，滑油压力低，导致运动部件润滑不足，进而引发“拉缸、抱轴、烧瓦”的机损事故。副机过量消耗机
6、油，值班轮机员为了确保该副机运行期间滑油足够，频繁补油至高位，然而随着副机的运行，导致更多的滑油飞溅到缸套壁上，进入到燃烧室。进一步加剧了滑油消耗。陷入“补的多，耗的更多”的恶性循环。4活塞环原因分析本轮副机使用的活塞环一套共4道，3道气环，1道刮油环。气环的作用是密封活塞，把缸套内的燃油和废气密封在活塞头燃烧室内防止窜进曲拐箱；刮油环把飞溅在缸套壁上的多余滑油刮回曲拐箱，只留下薄薄的油膜用于活塞在缸套内上下运动的润滑，防止滑油进入活塞顶部燃烧室。在副机运行过程中，由于活塞环，特别是最下部刮油环磨损过度或者活塞环搭间隙过大、或环的弹性差、断环、以及活塞环被积碳卡在环槽中，使得气环密封性变差，刮
7、油环的刮油效果大大降低，导致缸套壁上的的机油窜至活塞顶部燃烧室，引起烧机油；如果活塞环安装不正确，环装反，也会使其产生“泵吸”效应，把气缸壁的滑油泵向活塞顶燃烧室，使滑油消耗量增加。进一步造成气阀积碳，引发恶劣燃烧，排温异常升高。通过翻阅关于NO.2副机在2018年4月11号进行的吊缸检修记录，更换了6套活塞环，还留存1套同批次的活塞环。而笔者检修NO.3号副机的备件包中还有6套活塞环。经过认真仔细的对比，发现两个批次的活塞环只有宽度、厚度一致。但是活塞环上的批次喷码不一样，圆周长度尺寸明显不一样，搭口间隙也不一样。把活塞环安装入全新的缸套备件中，测量参数对比如下：表一：两个批次活塞环自由状态
8、下的搭口间隙：单位mmNO.3号副NO.2副机自由机同批次自由搭同批次活搭口活塞环口间隙塞环间隙差异3号副机环比2号副机第一道环33.第一道环30环短3mm第二道环35.第二道环363号环比2号环长Imm第三道环28.第三道环353号环比2号环短7mm3号环比2号环长第四道环25.5第四道环271.5mm表二：两个批次活塞环在新缸套中的搭口间隙（缸径D=225mm）No.3号副安装搭NO.2副机安装搭说明书搭口间隙参数机同批次口间隙同批次活口间隙活塞环1.13塞环2.20.004D-0.006D,为第一道环1.03第一道环1.550.9-1.350.004D-0.006D,为第二道环1.03第
9、二道环1.50.9-1.350.004D-0.006D,为第三道环第三道环0.9-1.35第四道环0.78第四道环1.95O.OO3D-O.OO5D,为0.675-0.9通过上述表格，可以得出，NO.2副机使用的活塞环不符合要求，圆周长度、搭口间隙超出了厂家说明书要求，特别是最关键的第一道气环和第四道刮油环。活塞环在副机运行过程中与高温气体接触导致受热膨胀，并且由于周期性的往复运动又使其出现径向膨胀变形，因此，活塞环在缸套内的搭口间隙必须符合说明书要求，才能保证正常工作。综上所述，本轮副机活塞环的加工尺寸有误差，导致搭口间隙超出规定的范围，活塞环在缸套中不能达到良好的工况，导致气环密封作用下降
10、，刮油环的刮油作用减弱，无法将缸壁上的滑油刮回曲拐箱，造成了窜油。随着活塞的上下运动，飞溅在缸套壁上的滑油过多的残留在燃烧室的缸壁上，被高温燃气蒸发、燃烧，滑油消耗增加。进一步造成活塞环积碳过多，将活塞环卡死，使其失去弹性,滑油消耗越来越大。并且由于燃烧室内烧机油，造成气阀积碳，引发恶劣燃烧，导致NO.2副机排温异常升高，无法使用高负荷。5故障的排除经过船上的仔细检查和比较，找到了NO.2副机滑油消耗异常的根本原因是活塞环加工尺寸不合符要求。接下来的事情就简单了，按正规程序对NO.2副机吊缸。卸下6套活塞环进行检查，果然是一批尺寸不合适的活塞环。更换6套和3号副机同批次的活塞环装复投入使用。N
11、O.2副机在使用过程中，安排值班轮机员密切关注滑油油位，各缸排温，透平排温，经过7天的连续运行，对比如下：表三：NO.2副机更换新活塞环前后运行对比NO.2副机 检修之前滑油消耗每天0800,2200分两次 补油，一天下来消耗估 计 IOoKG。NO.2副机 检修之后三台副机 对比油位从正常液位，连续 运行7*24小时，降低3 格，大概消耗IOOKGo 1、3号副机连续运行7 天，补油一次，消耗大概 IOOKG。各缸排温320KW负荷，排温最高 340左右，430KW,排温最高360, 最高负荷超过450KW,就 会报透平排气温度高报警。320KW负荷,排温320, 430KW,排温最高340
12、, 510KW,排温最高3503号副机320KW负荷，排 温310左右，430KW,排温最高330C, 510KW,排温 340至此，经过全面的检修，更换6套活塞环，NO.2副机滑油异常消耗的故障得到解决。6经验教训本轮的副机滑油异常消耗的原因是由于使用了尺寸异常的活塞环。本次故障的发生是多方面的原因，既有活塞环本身的因素，也有使用不当的原因，最根本的还是船舶设备管理人员的原因，暴露出了机舱管理上的很多漏洞。主要体现在以下几点：,主管轮机员申请、签收备件时，没有认真检查核实设备型号、备件申请编码、图号是否准确；供船签收时也未能认真核对，导致不合格备件上船。本船副机就有720RPM、900RPM
13、有个型号。但是本船使用的是720RPM。NO.2副机吊缸时，新、旧活塞环没有按照正规的吊缸程序，按照船东的体系文件要求,进行活塞环外观的对比与参数的测量,气缸内搭口间隙的测量,再一次错过了发现活塞环不正常的机会，导致使用了不合格环。吊缸之后，副机明显运行不正常，但是相关人员听之任之，放任不管，没有及时排查原因，没有考虑到是更换了活塞环之后导致滑油异常，导致本轮副机滑油消耗超标严重，给船公司增加了船舶营运成本。这是责任心不强的体现。由于船上没能及时发现该批次活塞环质量上的缺陷，没有上报公司主管，导致航运公司一直不知情。船队其他几条同型号船也采购了这种活塞环。导读船舶副机是船舶电力系统的重要组成部
14、分，为船舶的正常运营提供电源。某船配备3台副机，型号为CME-MAN6L23/30H,缸径225mm,行程300mm,额定转速720rmin,额定功率720kW。一、故障现象笔者上船任职时，No.3副机已经运行13OOOh且处于吊缸检修窗口。检修No.3副机并试车正常，恰逢航行途中货油舱洗舱充惰气需要2台副机运行，主管轮机员把副机切换为No.2和No.3副机，单机负荷25OkW左右。运行约8h,No.2副机出现曲轴箱滑油低液位报警，值班轮机员补油至正常液位。次日早上No.2副机再次出现滑油低液位报警。该型号副机在运行过程中，曲轴箱一般6d添加滑油1次。查看轮机日志和副机日志，得知No.2副机自
15、2018年4月11日整体吊缸检修后，曲轴箱添加开始频繁添加滑油，平均间隔12h需添加1次滑油，每天约消耗IoOkg滑油。在相同的运行时间内，No.1和No.3副机每天消耗1520kg滑油，判断No.2副机滑油消耗异常。查阅近两任主管轮机员交接班设备运行备忘录，未找到关于No.2副机滑油消耗异常的警示。对No.2副机的异常运行情况未引起船舶轮机员重视，没有采取适当措施解决异常滑油消耗问题。截至笔者接班No.2副机运行4000h,导致实际多消耗约3.5t滑油。主管轮机员为追平滑油消耗量，违背船舶所有人机务及厂家对副机1200h更换滑油的规定，对3台副机均延长滑油使用时间，待副机运行18002000
16、h才更换滑油。查看副机日志，发现No.2副机除滑油消耗异常外，排温也越来越高，较吊缸前高20oCo二、滑油异常消耗原因分析副机滑油消耗异常主要有2个原因：系统外漏和内部异常消耗。系统外漏包括分油机净化、管线、滑油冷却器等。本船副机滑油定期更换，在运行期间不采用分油机净化，如果是系统外漏，则滑油冷却器将出现异常，且较容易目视检查泄漏处。内部消耗主要指滑油进入活塞顶部燃烧室，或从增压器漏入排烟管，即俗称“烧机油通过观察3台副机的排烟颜色，No.2副机的颜色稍微偏蓝，符合烧机油特质。可以断定滑油被副机内部异常消耗。副机烧机油的主要原因包括：滑油主要通过喷油器密封胶圈、气阀导套密封胶圈进入燃烧室；活塞
17、环与缸套配合间隙不正常，导致滑油进入到活塞顶部燃烧室；活塞环积炭过多，导致活塞环卡阻在环槽中，失去弹性，导致刮油环作用减弱；增压器油封漏油，滑油漏入排气管。No.2副机在备用状态，保持预润滑油泵的长期运行，冲车检查发现没有滑油从缸头示功阀中冲出。拔出6个喷油器，喷油器下部没有油迹，密封胶圈良好，排除滑油通过喷油器、气阀等处的胶圈渗漏进入活塞顶部燃烧室。进一步拆检增压器，检查腔室内部未发现异常。判断活塞环与缸套之间的密封不正常，或活塞环异常。三、副机烧机油的危害副机烧机油除导致滑油消耗剧增外，不仅引起喷油器受机油污染而积炭，导致喷油嘴堵塞、磨损，还造成气阀积炭，引发恶劣燃烧，排温异常升高。严重者
18、导致副机运行中滑油液位突然降低，滑油压力低，造成运动部件润滑不足，进而引发“拉缸、抱轴、烧瓦”的机损事故。副机过量消耗滑油，值班轮机员为确保该副机运行期间有足够多的滑油，频繁补油至高位，然而随着副机的运行，更多的滑油飞溅到缸套壁上进入燃烧室，进一步加剧滑油消耗，陷入补得多、耗得更多的恶性循环。四、活塞环原因分析本船副机使用的活塞环有3道气环、1道刮油环。气环的作用是密封活塞，把缸套内的燃油和废气密封在活塞头燃烧室内防止窜进曲轴箱。刮油环把飞溅在缸套壁上的多余滑油刮回曲轴箱，只留下薄薄的油膜用于活塞在缸套内上下运动的润滑，防止滑油进入活塞顶部燃烧室。在副机运行过程中，由于最下部刮油环过度磨损，或
19、活塞环搭口间隙过大、活塞环弹性差、断环及活塞环被积炭卡在环槽中，气环密封性变差，大大降低刮油环的刮油效果，导致缸套壁上的机油窜至活塞顶部燃烧室，引起烧机油。如果活塞环安装不正确（装反），也会使其产生“泵吸”效应，把气缸壁的滑油泵向活塞顶燃烧室，增加滑油消耗量，进一步造成气阀积炭，引发恶劣燃烧，排温异常升高。No.2副机在年4月11日进行吊缸检修，更换6套活塞环，还留存1套同批次的活塞环。笔者检修No.3副机的备件包有6套活塞环，经过仔细对比发现2个批次的活塞环宽度、厚度一致，但批次喷码、圆周长度、安装搭口间隙均不一致。将活塞环装入全新的缸套备件（缸径D=225mm）中，测量相关参数，见表1和2
20、。表12个批次活塞环自由状态下的搭口间隙No.3副机同批次活塞环自由搭口间隙mmNo.2副机同批次活塞环自由搭口间隙mm第1道气环33.0第1道气环30.0第2道气环35.0第2道气环36.0第3道气环28.0第3道气环35.0第4道刮油环25.5第4道刮油环27.0表22个批次活塞环在新缸套中的搭口间隙N。.3副机同批次活寤环的安装搭口间隙No2副机同批次活塞环的安装搭口间隙说明书安装搭口间隙要求mm第1道气环为L130mm第1道气环为2.200mm0.900L350(0.0040.006)第2道气环为1.030mm第2道气环为1.550mm0.900-1.350(0.0040.006)第3
21、道气环为l030mm第3道气环为1.500mm0.9001.350(0.0040.006D)第4道刮油环为0.780mm第4道刮油环为1.950mm0.6750.9(0.003-0.005)通过上述表格得出，No.2副机使用的活塞环不符合要求，圆周长度、安装搭口间隙均超出厂家说明书要求，特别是最关键的第1道气环和第4道刮油环。活塞环在副机运行过程中与高温气体接触导致受热膨胀，并且周期性的往复运动使其出现径向膨胀变形，因此活塞环在缸套内的安装搭口间隙必须符合说明书要求，才能保证正常工作。综上所述，本船副机活塞环的加工尺寸存在误差，造成安装搭口间隙超出规定范围，活塞环在缸套中无法达到良好工况，导致
22、气环密封作用下降，刮油环的刮油作用减弱，无法将缸壁上的滑油刮回曲轴箱，最终出现窜油现象。随着活塞的上下运动，飞溅在缸套壁上的滑油过多地残留在燃烧室的缸壁上，被高温燃气蒸发、燃烧，滑油消耗增加，进一步造成活塞环积炭过多，活塞环卡阻并失去弹性，滑油消耗越来越大。燃烧室内烧机油，造成气阀积炭，引发恶劣燃烧，导致No.2副机排温异常升高，无法使用高负荷。五、故障排除经过船上的仔细检查和比较，No.2副机滑油消耗异常的根本原因是活塞环加工尺寸不符合要求。于是按正规程序对No.2副机吊缸，卸下6套活塞环进行检查，证明采用了尺寸不合适的活塞环。更换6套和No.3副机同批次的活塞环，装复并投入使用。在No.2
23、副机使用过程中，安排值班轮机员密切关注滑油油位、各缸排温、透平排温。经过7d的连续运行，对比No.2副机更换新活塞环前后运行参数,见表3o表3No.2副机更换新活塞环前后运行对比项目滑油消耗各缸排温No.2副机检修前每天0800、2200时进行朴油，I1滑油消题量约1kg320kW负荷.推海妁340t：430kW负荷，推温约36O*C;负荷制过45OkW时.涡轮持温高报警No.2副机检修后连续运行7d泄油消耗量约100h320kW负荷.拚jfl约320七：43OkW负荷.揖温约340tC;510kW负荷，推M的35OtN“3副机连续运行71,补油1次，滑油消耗的1kg320kW负荷.持温约31
24、0t:430kW负荷.持温330t:510kW负背，揖温M)IC至此，经过全面的检修及更换6套活塞环，No.2副机滑油异常消耗的故障得到解决。六、经验教训本船副机滑油异常消耗的原因为使用尺寸异常的活塞环，但本次故障的发生包括多方面的原因，既有活塞环本身的因素，又有使用不当的原因，最根本原因在于船舶设备管理人员，暴露出机舱管理很多漏洞，主要体现在以下几点：(1)主管轮机员申请、签收备件时，没有认真检查核实设备型号、备件申请编码、图号是否准确；供船签收时也未能认真核对，导致不合格备件上船。(2)船舶所有人的体系文件要求更换活塞环时，须进行活塞环外观对比、参数测量、气缸内搭口间隙测量。但本船在进行No.2副机吊缸时，未按照正规的吊缸程序，再次错过发现活塞环不匹配的机会，导致故障发生。(3)副机吊缸后明显运行异常，但相关人员放任不管，未及时排查原因，更没有考虑到是更换活塞环后导致滑油异常，最终造成本船副机滑油消耗超标严重，给船公司增加船舶营运成本。
