內(nèi)河巡標(biāo)船主機冷卻系統(tǒng)溫度過高的問題研究及解決措施

黃天壽

摘要：文章介紹了巡標(biāo)船柴油機冷卻系統(tǒng)作用及其工作原理，并以“廣西港航4104”巡標(biāo)船柴油機為例，分析了柴油機冷卻水系統(tǒng)與機油潤滑系統(tǒng)高溫故障及解決方案。

關(guān)鍵詞：巡標(biāo)船;柴油機;主機冷卻系統(tǒng);高溫故障;解決方案

0 引言

隨著航道等級的提升，特別是打造西江億噸“黃金水道”以來，對航道管理養(yǎng)護工作提出了“更快速、更高效、更優(yōu)質(zhì)”的要求，需要提升航道養(yǎng)護船舶設(shè)備技術(shù)性能。

為提升航道養(yǎng)護船舶設(shè)備技術(shù)性能，增加船舶航行速度及動力，“廣西港航4104”巡標(biāo)船安裝有型號為YC6A220C船舶用柴油機，直列6缸、增壓水冷、雙循環(huán)冷卻、其額定功率為162 kW，額定轉(zhuǎn)速為2 230 r/min，制造日期為2016-01-05。在使用期間主機經(jīng)常出現(xiàn)油溫或水溫過高提示報警或溫度過高系統(tǒng)自動停機等情況。

1 巡標(biāo)船柴油機冷卻系統(tǒng)作用及其工作原理

1.1 巡標(biāo)船柴油機冷卻系統(tǒng)作用

柴油機通過柴油在內(nèi)部燃燒產(chǎn)生動力，在燃燒時會產(chǎn)生熱能，溫度可達2 027 ℃，導(dǎo)致相關(guān)零部件的溫度升高。溫度較高時柴油機內(nèi)零件的精度、性能會受到影響，導(dǎo)致潤滑度差，從而縮短它的使用壽命，降低工作效率，增大能耗[1]。所以，冷卻系統(tǒng)對于柴油來說是非常重要的，冷卻系統(tǒng)正常工作應(yīng)確保其溫度合適。

1.2 柴油機冷卻系統(tǒng)的型式

柴油機冷卻系統(tǒng)的型式一般分為風(fēng)冷和水冷。

（1）風(fēng)冷。用空氣作為冷卻媒介質(zhì)，將部分熱量散發(fā)到空氣中，并使溫度保持在正常運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，這種冷卻型式結(jié)構(gòu)簡單，使用維護方便，適用于缺水地區(qū)和小功率柴油機上。

（2）水冷。用水作直接冷卻媒介質(zhì)將熱量帶出機體散發(fā)冷卻水中。其冷卻效果好，控制冷卻能力較方便，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，需使用大量冷卻液進行冷卻[2]。YC6A220C型號船舶用柴油機的冷卻系統(tǒng)采用水冷型式。

1.3 柴油機冷卻系統(tǒng)工作原理

YC6A220C型號船舶用柴油機的冷卻系統(tǒng)是采用海、淡水雙路循環(huán)冷卻，如圖1所示：淡水泵將淡水泵入滑油冷卻器冷卻滑油后，再進入冷卻缸體及汽缸蓋;從機體出來的高溫淡水，經(jīng)過節(jié)溫器作用，一部分直接回到淡水泵入口，另一部分經(jīng)海淡水熱交換器后回到淡水泵入口。海水經(jīng)海水泵泵入中冷器冷卻高溫高壓空氣，再進入海淡水熱交換器冷卻高溫淡水，之后排出船舷外。機油隨機油泵注入機體內(nèi)有冷卻潤滑活塞、氣缸套、軸瓦、曲軸等作用[3]。

2 柴油機冷卻水系統(tǒng)高溫故障分析及解決方案

2.1 冷卻水系統(tǒng)高溫故障狀況

“廣西港航4104”巡標(biāo)船是高速船艇類型，船舶吃水較淺，只有0.6 m。船舶在高速航行（35 km/h）時，經(jīng)常出現(xiàn)主機冷卻系統(tǒng)水溫升高，系統(tǒng)水溫高報警提示，甚至因達到內(nèi)循環(huán)冷卻水溫度限定臨界值以上出現(xiàn)主機自動停機保護現(xiàn)象。如果在該繁忙的水域航行時，主機突然停機，船舶失去動力，無法進行避碰，這種情況是非常危險的。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，是因為海底門長期缺水，造成主機冷卻系統(tǒng)水溫升高的。

2.2 海底門缺水問題狀況分析

當(dāng)船舶航行速度>35 km/h時，發(fā)現(xiàn)排出舷外的海水流量比較小;當(dāng)船舶速度<28 km/h時，排出舷外的海水流量正常。針對上述問題，結(jié)合了流體力學(xué)及船舶高速航行時船底流體線性分布的特性分析，當(dāng)船舶高速航行時，平面光滑的船底與海水形成相對高速流動，有時海底門形成真空失水狀態(tài)或海底門進水不足。海底門持續(xù)進水不足或無水狀態(tài)，使主機出現(xiàn)因缺海水冷卻導(dǎo)致水溫、油溫過高等問題。

2.3 海底門缺水問題解決方案

為了解決在高速航行時海底門持續(xù)進水不足或無水狀態(tài)的問題，我們采取了一種簡單、使用方便的結(jié)構(gòu)，就是將海底門改成有兜水的功能。在海底門格柵后部焊接長與高為200 mm×35 mm的擋板，這一結(jié)構(gòu)利用船向前高速航行時將經(jīng)過海底門部分海水?dāng)r截進海底門中，解決了海底門缺水的問題。但加裝這種裝置增加了船體的附加阻力，其增加的附加阻力對于大功率高速船影響不大

3 柴油機機油潤滑系統(tǒng)高溫故障分析及解決方案3.1 機油油溫高故障狀況

“廣西港航4104”巡標(biāo)船的主機是船用高速機，額定轉(zhuǎn)速為2 230 r/min。該船在投入使用一段時間后，發(fā)現(xiàn)船舶在額定轉(zhuǎn)速帶負荷的情況下航行1 h左右，機油油溫逐漸升高，油溫達到115 ℃臨界值時系統(tǒng)自動停機保護。當(dāng)油溫達到臨界值時，內(nèi)循環(huán)淡水的溫度保持在91 ℃正常的范圍內(nèi)。當(dāng)主機帶負荷時轉(zhuǎn)速降低到80%的額定轉(zhuǎn)速時，油溫還是偏高，保持在105 ℃左右。機油溫度一般在85 ℃～100 ℃范圍內(nèi)。若機油油溫太高，將對發(fā)動機造成不良影響。當(dāng)機油溫度超過110 ℃及以上，將使機油黏度嚴(yán)重下降，并易于氧化變質(zhì)而失去潤滑作用。油溫偏高這一問題急需解決。

3.2 機油油溫高的故障排除與分析

3.2.1 對主機外部檢查分析

首先對機油量進行檢查，機油油量不足或液面過高時，也會導(dǎo)致機油溫度過高現(xiàn)象。技術(shù)員到現(xiàn)場檢查了機油量情況，確定機油油面高度在油標(biāo)尺上下刻度之間，并不是因為機油油量不足或液面過高導(dǎo)致機油溫度過高的。

再對主機的排放廢氣、主機油底殼的透氣孔進行檢查，當(dāng)時排放的廢氣正常，沒有發(fā)現(xiàn)冒黑煙、白煙、藍煙等情況。確認并不是因為超負荷、高溫的燃氣直接竄入曲軸箱對機油直接加熱，從而導(dǎo)致機油溫度過高的現(xiàn)象出現(xiàn)。

3.2.2 對主機潤滑油系統(tǒng)內(nèi)部檢查分析

首先對更換的機油及機油濾清器型號進行核實檢查，因為當(dāng)時進行了主機一級保養(yǎng)后，才出現(xiàn)機油油溫高、水溫正常這一現(xiàn)象。技術(shù)員認為是因為更換了不合適的機油造成機油油溫高的現(xiàn)象。但在重新更換了該主機型號專用機油及機油濾清器，運行一段時間后，還是出現(xiàn)機油油溫高的現(xiàn)象。

檢查并不是因為機油及濾清器造成油溫高問題后，技術(shù)員再提出可能是機油冷卻器機油散熱器堵塞或結(jié)垢造成的散熱不良。最后在廠家訂購?fù)吞柕臋C油冷卻器回來更換，但效果還是不理想，運行一段時間后，油溫還是偏高，問題還沒有得到解決。同時也懷疑機油泵出現(xiàn)故障，或泵油量過少，導(dǎo)致散熱不佳，但根據(jù)機油監(jiān)控的壓力儀表數(shù)值顯示在0.45 MPa左右，機油壓力正常，所以機油泵并沒有故障。

根據(jù)只有油溫高而內(nèi)循環(huán)冷卻水溫度正常情況進行判斷，懷疑是油溫的溫度探頭測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏高情況。當(dāng)出現(xiàn)高油溫顯示時，立刻停機，用靈敏的溫度計從機油尺孔插進油底殼的機油中，現(xiàn)場測機油的溫度。然而溫度計測量出來的數(shù)據(jù)與主機油溫監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對比，兩者的數(shù)據(jù)相差1 ℃，在誤差范圍內(nèi)，所以并不是溫度探頭的問題。

3.2.3 引起機油油溫高故障的原因

該船的主機剛投入使用時間不足一年，正常進行維護保養(yǎng)，并沒有對主機內(nèi)部的配件進行拆裝、裝配。技術(shù)員根據(jù)自己檢查分析的情況，與玉柴廠家的售后服務(wù)部的技術(shù)員進行反映、討論。最終討論的結(jié)果是該型號主機的機油冷卻器的冷卻能力不足，即主機長時間高速運行，機油得不到充分冷卻，造成油溫高的現(xiàn)象。

3.3 機油油溫高的問題解決方案

為了解決機油冷卻器的冷卻能力不足這一情況，提出了在機油冷卻器后增加一個機油冷卻器進行二次冷卻的方案。進行二次冷卻的冷卻器的熱換面積計算及冷卻器型號選擇，選型計算公式如式（1）～（3）所示：

經(jīng)過計算，確定選擇型號為GLC1-0.8的船用冷卻器，其總長為660 mm，直徑為115 mm，流量為80 m/h，熱交換面積為0.8 m3，工作溫度≤125 ℃，工作壓力≤0.9 MPa。

經(jīng)過在主機機油冷卻器管路后增加一個型號為GLC-0.8的船用冷卻器進行二次冷卻后，機油得到充分冷卻，機油油溫恢復(fù)到正常范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

通過以上對“廣西港航4104”船的柴油機冷卻系統(tǒng)的改造，經(jīng)過實船運行效果明顯，從根本上解決了“廣西港航4104”船因冷卻系統(tǒng)頻繁高溫而停機的安全隱患，確保該船全年正常運行，提高了柴油機的使用經(jīng)濟性，提高了該船的巡標(biāo)的工作效率且具有實際應(yīng)用價值。

參考文獻：

[1]伍賽特.船用柴油機可靠性要求及改善措施研究[J].內(nèi)燃機，2019（6）：48-51，55.

[2]劉江濤，張 鵬，李治明，等.某船用柴油機機組拉缸故障原因分析及解決方案[J].內(nèi)燃機與配件，2020（5）：50-52.

[3]田海濤.船用柴油機故障診斷技術(shù)研究[J].裝備機械，2019（3）：65-68，72.