导读

在船舶轮机管理领域，设备故障处理是轮机管理人员日常工作的核心部分。

一般而言，故障处理流程主要涵盖“发现问题、分析问题、解决问题”这三个环节。

其中，分析问题无疑是最为关键且最具挑战性的环节。

本文以某起典型的供油单元疑难故障处理为案例，展现了在复杂的船舶设备运行环境下，通过逐步展开分析，找出故障根源并成功解决问题的过程。

一、船舶供油单元概述

1、供油单元的结构和功能

▲图1 供油单元管路示意

图1为中远海运客运“吉龙岛”轮副机燃油供油单元的管路示意图。

设置了 2 台带有吸入滤器的供给泵、2台增压泵、1个混油桶、2组加热器、1 台燃油自清滤器，另有流量计、黏度温度控制单元等零部件。

它可以按照黏度或温度设定给柴油机提供压力稳定的燃油供应。

2、供油单元工作原理

供给泵从燃油日用舱抽取燃油，通过流量计把油输送到混油桶。

为了保持供给泵出口压力稳定，设置了调压阀，使多余的燃油旁通回流到供给泵的吸入端。

增压泵从混油桶抽取燃油，输送给柴油机，柴油机回油管路则连接到混油桶，实现燃油循环流动。

流量计负责记录输入到混油桶的燃油流量，也就是柴油机的燃油消耗量。

加热器处有温控阀，按照控制器的指令调节加热介质流量，控制燃油出口的温度或黏度。

燃油自清滤器按照设定的时间间隔进行自动反冲洗，反冲洗的燃油流到燃油泄放舱，每次消耗 16L 燃油。

二、故障现象

值班人员反馈，在日常巡回检查时发现主机燃油供油单元在靠泊期间常常发出剧烈的振动声，发声位置在供给泵附近。

可用金属杆探听油泵本体听不到金属磕碰声。

经过观察，发现油泵在航行期间运转非常平稳，没有振动现象，只在靠好码头主机停机以后，经过一段时间之后才会逐渐出现振动。

转而观察副机供油单元，发现了同样的现象，也就是副机全部停止一段时间以后，供给泵及其前后管路会出现振动，而一旦副机启动运转，振动立刻就会消失。

在振动的同时，供给泵出口压力表指针会向较小的数值波动，偶尔会因压力低于设定值导致油泵自动切换。

此外，每次冲洗一下燃油自清滤器，振动声都会瞬间消失，过几分钟又会慢慢开始振动。

剧烈的振动不仅给机舱带来很大的噪声，也会导致运动部件的磨损加剧。

油泵出口压力波动也会导致油泵运转不平稳，增加油泵螺杆、机械轴封、轴承、联轴器等部件的故障率。

三、常规故障原因分析及排除

对于这个问题，首先按照常规故障排查思路进行了如下原因分析和排除。

1、滤器及管路脏堵

吸入滤器脏堵常常会导致油泵吸入端真空度过高，油泵工作腔存在真空气泡的破碎撞击，产生穴蚀和振动。

经过观察，供给泵吸入真空压力表数值在 0 附近，表明吸入滤器并未脏堵。

为避免压力表显示错误，清洗了供给泵吸入滤器，并将燃油自清滤器的滤芯全部换洗，对供油单元上下游管路进行检查测试。

经观察，吸入滤器和自清滤器的滤芯全都清洁换新毫无效果。

通过上述操作，排除滤器和管路脏堵的可能性。

2、油泵及其电机自身原因

如果油泵或电机的轴承损坏，或者油泵与电机相连接的联轴器损坏，都可能会导致异常振动。

切换备用泵观察，发现切换瞬间振动消失，过一段时间就会再次振动，而且两个供油单元都是一样的现象。

所有供给泵都出现故障的概率太低，抽检了其中一台供给泵，轴承和联轴器均未发现故障，电机和油泵轴线对中也没有问题，暂且排除了这一可能性。

3、供给泵出口调压阀原因

考虑到振动的同时供给泵出口压力存在波动，而且调压阀附近也能听到振动声，怀疑调压阀滑动部件卡阻导致压力波动，同时产生振动。

经过测试，在正常工作时调压阀压力调节很精确平滑，并且向更高和更低的方向调节压力都无法消除振动。

经对调压阀进行解体清洁检查，也未发现部件异常。

四、进一步原因分析

在完成上述排查工作之后，暂时没有从硬件上找到原因。

考虑到当时处于保修期，联系了供油单元生产厂家售后服务经理。

讲到这个现象，对方告知这是该类型供油单元的通病，无法处理。

许多其他品牌供油单元也出现这个现象。

根据服务商的答复，排除了油泵、滤器、调压阀等硬件设备自身故障。

与此同时，通过社交软件咨询了其他船员朋友，了解到不少人都遇到过这个现象，他们也并没有找到原因，在完成常规检查之后就放弃了。

通过进一步观察，根据振动产生的规律，笔者认为振动很可能是由于设备产生共振引起的。

接下来，从共振产生的原理着手研究。

借鉴文献［1］［2］，理论联系实际来分析问题。

在故障现象中，有一个非常典型的现象就是振动的产生与主副机运行状态的相关性。

当主副机停止运转的时候，没有燃油消耗，增压泵从混油桶抽取的燃油经过循环之后会全部回流到混油桶，所以供给泵无法给混油桶输送燃油，供给泵出口的燃油全部通过调压阀回到吸入端。

也就是实际上在这个状态下供给泵处的燃油循环形成了一个封闭的回路，如图2所示。

▲图 2 燃油环流示意

在这个回路中，供给泵由电机驱动，是唯一的动力源，也是产生振动波的源头。

燃油作为流体在其中流动，调压阀的阀盘由燃油压力和弹簧的二力平衡处于浮动状态。

通过查阅与共振有关的一些资料，学习了管道振动传递的原理，笔者认为，油泵运转产生振动，其振动波通过管路中的燃油进行传播，到达调压阀的阀盘处。

阀盘及其背后的弹簧具有一定数值的固有频率，如果油泵传来的振动波频率与其固有频率相同或相近，就会导致阀盘和弹簧吸收振动波的能量，产生共振。

此外，燃油流动冲击调压阀也会导致阀盘振动。

当阀盘和弹簧振动的时候，产生的振动波也会通过燃油传递给油泵，二者振动互相增益，进而产生剧烈的噪声并且导致供给泵出口压力波动。

在主副机运转的时候，供给泵持续从燃油日用舱吸入燃油，日用舱油温保持在 90~95℃，黏度较高。

供给泵产生的振动波在燃油中传递的时候，会因为燃油黏度较高而产生能量损耗，到达调压阀处时携带的能量会下降，不足以引起共振。

同时，燃油的黏度会对振动形成阻尼。

燃油吸收振动波的能量会发热，且在管路中高速环流也会因为摩擦发热使温度升高，从而导致黏度逐渐下降，对振动的阻尼作用逐渐下降，到了临界点之后就会导致共振的产生。

五、解决方案

1、场解决方案

要消除共振，就要破坏共振产生的必要条件。

在不更换硬件的情况下，供给泵产生的振动波是恒定的，调压阀的弹簧和阀盘的固有频率也无法改变。

那么就要从振动波的传递入手，降低振动波到达调压阀处携带的能量。

一方面，考虑提高管路散热系数，降低燃油温度。

在厂家原本的设计当中，回流管路本来就安装了散热翅片。

与售后经理沟通之后，厂家寄来更多散热片。

给更长的管路安装了散热片之后进行观察，发现主副机停机以后虽然产生共振的时间稍微变长了一些，但没有决定性的影响。

机舱环境温度偏高，翅片的散热效率不足，无法抵消燃油流动发热量。

另一方面，从其他途径来消耗振动波的能量。

根据振动波在管道中传递的特性［3-4］。

在环形管道回路中，一旦有一个漏点出现，就会使振动波在这个位置发生扩散，能量损耗的同时波形也会改变，干扰振动波的传递。

与此同时，高温燃油会从泄漏点流出，油舱里的低温燃油补充进来，提高燃油的黏度。

基于这个想法，从管路图着手研究方案。

燃油流出的点不能选在流量计之后，否则会影响主副机燃油消耗计量精度。

燃油的去向也是一个问题，不能产生浪费。

选定供给泵出口温度传感器处，加一个三通和截止阀，分出一路8mm铜管接到混油桶透气管上方回燃油日用舱的管路（如图3）。

为防止燃油回流量太大影响正常供油，选用通流面积很小的针型截止阀。

▲图3 温度传感器处加三通和截止阀

对副机供油单元进行管路改造，改造完成后进行试验，共振现象在截止阀手轮扭开的瞬间就消失了。

经过反复测试，只要将截止阀手轮扭开30°~45°即可完全消除共振现象，而且不会影响供给泵出口压力。

随后，笔者带领轮机员对主机供油单元进行同样的改造，效果也非常理想。

再对管路图进行了修改并写了备注，使图纸和实际管路相符，防止后来者产生困扰。

修改后的供给泵出口管路图如图 4。

▲图4 供给泵回油管路修改示意（红色为加装管路）

2、更多解决方案展望

通过对故障分析处理的过程进行总结，基于消除共振的原理分析，从设计上有以下几种方案来避免供给泵及其附近管路附件的振动：

第一，通过改变调压阀弹簧刚度或者采用气阀弹簧的方式用两根螺旋方向相反的弹簧，改变其固有频率，避开共振点。

第二，采用阀芯构造不同的调压阀，比如锥形设计，或者改变阀芯和阀体的配合间隙［5］。

第三，改进回油管路的散热设计，提高散热效率，保持燃油的黏度区间。

由于生产一线没有条件进行更多试验，上述构想还有待于实践验证。

六、结束语

供油单元供给泵及其出口调压阀的振动是常见的故障现象，本文通过对故障现象的仔细观察和共振理论的深入研究，分析了振动产生的根源，给出可行的解决方案并通过实践验证。

成功解决了供油单元的振动故障问题，并为后续的改进提供了实用的参考。

参考文献

［1］ 刘洋.基于共振原理电力架空线除冰实验［J］.实验技术与管理，2010，27（5）：33-34.

［2］ 李唐.共振的魔力［J］.大科技（科学之谜），2004（7）：4-9.

［3］ 梁坤鹏，刘志宏，刘彦森，等.泄漏管道中振动波波速特性研究［J］.噪声与振动控制，2008（5）：44-47.

［4］ 郭天葵，钟会林，周述苍，等.基于声共振原理的管道长度测量仪［J］.物理实验，2012，32（5）：28-30.

［5］ 苏华山，杨国来，张立强，等.加油机溢流阀流体振动噪声分析与优化［J］.振动与冲击，2013，32（23）：130-134.

原创作者系：

中远海运船员管理有限公司 大连分公司

贾玉锋轮机长

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