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基于油分析的船机故障诊断案例

时间: 2019-03-21
作者: 澳凯
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案例1 评估船舶主机可靠性


某航运公司一艘定期航行于上海——日本港口之间的大型集装箱轮,当货物装运完毕正准备启航之际,轮机长发现在机油滤器上出现了大量的大尺寸金属磨粒,为保证船舶航行的安全,船长下令停止启航。

若本次航班不能顺利出发,该航运公司可能面临来自三方面的巨大经济损失:首先是货物不能按时到达目的地,承运方将支付巨额违约赔款;其次该船需立即送检,以便查清问题,为此航运公司除要支付不菲的维修费用外,还将承担巨额的停航损失;其三为按约履行此次货运合同,必须要立即另租船只承运,为此该航运公司又要另付一笔租船费用。以上三项损失加起来,预计高达数百万元之多。

在此情况下,船长和轮机长需迅速做出启航或停航的决策。凭借他们多年的航海实践经验,只要能确认主机可靠性没有问题,本次往返仅需时一周的航程就可以坚持进行,也避免因停航导致的重大经济损失。但如果主机存在故障隐患,为确保船员和船舶的绝对安全,只能停航。怎么样才能确认主机运行状态是否正常,机务人员认为只要判别机油滤器上的这些金属颗粒是否有巴士合金即可。如果有,说明主机轴承磨损异常,主机可靠性寿命难以保证一周内不出问题,只好停航待查验,如果这些磨粒里没有巴士合金,则说明磨损可能发生在除主机外的其它部位上,对本次航行安全应无大碍。为此机务人员迅速取样送到专业实验室进行鉴定。因事关重大,为确保万无一失,油液监测实验室建议应对主机使用的新油和在同时用系统油也同时取样分析。

按一般船用柴油机油套餐对新油和在用油进行了检测,结果见

(表1-3)

表1.柴油机主机滑油理化指标分析结果


项目

新油

在用系统油

外观

棕色透明

黑色不透明

100℃运动粘度 mm2/s

13.89

14.11

水份     %V/V

0.20

总碱值  mgKOH/g

15.62

14.29

闭口闪点   ℃

228

>190

不溶物 %m/m

--

0.04


主机在用的系统油理化指标检测结果正常,油品可以继续使用。


 

表2.主机滑油光谱元素分析结果(单位:mg/kg)


元素

新油

在用油

元素

新油

在用油

元素  

新油

在用油

Fe

2.0

35

Si

8

10

Mg

21

25

Cu

0.0

35

Na

5.4

30

Ca

9700

8130

Pb

0.0

2.8

V

0.0

9.4

Zn

589

471

Al

0.0

2.9

Ba

0.1

1.9

P

463

396

Ni

0.6

6.3

K

1.4

3.1





在用系统油的光谱元素分析结果显示,主机磨损状态正常‘

 

表3主机在用系统油铁谱分析


磨损颗粒及污染颗粒

主要成分

尺寸范围(微米)

颗粒浓度相对数量等级

个别

少量

较多

大量

正常磨损颗粒

钢/铸铁

<10





粘着擦伤颗粒

钢/铸铁






切削磨损颗粒

钢/铸铁






球状磨损颗粒

钢/铸铁






氧化颗粒

黑色氧化物

20~30





有色金属颗粒

20~30





外界污染颗粒

粉尘、砂粒

10~30





油品变质颗粒

聚合物

10~100






主机在用系统油铁谱分析显示,设备磨损状态未见异常。

 

 

对机油滤器上的金属颗粒进行了分析。这些沉积物外观呈黑色不透明含纤维质疏松的固体,目测明显可见含较多白色与紫铜色的大尺寸金属颗粒,其中有个别漆片状物质。用溶剂清洗滤器沉积物,弃去溶剂后将金属粉末混匀取样,置于铁谱片上,分别用加热和不加热二种方式进行处理,在铁谱显微镜下仔细进行磨粒图象分析。结果表明,金属颗粒主要成分为铝合金和铜合金(见图1-2),其中以严重滑动磨损颗粒为主,另有少量疲劳磨损颗粒,但未见巴士合金颗粒,由此证明这些磨粒不是来源于主机轴承。


基于油分析的船机故障诊断案例


图1 滤器沉积物中铝合金滑动磨损颗粒

图2滤器沉积物中铝合金磨损颗粒,其上附                           


有少量的漆膜有机成份

船长与轮机长根据以上分析报告并结合自己的丰富实践经验,认为主机轴承的剩余可靠性寿命足以支持一周的航程,随即下令启航。同时他们还根据分析报告迅速而准确的找到了磨粒的来源——来自减速箱里的某传动部件,拆检后发现该部件因严重磨损已断裂,更换新配件后,故障得以彻底解决。

此案说明,油液监测的结论准确与否非常关键,为使故障诊断准确,油分析师和现场设备管理者之间的密切沟通与合作也是十分重要的,油液监测本身所花费用十分低廉,但它所产生的经济与社会效益是巨大的,在提倡建设节约型社会的今天,这一应用技术值得大力推广与应用。


案例2   船舶主机大端轴承磨损诊断


本案发生在一台运行了几年的船舶中速主机上,该主机为四冲程中速筒状活塞式机组,该船自投入运营后即确定每1000小时做一次油样化验,当该机组运行到68000小时取机油化验时,发现油中铜含量明显增加,而其它元素检测结果显示正常。为此船东缩短了取样周期,在68500小时复检时,发现铜含量继续上升,此时油分析实验室对该油样增加了铁谱分析。在铁谱片上发现有大尺寸铜合金切削磨粒和粉尘、沙石等污染颗粒。铜合金磨粒的图象特征表明它们主要来源于轴承,因此在情况允许的第一时间检查了全部的主轴承和连杆大端轴承。检查发现,后者已发生严重磨损,随即对大端轴承进行了修复,并对分油机进行净化处理。重新安装投入运行后在500小时和1000小时再次取样化验时,发现油中铜元素含量已恢复到正常水平,显示此次维修措施得当,分油机净化效果得到了充分的提高,异常磨损问题已得到解决。


案例3  凸轮传动链磨损分析


在一台中速主机运行到10000小时、10500小时和11000小时三次例行滑油跟踪化验中,发现油中铁元素含量呈显著上升的趋势。运行到12000小时时,对滑油进行了更换。更换后的滑油在刚开始时污染情况得到了明显的改善,但在接下来的滑油化验中又发现铁含量在快速上升,而与此同时铜和铬元素并没有上升,这说明铁的来源不是汽缸套、活塞、活塞环或轴承。在仔细检查机组有关部位后发现传动链和张紧轮磨损严重,需要更换,采取相关维修措施后,接下来的滑油化验结果显示,油中铁元素含量已恢复正常,说明本次维修是准确而有效的。


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