目前，船舶柴油機(jī)普遍采用廢氣渦輪增壓器，且增壓壓力逐漸向高增壓方向發(fā)展，這一方面增加了柴油機(jī)的功率，另一方面也提高了柴油機(jī)運行的經(jīng)濟(jì)性。
柴油機(jī)廢氣渦輪增壓器的工作狀況不僅直接影響了船舶動力裝置的動力性和經(jīng)濟(jì)性，還決定了船舶航行的安全性。
因此，增壓器的管理與維護(hù)對船舶的正常營運具有極其重要的影響。
輪機(jī)管理人員必須時刻監(jiān)測柴油機(jī)增壓器的運轉(zhuǎn)工況，根據(jù)其運行參數(shù)，分析判斷增壓器的工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障的預(yù)兆，并采取必要的調(diào)節(jié)和檢修措施，以避免嚴(yán)重故障的發(fā)生，保證柴油機(jī)的正常工作和船舶的安全營運。
本文將以某輪柴油主機(jī)增壓器的故障為例，分析該故障產(chǎn)生的原因，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)出相關(guān)的維護(hù)管理經(jīng)驗。
一、故障概況
某輪主機(jī)型號為MAN B&W 6L 60MC 柴油機(jī)，額定功率為15000馬力（約11 025kW），額定轉(zhuǎn)速為105 r/min，實際營運中大部分時間控制在98r/min左右。
采用直流掃氣方式，并采用定壓渦輪增壓，增壓器轉(zhuǎn)速正常保持在10000 r/min 左右。
在某航次開往新加坡的途中，該輪主機(jī)增壓器產(chǎn)生了比較劇烈的振動，在管理人員檢查各缸工作狀況后，發(fā)現(xiàn)排氣溫度比較正常，后經(jīng)核桃殼對渦輪機(jī)進(jìn)行沖洗，也未見明顯好轉(zhuǎn)。
船舶管理人員經(jīng)研究后決定，臨時在壓氣機(jī)消音器殼體上焊接一根加強(qiáng)筋予以加固，振動得以改善。
船舶繼續(xù)航行了兩天，增壓器突然發(fā)出“轟”的一聲巨響，轉(zhuǎn)速急劇下降，同時主機(jī)掃氣壓力也迅速下降，各缸排煙溫度明顯升高。
值班輪機(jī)員立即停止主機(jī)運轉(zhuǎn)并通知駕駛臺和輪機(jī)長，船舶隨即進(jìn)入漂航狀態(tài)。
輪機(jī)長組織機(jī)艙人員分別拆開增壓器前后兩端殼體端蓋，發(fā)現(xiàn)增壓器渦輪端噴嘴環(huán)和壓氣機(jī)端葉輪均有嚴(yán)重?fù)p壞。
由于船上并無相關(guān)備件，最后只能決定采取應(yīng)急措施，用專用工具鎖住轉(zhuǎn)子兩端，停止增壓器運轉(zhuǎn)，主機(jī)經(jīng)大幅降速后繼續(xù)向目的港口航行，同時通知公司機(jī)務(wù)部門，準(zhǔn)備相關(guān)備件，以便船舶抵港后能及時對設(shè)備進(jìn)行修復(fù)。
船舶抵達(dá)新加坡錨地后，岸上的技術(shù)人員上船對增壓器進(jìn)行了解體，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸從壓氣葉輪端布司軸頸處斷成兩段，斷口形貌如圖 1 所示。
圖 1 斷口形貌
同時對軸承進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)推力軸承、浮動軸承均有不同程度的損傷。
增壓器壓氣端葉輪與殼體之間有明顯的擦碰痕跡。
損壞零件在船舶條件下無法修復(fù)，只能更換新的零件。
公司立即在新加坡通過多渠道聯(lián)系，很快找到了一根相同型號的增壓器轉(zhuǎn)子總成，船上正好有軸承、氣封和油封等相關(guān)備件，所有損壞零件換新后，故障得以徹底排除。
二、事故原因分析
為了分析該故障產(chǎn)生的原因，總結(jié)相關(guān)的維護(hù)管理經(jīng)驗，筆者與其他輪機(jī)部同事一起進(jìn)行了仔細(xì)地檢查與分析。
首先，對損壞的轉(zhuǎn)子軸進(jìn)行檢查。
在轉(zhuǎn)子軸斷口處，通過仔細(xì)觀察端口形貌，可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸斷裂處附近表面有明顯的細(xì)微裂紋，裂紋擴(kuò)展區(qū)呈蜘蛛網(wǎng)狀，構(gòu)成了破壞的疲勞源，降低了轉(zhuǎn)子軸的強(qiáng)度。
其次，通過觀察，可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸斷裂面與軸線約成45°，說明在轉(zhuǎn)子軸斷裂過程中，存在較大的彎曲與扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，這部分應(yīng)力是導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸斷裂的主要原因。
轉(zhuǎn)子軸斷裂位置的形態(tài)如圖 2 所示。
圖 2 增壓器斷裂位置示意圖
從圖中可以發(fā)現(xiàn)，最后轉(zhuǎn)子軸的斷裂區(qū)域并不大，尚不足軸徑的一半。
綜合以上因素，可以判斷上述轉(zhuǎn)子軸斷裂屬于典型的彎曲—扭轉(zhuǎn)疲勞破壞。
另外，檢查中還發(fā)現(xiàn)增壓器壓氣機(jī)端葉輪錐套表面有點狀腐蝕痕跡，安裝也并未完全到位。
通過調(diào)閱上次船舶進(jìn)廠修理資料，發(fā)現(xiàn)船廠在增壓器拆洗中對錐套進(jìn)行過更換。
結(jié)合壓氣機(jī)殼體上的碰擦痕跡，可以推斷出本次故障的發(fā)生原因和演變過程，具體如下。
本船進(jìn)入船廠檢修，在檢修增壓器后安裝質(zhì)量不佳，未嚴(yán)格控制相關(guān)間隙，錐套安裝不到位，導(dǎo)致壓氣機(jī)葉輪與殼體產(chǎn)生碰擦，同時沒正確地進(jìn)行轉(zhuǎn)子動平衡試驗，致使增壓器在后期的運轉(zhuǎn)中存在不平衡力矩，產(chǎn)生了附加的振動和過大的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。
在運轉(zhuǎn)過程中，錐套與壓氣機(jī)葉輪未完全地緊密貼合，產(chǎn)生微動磨損和空泡腐蝕，配合間隙逐漸加大，振動和不平衡力矩也進(jìn)一步加大。
在此情況下，首先在轉(zhuǎn)子軸薄弱部位產(chǎn)生細(xì)微裂紋，然后在過大的扭轉(zhuǎn)及彎曲應(yīng)力下裂紋逐漸擴(kuò)展，最后軸的承載面積越來越小，不足以承受相應(yīng)負(fù)荷，最終導(dǎo)致增壓器轉(zhuǎn)子軸突然斷裂。
另外，在轉(zhuǎn)子斷裂前期異常振動中并未引起足夠的重視，也沒有及時采取合理的維修措施，雖然對殼體進(jìn)行了加固，但沒能從根本上消除激振源，最終才釀成了嚴(yán)重的斷軸事故。
所以，船廠維修后沒有裝復(fù)好，是導(dǎo)致本次故障的根本原因。
三、事故帶來的啟示
1、及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障征兆
船舶輪機(jī)設(shè)備在日常運轉(zhuǎn)中，值班人員尤其是主管輪機(jī)員要及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的相關(guān)故障征兆，對各種信息進(jìn)行科學(xué)分析，及時采取正確的處理措施或詳細(xì)檢查，將故障扼殺在萌芽期間。
故障的發(fā)生一般要經(jīng)歷一定的過程，在故障發(fā)生初期，如果能夠及時處理，將會有效保護(hù)輪機(jī)設(shè)備，反之，如不能及時發(fā)現(xiàn)初期的故障并進(jìn)行對應(yīng)處理，將造成嚴(yán)重的機(jī)損事故，同時為后續(xù)的修理增加難度和工作量。
2、嚴(yán)格把控船舶維修質(zhì)量
從本次故障可以發(fā)現(xiàn)，船舶在船廠維修時的施工質(zhì)量直接決定了船舶相關(guān)設(shè)備運行的可靠性。
所以，船舶在進(jìn)廠維修期間，船舶公司和相關(guān)責(zé)任船員要加強(qiáng)監(jiān)督，重要工程應(yīng)由檢修負(fù)責(zé)人親自監(jiān)修，確保零件材料、工藝和安裝質(zhì)量符合相關(guān)的技術(shù)要求，避免埋下故障隱患，確保船機(jī)設(shè)備在營運中能安全運轉(zhuǎn)，從而保障船舶的正常運營。
3、加強(qiáng)船岸配合協(xié)調(diào)
船岸之間要建立及時有效的溝通機(jī)制，公司機(jī)務(wù)部門要多收集內(nèi)外部各種資料，尤其是一些典型重大的機(jī)損案例，及時傳遞給船舶，避免類似故障在本公司的船舶上發(fā)生。
船上在發(fā)生一些較嚴(yán)重故障時，也要及時電告公司相關(guān)部門獲取相應(yīng)的技術(shù)指導(dǎo)，共同抉擇，采取更加合理有效的方法來解決相關(guān)問題。
四、結(jié)束語
船舶機(jī)械、設(shè)備在長期的運轉(zhuǎn)使用中，由于各種內(nèi)部和外部的因素，其技術(shù)狀態(tài)和使用性能會不斷下降，而設(shè)備的安全運轉(zhuǎn)又直接關(guān)系到船舶及船員的安全。
輪機(jī)管理人員和船舶管理公司均要不斷提高管理水平，綜合運用各項知識與技能，確保船機(jī)設(shè)備及船舶的安全運營。
作者：南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院輪機(jī)工程系 王小海、王愛軍
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