某船柴油发电机振动故障排查及修理.pdf

中 国 修 船2024年4月技术交流某船柴油发电机振动故障排查及修理李鹏强（申佳船厂，上海200136）摘要：文章针对某船柴油发电机因振动故障严重影响使用及机器寿命的问题，经过振动测试确认了振动最大位置点在柴油机本体。通过分析柴油机振动故障可能产生的原因，制定了有效的排查方案及解决措施，彻底地解决了振动故障，积累了频谱分析经验。关键词：频谱；振动故障；故障排查；振动烈度中图分类号：U672文献标志码：Adoi：10.13352/j.issn.1001-8328.2024.02.005Abstract：This paper studies the serious impact of vibration fault on the use and service life of a certain shipsdiesel generator set and identifies the point of maximum vibration located in the diesel engine body after vibration testing.It analyzes the possible causes of vibration in the diesel generator and developes effective troubleshooting plansand solutions to solve the vibration problem thoroughly and effectively，conducive to the accumulation of experiencein spectrum analysis.Key words：spectrum；vibration fault；troubleshooting；vibration severity作者简介：李鹏强（1988-），男，湖北武汉人，工程师，大学本科，主要从事船舶机械设备振动噪声测试与分析工作。某船柴油发电机振动过大导致冷却器固定螺栓断裂，更换了断裂的螺栓，并为海水管路加装固定马脚后，振动没有得到明显改善，1个月后该冷却器固定螺栓再次出现断裂现象。由于螺栓断裂过于频繁，已经影响该柴油发电机的正常使用，并且这种过大的振动还会影响柴油发电机的使用寿命，于是决定对该振动故障进行分析排查，彻底从振动源头上解决该故障。1振动测试与分析振动噪声测试系统型号BK3053-B-120，振动加速度传感器型号 BK 4534。2022 年 8 月，根据GB/T 16301-2008 船舶机舱辅机振动烈度的测量和评价（以下简称标准）对该柴油发电机进行了振动测试，测试数据将与 2021年 7月的测试数据进行对比。按照测试要求，本次总共采集了12个测点，选取其中3个具有代表性的测点进行数据对比分析。柴油机靠近艉部测点振动烈度由20.9 mm/s上升至48.7 mm/s，数值急剧增大，振动等级增大到D级（不合格工作状态）。垂直方向（X）、水平方向（Y）、轴向（Z）振动烈度都变大，连接轴承部分上部测点振动烈度由 7.9 mm/s变成了 9.9 mm/s，发电机前部轴承上部测点振动烈度由 11.9 mm/s变成了 12.7 mm/s，选取分析的 3个振动测点位置见图1。振动烈度按照公式（1）进行计算：vS=()vXNX2+()vYNY2+()vZNZ2，（1）式中，vS为振动烈度，mm/s；vX、vY、vZ分别为 3个相互垂直方向（X、Y、Z）上的振动速度均方根值（有效值），mm/s；NX、NY、NZ分别为3个方向（X、Y、Z）上的测点数。通过数据分析，发现该船柴油发电机组振动故障主要集中在柴油机部分，特别是水平方向与16第37卷第2期技术交流图4排查前柴油机靠近艉部测点轴向频谱图876543211 0000100200300400500600700800900频率/Hz振动速度/（mm/s）垂直方向振动数值大，需重点排查柴油机本体振动故障产生的原因，排查前各测点3个方向的振动速度见表1。排查前柴油机靠近艉部测点3个方向（水平、垂直、轴向）的频谱图分别见图 2、图 3 和图 4。由于频谱分析可能存在不同故障对应相同的特征频率，会对故障原因判断产生一定的误导，于是决定从柴油机本体结构分析故障可能产生的原因，逐个排查解决，从而达到彻底解决柴油发电机振动故障的目的。测点位置柴油机靠近艉部连接轴承部分上部发电机前部轴承上部振动方向水平方向35.33.95.3垂直方向31.66.610.5轴向11.26.24.7表1排查前各测点3个方向的振动速度mm/s柴油机靠近艉部测点发电机前部轴承上部测点连接轴承部分上部测点图1选取分析的3个振动测点位置（a）主视图（b）侧视图图2排查前柴油机靠近艉部测点水平方向频谱图2824201612841 0000100200300400500600700800900频率/Hz振动速度/（mm/s）图3排查前柴油机靠近艉部测点垂直方向频谱图24201612841 0000100200300400500600700800900频率/Hz振动速度/（mm/s）2振动故障排查2.1原因分析该柴油机本体振动烈度偏大，主要考虑以下3方面原因。1）泵喷油器各缸喷油量不统一，误差较大。这一故障会造成爆发压力不统一，形成振动。2）主轴承间隙及曲轴轴向间隙过大。连杆与轴瓦间隙过大会引起冲击力变大，从而造成机械振动，曲轴轴向间隙超标，会使曲轴前后位移距离变大，对推力面冲击力变强，振动变大。3）摆式减振器故障。造成该故障的原因有2种：衬套磨损，椭圆度超标，阻碍摆块的自由运动，影响动平衡；摆式减震器相对摆块之间质量差超过标准，会造成质心偏移。李鹏强：某船柴油发电机振动故障排查及修理17中 国 修 船2024年4月技术交流2.2故障排查1）燃油系统排查。（1）检查喷油泵齿条设定的正确性，在6#缸喷油泵齿条处于22分度位置时，其他气缸喷油泵齿条所处的位置与22分度差不应大于1.5分度。（2）在柴油机可用最大功率工况下进行各缸最大燃烧压力和废气温度检查。2）主轴承间隙和曲轴轴向间隙排查。（1）取下人孔盖，用塞尺通过曲臂上的凹槽，当凹槽在上部位置时，测量主轴承间隙；当凹槽在下部位置时，检查曲轴与主轴承下轴瓦的贴合情况。（2）检查连杆紧固螺栓松动情况，查看螺帽拧紧记号与连杆上拧紧记号是否发生位移。（3）对曲轴轴向间隙进行测量。3）摆式减振器排查。打开摆式减振器的检查孔，取出摆销进行检查和测量，并对衬套内径进行测量，根据测量结果决定是否对摆式减振器进行拆卸。应对全部摆销和铜套进行检查。4）其它排查。（1）检查柴油机安装固定螺栓是否松脱，如有发现则按规定转矩进行紧固。（2）检查活塞环与缸壁的磨损情况。利用泵喷油器安装孔，将活塞盘车至下止点，使用内窥镜检查缸壁磨损情况。根据磨损情况决定是否吊缸并展开下一步检查或更换磨损部件。2.3排查发现的问题及解决措施1）燃油系统问题。在柴油机可用最大功率工况下，进行了最大燃烧压力和废气温度的检查与数据记录。气缸按照1#缸靠近发电机、6#缸靠近调速器顺序编号。各缸最大燃烧压力与废气温度见表2。各缸最大燃烧压力满足不大于15 MPa、最大燃烧压力差小于0.8 MPa、废气温度不大于700、废气温差不大于60。2#缸与6#缸最大燃烧压力差0.9 MPa，且其废气温度差为62，均已超过要求值。解决措施：通过调校2#缸喷油泵柱塞行程，使其与6#缸的最大燃烧压力差与废气温度差满足要求。2）主轴承间隙与轴瓦磨损情况。测量时发现6#缸主轴承下轴瓦磨损严重，导致主轴承间隙超标。解决措施：更换6#缸主轴承下轴瓦，使主轴承间隙达到要求。3）摆式减振器相对摆块之间质量差超标。对摆式减振器相对摆块进行质量测量及外形尺寸复核，摆式减振器摆块质量测量结果见表3。由表3知，1#摆块与4#摆块为相对摆块，质量差为0.17 kg；2#摆块与5#摆块为相对摆块，质量差为0.12 kg；3#摆块与 6#摆块为相对摆块，质量差为 0.05 kg。如果摆块和盖子换新，应保证每对相对摆块（含封盖、螺栓、垫片）的质量相等，相对摆块质量的差值不大于 0.06 kg。可以看出，摆式减振器 1#与4#、2#与5#相对摆块质量超差严重。解决措施：对质量超差的摆块重新选换盖板或者在盖板相应位置去除部分质量等，使质量差满足要求。3故障排除后振动情况故障排除后，柴油发电机组振动状态有了很大的改善，达到良好工作状态，柴油发电机组整体振动烈度符合 标准 要求，故障排除后各测点3个方向振动速度见表4。柴油机部分靠近艉部测点振动烈度由48.7 mm/s降至16.9 mm/s，振动等级降到B级（良好工作状态），连接轴承部分上部测点振动烈度降至7.6 mm/s，发电机前部轴承上部测点振动烈度降至10.6 mm/s。故障排除后柴油机靠近艉部测点各方向（水平、垂直、轴向）频谱图见图 5、图 6、图 7。对比排查前，柴油机靠近艉部测点水平方向振动速度由35.3 mm/s 降至 11.6 mm/s，垂直方向振动速度由 31.6 mm/s 降至 10.3 mm/s，轴向振动速度由11.2 mm/s降至6.8 mm/s。特征频率51 Hz时振动速度降低明显，伴随频率76 Hz、25 Hz时振动速度都有所减小。表3摆式减振器摆块质量测量结果kg摆块1#2#3#质量46.4163.2146.45摆块4#5#6#质量46.5863.0946.50参数最大燃烧压力/MPa废气温度/缸号1#13.16032#12.55503#13.15814#13.05775#13.25856#13.4612表2各缸最大燃烧压力与废气温度18第37卷第2期技术交流4结束语结合故障排除情况及振动测试数据，分析主因是摆式减振器相对摆块之间质量差超标与燃油系统问题，由于长时间运行导致主轴承轴瓦磨损严重，进而造成振动故障严重。柴油发电机组结构较为复杂，运动部件较多，排查振动故障相对较为困难。特别是频谱分析时，会产生很多故障不同而特征频率相同的现象，需要不断地总结每次不同故障对应的频谱特征，细化不同点。本次排查该柴油机本体出现振动故障特征频率为51 Hz，有效地解决了柴油发电机组振动过大的问题，根据后期使用情况验证，达到了彻底治理的效果。收稿日期：2023-08-23图7故障排除后柴油机靠近艉部测点轴向频谱图6543211 0000100200300400500600700800900频率/Hz振动速度/（mm/s）李鹏强：某船柴油发电机振动故障排查及修理表 4故障排除后各测点3个方向振动速度测点位置柴油机靠近艉部连接轴承部分上部发电机前部轴承上部振动方向水平方向11.62.73.2垂直方向10.34.88.1轴向5.85.36.0mm/s图5故障排除后柴油机靠近艉部测点水平方向频谱图9876543211 0000100200300400500600700800900频率/Hz振动速度/（mm/s）图6故障排除后柴油机靠近艉部测点垂直方向频谱图876543211 0000100200300400500600700800900频率/Hz振动速度/（mm/s）自吸泵方案成本较低，适用于舱深为6 m以下的工况。这2种方案无需设置主甲板下机舱，维护及检修工作在主甲板上即可完成，同时可保证生产水、生活水及消防水等多种用户共用水舱时的安全性。对于自吸泵方案，为了保证泵的吸入性能，可以采用以下措施5：将泵直接安装于淡水舱顶甲板上，降低泵入口高度；在管线长度不大的情况下，弯头等附件对管阻影响较大，需尽量减少管道上的弯头数量，或采用长半径弯头；采用低阻力系数的阀门，如全通径球阀等。参考文献1 黄平涛.船舶设计实用手册M.北京：国防工业出版社，2013：341-343.2 黄胜明.客船生活供水系统计算方法研究J.广船科技，2022(2)：1-5.3 刘书凯.基于PLC的船用恒压供水装置控制系统J.舰船科学技术，2021(16)：205-207.4 陈玉婷.浅谈自吸泵的分类及选用 J.广东化工，2017(18)：154-155，171.5 赵鹏举.自吸泵上水时间影响因素研究J.水泵技术，2022(1)：28-30.收稿日期：2023-05-05（上接第15页）19