船舶柴油机维修策略在延长机组使用寿命中的应用研究

摘要：船舶柴油机是船舶动力系统的核心，其运行状态直接关系到船舶的经济性和安全性。然而，受高负荷、长时间运转及海洋环境影响，柴油机在使用过程中容易出现磨损、积碳、故障等问题，影响机组的稳定性和寿命。本文围绕船舶柴油机的常见故障类型，探讨了预防性维修、状态监测维修和智能化维修的优化措施，并结合应用案例分析其在延长机组使用寿命方面的效果。研究表明，科学合理的维修策略能够有效降低柴油机的故障率，提高运行效率，延缓关键零部件的损耗，最终提升柴油机的可靠性和经济性。

关键词：船舶柴油机；维修策略；预防性维修；状态监测；智能化维修；使用寿命

船舶柴油机在海运、渔业和海洋工程等领域广泛应用，其性能的稳定性直接影响船舶的运营成本和航行安全。由于船舶柴油机在高温、高压、高负荷的环境下长期运转，其零部件不可避免地会受到磨损和老化，导致机组性能下降，甚至发生故障。因此，近年来，预防性维修、状态监测维修和智能化维修逐渐成为柴油机维护的主要方向，通过提前发现潜在问题，优化维护计划，以延长机组使用寿命，提高其运行可靠性。

一、船舶柴油机的常见故障类型及其影响

（一）燃油系统故障

燃油系统的正常运行直接决定了柴油机的燃烧效率、动力输出及经济性。喷油嘴的堵塞或喷油器的磨损会导致燃油雾化效果变差，使燃油在气缸内燃烧不充分，造成燃烧效率下降，影响发动机的动力输出。同时，这种不完全燃烧还会增加油耗，并导致更多的碳沉积，使发动机内部积碳问题加剧，进一步影响燃烧室的工作状态。此外，燃油泵内部的柱塞或齿轮在长期运行后可能因摩擦和磨损而导致供油压力波动不稳定，从而影响燃油喷射的精准性，使柴油机功率输出不均匀，甚至可能出现启动困难或熄火的情况。如果长时间使用劣质燃油，其中可能含有较多杂质、水分或硫化物，这些杂质不仅容易堵塞喷油嘴和燃油滤清器，使燃烧室内积碳增多，还可能加速燃油管路及喷油系统的腐蚀和老化，最终导致发动机整体性能下降，增加维护和维修成本，我们主要通过定期冲洗油路、更换各级燃油过滤器保证燃油的清洁度，严格公司的工艺卡片和说明书要求，执行的更换周期是700～800运行小时。宁可提前不推后的原则，最大限度保障供油质量。

（二）润滑系统故障

润滑系统在柴油机运行过程中起着至关重要的作用，它不仅能减少各运动部件之间的摩擦、振动，还能降低磨损，延长设备的使用寿命。然而，如果机油受到污染、氧化变质或润滑系统工作异常，就会导致润滑效果下降，使曲轴、轴承、活塞环等关键部件的磨损加剧，最终影响柴油机的稳定性和使用寿命。例如，机油压力异常可能是由于机油泵的磨损、机油滤芯堵塞或润滑系统存在泄漏等问题引起的，从而导致机油无法顺畅循环，进而影响发动机的正常润滑效果。如果这一问题得不到及时解决，可能会导致轴瓦严重磨损甚至烧蚀，进而影响曲轴的正常运转，导致发动机运行异常，甚至可能发生严重的机械损坏。此外，长期未更换的机油可能因油泥沉积而降低润滑性能，使发动机内部部件承受更大的摩擦力，加剧磨损。因此，定期更换高质量机油、保持润滑系统清洁，并确保机油压力处于正常范围，是保障柴油机长期稳定运行的关键。我们使用的是6DKM-26日本大发发动机，换油周期1000小时 ，调整的运行滑油压力是0.45～0.55MPa，不同的机型压力也略有不同 。

（三）冷却系统故障

冷却系统的主要作用是维持柴油机的适宜工作温度，防止因过热造成部件变形、膨胀失效或损坏，从而确保发动机的长期稳定运行。如果冷却液泄漏、冷却泵发生故障或散热器堵塞，都会导致冷却系统的散热能力下降，使柴油机温度异常升高，影响其整体性能。过高的温度不仅会破坏发动机内部零件的热膨胀匹配性，还可能引发严重的机械故障，如缸盖开裂、气缸变形甚至活塞卡死，导致发动机严重受损。此外，由于冷却系统长期运行，水路内部可能会因水垢、沉积物或杂质的积累而降低热交换效率，导致散热性能进一步下降，增加发动机部件的负荷，加速磨损，缩短使用寿命。我们在使用的过程中严格按照工艺卡片的参数把冷却水温调整控制在75℃～85℃的最佳温度运行，不同的机型参数会略有不同。

（四）气缸及活塞组件故障

气缸套和活塞组件在柴油机运行中起着至关重要的作用，它们不仅承担着密封燃烧室的职责，还直接影响发动机的燃烧效率和功率输出。如果活塞环长期处于高负荷工作状态，可能会因摩擦而产生较大磨损，导致窜气现象，使柴油机的压缩比下降，进而影响燃烧效率，导致发动机功率下降。此外，气缸壁可能因润滑不良或燃油燃烧不完全而受到高温侵蚀，出现拉伤或严重磨损问题。这种磨损不仅会加剧发动机内部的泄漏，使燃油消耗增加，还会导致尾气排放不达标，影响环保性能。为了确保柴油机的长期稳定运行，需要定期检查活塞环的磨损情况，并检测气缸壁的完整性。此外，保持润滑系统处于良好状态，防止因润滑不足造成异常磨损，是降低气缸及活塞组件故障风险的重要措施。

（五）增压器及进排气系统故障

增压器是提高柴油机进气量、增强燃烧效率的重要部件，能够有效提升发动机的动力输出。然而，由于增压器叶片长期处于高速旋转状态，容易受到积碳、油污及异物的影响，使增压效率下降，导致进气量减少，影响柴油机的燃烧质量。如果增压器维护不当或清洁工作不到位，可能会导致增压系统内部的轴承或叶轮损坏，使增压效果进一步降低，从而影响发动机的正常工作。此外，排气系统的密封性对柴油机的正常运行至关重要，一旦排气管道或排气阀出现泄漏，不仅会影响增压压力，还可能导致燃油燃烧不充分，使发动机动力下降，同时增加油耗。若排气系统堵塞，还可能使废气无法顺畅排出，影响燃烧室的进气效率，进一步降低发动机性能。

（六）电控系统及传感器故障

现代柴油机广泛应用电子控制单元（ECU）来调节燃油喷射、增压控制和排放管理，以提高燃油经济性和运行稳定性。然而，如果传感器出现故障，可能会导致数据采集出现误差，使ECU的计算结果偏离正常范围，从而影响柴油机的正常工作。例如，燃油压力传感器如果发生故障，ECU可能无法正确计算喷油时间，使燃烧过程不完全，从而导致柴油机的燃油经济性下降，甚至影响动力输出。此外，ECU控制模块还可能因为线路老化、接触不良或电磁干扰而出现异常，使燃油喷射延迟或不稳定，导致柴油机在不同工况下的表现出现波动。此外，空气流量传感器、氧传感器等关键传感器如果损坏或受到污染，也会影响发动机的进气量、燃烧效率以及排放控制。

二、船舶柴油机维修策略及其优化

（一）预防性维修策略

预防性维修是一种基于定期保养和检修的维护策略，其核心目的是在故障发生前发现并解决潜在问题，减少非计划性停机，提高柴油机的运行稳定性和可靠性。例如，在某航运公司中，为了确保船舶柴油机始终处于良好工作状态，我公司参照轮机说明书制定了基于运行小时数或燃油消耗量的详细维护计划。例如，每1000小时更换API CF-4或更高级别的机油，以增强润滑性能、减少关键部件的摩擦磨损，同时定期每季度抽油样送专业机构检测机油中的污染物含量，确保其油品各项指标符合标准；每2000小时检查气缸间隙，确保气缸密封性，防止压缩比下降，从而避免功率损失和燃油消耗增加。此外，在定期检查与检修方面采用先进的内窥镜检测技术，对气缸内部磨损情况进行精准评估。在一次例行检查中，我们发现某柴油机的气缸壁出现异常磨损，并及时更换了活塞环（磨损超过0.2mm），成功避免了更严重的拉缸故障，延长了发动机使用寿命。

在燃油系统维护方面，我们利用定期压力测试的方法对燃油管路及燃油喷射系统进行密封性检测，确保燃油输送系统的稳定可靠。在一次检测过程中，发现某高压油管连接处存在轻微泄漏，及时进行了更换，从而避免了潜在的燃油泄漏风险，同时降低了火灾隐患。此外我们通过长期运行数据的统计分析，建立了关键部件（如曲轴、喷油嘴、轴承等）的失效周期模型，并结合供油量及排温监测技术对其剩余寿命进行科学评估。在某次运行过程中，发现某缸油量不变但排温异常升高判断该缸油嘴雾化不良，拆解检查后发现喷油嘴积碳严重。我们随即进行试压检查发现滴漏，更换了喷油嘴组件，确保柴油机的燃烧效率和稳定性，从而有效延长了部件寿命，降低了维护成本。

（二）状态监测维修策略

状态监测维修通过分析油液监测柴油机运行状态，判断是否需要维修，以减少突发性故障，提高设备可靠性[2]。例如，我们利用振动分析技术监测柴油机轴承的振动情况，确保其在正常范围内运行。在一次航行途中，系统检测到某台柴油机的轴承振动幅度突然增大，超过了预设安全阈值。我们立即安排停机检查，发现其中一个缸的轴瓦异常磨损间隙偏大，为避免事态发展，及时更换轴瓦后轴承振动恢复正常，成功避免了因轴承损坏而引发的更严重机械故障。

在机油分析与监测方面，我公司采用每季度油液送省级专业机构采用光谱分析法对机油中的金属元素及颗粒浓度、尺寸进行检测，以此评估柴油机内部相关部件的磨损情况。例如，在某次定期分析中，通过检测报告我发现机油中铁含量异常升高，初步判断为活塞环磨损加剧。随后，对该机组进行了进一步检查，确认其中一组活塞环已接近磨损极限，并立即进行了更换，从而有效防止了活塞环失效导致的气缸损坏。此外，我们还采用排放与燃烧监测技术，优化柴油机的燃烧效率和排放性能。在一次例行排放检测过程中，烟气分析仪测量到某台柴油机的NOx排放量异常升高，同时碳烟颗粒含量增加。我们随即对燃烧系统进行了调整，优化了喷油时间，并提高了燃油喷射压力改善雾化质量和燃烧环境 ，最终使排放恢复至正常水平，同时燃油消耗率下降了1.5%，进一步提升了机组的经济性和环保性能。

（三）智能化维修策略

智能化维修利用现代信息技术，实现远程监测与智能诊断，提高柴油机维护的精准性和效率[3]。例如，在一次航行过程中，智能系统利用模型分析历史运行数据后，预测到某台主机的高压燃油泵可能在未来50小时内发生故障。轮机人员根据预测结果提前准备了相应的备件，并在靠港后迅速完成了维修，从而避免了可能导致船舶停航的严重故障，显著提高了运营效率。

此外，在曲轴、缸套等关键部件上安装了无线智能传感器，实现实时监测柴油机运行状态，并通过数据分析及时发现潜在问题。例如，在某次监测过程中，传感器检测到曲轴的温度异常升高，随后结合振动数据分析，判断曲轴可能存在微小裂纹。为了防止裂纹扩大导致曲轴断裂，该公司在短暂停机期间对曲轴进行了磁粉检测，并确认裂纹后及时更换了受损部件，从而成功避免了大修风险，同时降低了维修成本和停机损失。此外，还将智能传感技术应用于喷油系统管理，利用AI算法分析燃油喷射模式，在检测到喷油嘴流量异常时，及时发出预警，并安排维护人员进行检查。这一智能化监测手段不仅提升了柴油机的运行效率，还显著降低了非计划性停机的风险，提高了柴油机的使用寿命和整体可靠性。

三、船舶柴油机维修策略在延长机组使用寿命中的应用效果

我公司在现代化管理和设备维护方面迈出了重要一步，通过引入先进的状态监测与智能诊断系统，极大地提升了柴油机的运行效率和可靠性。该系统集成了振动分析、机油监测、排放检测以及大数据分析等多种前沿技术，对柴油机的运行状态进行实时追踪和精准分析。通过高精度传感器和数据采集装置，该系统能够持续监测柴油机的关键参数，包括轴承振动、温度变化、润滑油质量、气缸压力、排放成分以及增压系统运行状况等，并借助智能算法对采集到的大量数据进行深度解析，以识别潜在的异常趋势，预测可能发生的设备故障。

相比于传统的定期检修模式，该系统的智能诊断功能可以提前预测潜在故障，避免因设备突发故障导致的非计划性停机，从而提高柴油机的可靠性和使用寿命。特别是在喷油系统、增压系统和冷却系统的关键部件维护方面，该系统可以精准定位可能存在的隐患，使维护人员能够在故障发生前采取有效的预防性措施，减少因部件损坏导致的重大维修或更换成本。此外，该系统能够结合历史运行数据和实时监测信息，自动调整柴油机的喷油时机和燃油供给量，以优化燃烧效率，提高燃油经济性。在航行过程中，柴油机的运行状况可能受到负载波动、环境变化等因素的影响，而智能监测系统的精准控制能力使其能够自适应调整运行参数，确保发动机始终保持在最佳工况下运行。

此外，该系统还支持远程维护技术，使得轮机维护可以通过远程专家诊断平台获取实时技术支持，缩短了问题诊断时间，减少了因等待维修而导致的运营损失。例如，在某次航行过程中，该系统检测到一台柴油机的增压器叶轮振动频率异常，通过远程专家团队迅速分析数据，并指导船员调整增压系统的运行参数，从而避免了可能导致增压器失效的故障。通过远程诊断与智能调整，公司不仅减少了紧急维修的需求，还提高了船舶运营的稳定性可靠性，降低了维护成本。

在近几年的实际应用中，已成功将柴油机的非计划性停机率降至无限接近于0，显著提高了船舶的运行可靠性，同时最大限度避免了因设备故障导致影响公司的港口作业。智能系统的优化控制还进一步提升了喷油系统的精确度和燃烧效率，使燃油消耗率下降了1.5%，从而有效降低了航运企业的运营成本。由于燃油燃烧更充分，排放污染物（如NOx和碳烟颗粒）的浓度显著降低，使船舶更加符合国际环保排放标准。此外，智能系统的故障预测功能使得柴油机的关键部件寿命得到了延长，减少了不必要的零部件更换和维修次数，进一步降低了维护费用，增强了船队的整体运营效益。

总结：船舶柴油机维修策略在延长机组使用寿命中具有重要作用。通过预防性维修、状态监测维修和智能化维修相结合，可有效降低突发故障率，减少非计划停机，提升柴油机运行效率和可靠性。合理的维护措施不仅能优化燃烧性能，降低燃油消耗，还能延缓关键部件磨损，提高机组的经济性和安全性，从而确保船舶长期稳定运行。

参考文献

[1]卢道南.关于船舶柴油机几种常见故障及排除方法探讨[J].航海，2024，（03）：67-69.

[2]田海涛.基于故障性质的船舶柴油机故障抢修策略研究[J].珠江水运，2024，（18）：93-95.

[3]侯桐宇.基于深度学习的船用柴油机故障诊断和预测研究[D].天津理工大学，22024.001144.