1600T风电安装平台柴油机启动与供油故障的分析及处理

前言

在现代船舶动力系统中，柴油机作为核心组件，其稳定运行对于船舶的安全与性能至关重要。1600T风电安装平台全电力驱动船在设计与建造过程中，致力于实现高效、节能且经济的运行模式。然而，在实际的负荷试验阶段，却遭遇了柴油机无法正常启动以及燃油进机压力无法有效建立的严峻问题。深入研究并解决这些问题，不仅对于本船的顺利运行具有关键意义，也为同类船舶的设计和故障排除提供了重要的参考范例。

1 船舶柴油机组概述

1.1 船舶动力系统构成

1600T 风电安装平台采用全电力驱动模式，配备了多台柴油发电机组，以满足不同工况下的电力需求。柴油发电机组作为船舶的主要动力源，其性能和可靠性直接影响到船舶的航行安全与运营效率。

1.2 柴油机油品与进机压力要求

常规船用柴油机油品通常包括燃油和柴油，且对进机压力有严格的要求。为确保燃油的稳定供应和压力达标，通常需要设置单独的压力式供油单元。但本船基于特定的设计理念和厂家要求，采用了机带泵的供油方式。

1.3 机带泵供油原理及优势

机带泵通过柴油机旋转齿轮驱动运行，在满足厂家特定条件下，这种供油方式具有结构简单、成本较低、运行可靠等优点。然而，其性能也受到诸多因素的制约，如油舱位置、油管布局、油泵性能等。

2 故障现象与影响

2.1 故障发生场景

1600T 风电安装平台船上进行柴油机负荷试验时，尽管油水气等供应正常，但柴油机多次尝试启动均以失败告终，如表1 所示。

表1 柴油机调试过程中的运行数据

2.2 故障具体表现

通过设备仪表监测发现，在高压压缩空气驱动柴油机的情况下，燃油进机压力始终无法有效建立，拆开柴油机内部的燃油管路后，发现燃油未能进入设备内部，导致柴油机无法点火启动。

2.3 对船舶运行的影响

柴油机无法正常启动严重影响了船舶的整体调试进度，若不能及时解决，将可能导致船舶交付延期，增加建造成本，同时也对船舶后续的运营计划产生不利影响。

3 故障分析

从表1 柴油机调试过程中的运行数据和故障的具体表现，进行分析，得出可能造成故障的原因，具体如下。

3.1 内部空气未排空

当柴油机长期停滞后首次起动，机体内部燃油系统中会残留大量空气。这些空气无法及时排空，在系统内部形成一定的压力，阻碍了油柜中的油压顺利进入设备内部。此外，在柴油机启动时，通过启动空气驱动活塞带动曲轴旋转，但由于初始转速较慢，机带燃油泵的转速也相应较低，无法迅速建立足够的压力，导致柴油机内部油管无燃油进入，最终造成点火失败，柴油机无法正常启动。

3.2 供油困难

机带燃油泵采用齿轮泵结构，其工作原理是通过齿轮的啮合将燃油从油舱输送至柴油机内部。然而，由于齿轮泵的特性，油舱中的油依靠自重通过齿轮泵进入柴油机内部存在一定困难，尤其在初始阶段，难以有效地将柴油机内部燃油系统中的空气排空。

3.3 滤器压降大

1600T 风电安装平台柴油机机带燃油滤器采用叠片形式的滤芯。这种滤芯虽然具有较好的过滤效果，但由于其结构特点，在燃油通过时会产生较大的压降。这一压降不仅增加了燃油流动的阻力，而且延缓了燃油充满柴油机内部的时间，进一步影响了燃油进机压力的建立和柴油机的正常启动。

3.4 其他可能因素

除了上述主要因素外，还对诸如油泵故障、油管泄漏、燃油品质不良等可能导致故障的原因进行了排查和分析，但通过现场检测和试验，基本排除了这些因素的影响。

4 处理措施

4.1 优化放气操作流程

重新制定了 1600T 风电安装平台柴油机本体油路的放气操作流程，确保在启动前能够更加彻底地排除燃油系统中的空气。同时，对操作人员进行了专项培训，以保证放气操作的准确性和规范性。

4.2 增设应急供油管路

按照同柴油机厂沟通的设计方案，在柴油机的应急口连接一路管路和止回阀，将柴油机燃油泵旁通。这样，油舱中的油可以依靠自重通过应急管路迅速压入柴油机内部管路，有效地增大了柴油机首次启动时燃油系统的进机压力，显著缩短了燃油充满机内燃油的时间，修改后的系统如图1 所示：

图1 燃油系统图

4.3 更换燃油滤器滤芯

鉴于叠片式滤芯压降较大的问题，经过与厂家沟通和技术评估，更换为压降较小但仍能满足过滤要求的滤芯类型，进一步减少了燃油流动的阻力，加快了燃油充满柴油机的速度。

4.4 加强设备调试与监测

在处理措施实施后，加强了对柴油机启动过程的调试和监测。通过安装高精度的压力传感器和流量监测设备，实时获取燃油进机压力和流量数据，以便及时发现并解决可能出现的新问题。

5 设计原理与优化措施

5.1 无需单独压力供给系统和黑启动装置

1600T 风电安装平台在满足厂家要求“日用柴油柜的低位报警高于柴油机缸头罩壳的顶部”的前提下，通过精心设计和计算，合理确定油舱位置、油管管径和油泵性能参数等，实现了在不设置专门的压力供给系统和黑启动装置的情况下，确保柴油机正常运行。这一设计不仅降低了设备成本和复杂度，还减少了系统的维护工作量。

5.2 油温控制

由于主发燃油进口对粘度系数有严格要求“燃用 MGO/MDO 油时，燃油的柴油机进口粘度应控制在 ≥2.0mm²/s (cSt)”，必须将油进入柴油机的温度控制在小于 40 度以下。通过详细的热传递分析，确定了可能导致柴油温度上升的因素，包括燃油回油管路的热交换、油舱和进机前柴油管路与外部环境的热传递等。针对这些因素，采取了在燃油回油管路上安装燃油回油冷却器的措施，利用机舱低温水对回油进行冷却，有效地保证了回舱油路温度不超过 40℃，满足了厂家的要求。

5.3 优化布置

1600T 风电安装平台通过对机舱舱室进行精心布局优化，充分考虑了设备的安装空间、维修通道以及管路走向等因素。在减少燃油泵浦和相关设备布置的同时，对管路布置进行了合理修改，最大限度地降低了材料成本和船体重量。此外，将油柜和管路合理布置在靠近压载水舱等温度相对较低的区域，减少了外部环境对油温的影响，进一步提高了系统的稳定性和可靠性。

6 实施效果评估

6.1 故障解决情况

1600T 风电安装平台经过上述处理措施和优化方案的实施，再次进行柴油机启动试验。结果显示，燃油进机压力能够迅速建立并稳定在正常工作范围内，柴油机顺利点火启动，且运行平稳，各项性能指标均达到设计要求。

6.2 系统性能提升

优化后的燃油供给系统不仅解决了启动故障问题，还在燃油输送效率、油温控制精度以及系统稳定性等方面得到了显著提升。同时，由于减少了不必要的设备和管路，降低了系统的能量损耗和维护成本。

6.3 对船舶整体性能的影响

柴油机的正常启动和稳定运行，为船舶的电力供应提供了可靠保障，进而提升了船舶的航行性能、操控性和安全性。此外，优化后的燃油供给系统在降低成本、减轻船体重量、提高空间利用率等方面的优势，也为船舶的整体性能优化做出了贡献。

7 结论与展望

7.1 研究结论

本研究通过对1600T 风电安装平台柴油机启动与供油故障的深入分析和有效处理，成功解决了实际工程中的难题。在故障分析方面，准确识别了内部空气残留、供油方式局限、滤器压降过大等关键因素对故障的影响；在处理措施上，采取了增设应急管路、优化放气流程、更换滤芯等针对性方法，同时结合设计原理的优化和布局调整，实现了系统性能的全面提升。

7.2 对同类船舶的启示

本案例为同类船舶在设计、建造和调试过程中提供了重要的借鉴。在设计阶段，应充分考虑各种可能影响柴油机运行的因素，合理选择供油方式和设备选型，并进行充分的模拟和验证；在调试阶段，对于出现的故障应进行全面、深入的分析，采取科学有效的处理措施。

7.3 未来研究方向

随着船舶技术的不断发展，对于柴油机燃油供给系统的性能和可靠性要求将越来越高。未来的研究可以进一步关注新型油泵技术、智能油温控制系统以及基于大数据的故障预测与诊断方法等，以不断提升船舶动力系统的运行效率和安全性。

题注

受2024 年广东省海洋经济发展专项项目，合同号为GDNRC[2024]30 的项目资助

作者简介：

王贤安（1988--），男，工程师，轮机设计马君（1989--），女，高级工程师、轮机设计通信作者：朱寅（1986--），男，高级工程师，轮机设计