冷却水温度过高

基于故障树分析法诊断柴油机水温过高的故障

摘要：本文以舰艇柴油机的一典型故障现象为例，建立故障树。通过求解最小割集对故障进行定性分析，并依据分析结果，按照故障诊断原则，制定了有效的诊断实施方案。并且通过故障案例的实施，验证该方案能够全面并且迅速的排除柴油机水温过高的故障。

关键词：故障树分析法 柴油机 水温过高 诊断方案

0 引言

柴油机冷却水温度是一个重要的状态参数。若水温过高，会导致柴油机燃烧室部件承受的热负荷增加，降低零部件的强度；同时会使机油温度升高，机油粘度降低，润滑条件恶化，加大了运动部件的磨损。如果柴油机长时间在超过最高允许温度条件下工作，还会出现拉缸、活塞卡死等严重事故。本文采用故障树分析法，对引起柴油机水温过高的故障进行定性分析，并且根据分析结果，按照“先检后测、从简到繁、先判后拆，从外到内”的诊断原则，制定了一套诊断“流程树”，并且通过案例实践验证该方案的可行性。该方案不仅能够辅助柴油机维修人员迅速排除故障，还能够对学员培训起到重要作用。

1 故障树分析法概述

故障树分析法简称为FTA （Fault Tree Analysis）法，是一种自上而下逐层展开的演绎分析方法，它以系统或设备最不希望发生的事件为顶，向下逐层找出导致该事件发生的各种因素（包括硬件、软件、环境、人为因素等），然后以一种特殊的倒立树状逻辑因果图（即故障树）来表示其中的逻辑关系，并对系统中发生的故障事件进行，由总体到部分地按树状逐级细分的分析，其目的是判明基本故障、确定故障原因、故障影响和发生概率等[1]。 故障树分析法已经广泛应用于柴油机故障原因分析，求解故障发生的概率。文献[2]和文献[3]都应用了故障树分析法对柴油机的故障进行了定性分析，但是都没有对下一步该如何实施诊断提出具体的方案。

2 柴油机水温过高的故障分析

本文以舰艇柴油机的常见故障现象“冷却水温度过高”为顶事件，按照下行法构建故障树。柴油机冷却系统的主要作用是保证柴油机受热部件的温度维持在正常范围内，因此，如果出现冷却水温度过高的故障现象，最直接的可能原因主要有三个，一个是柴油机超负荷运行，一个是柴油机受热部件（燃烧室部件）温度过高，一个是冷却水系统没有冷却效果。 导致柴油机气缸内温度过高的原因主要有以下几种情况，第一种情况是排气不充分，导致气缸内残念大量废气，废气温度较高，使得气缸内温度过高；第二种情况是过多的燃油积聚在气缸内燃烧导致气缸内温度过高，这种情况有三种可能的原因，一是喷入气缸内的燃油过多，二是燃油从喷油器泄露到气缸内，三是喷油器雾化不良使得燃油没有完全燃烧从而积累在气缸内；第三种情况是供油时间不正确，导致后燃严重，燃烧产生的热量没有做功，而是被冷却水吸收掉。

分析冷却系统失效的原因可以从两个方面考虑，一是淡水冷却系统故障，二是海水冷却系统故障。由于舰艇柴油机大部分都是采用闭式冷却循环系统，利用海水冷却淡水，因此，海水压力过小也会影响淡水的温度。淡水冷却系统失效的原因主要从三个方面来分析，一个是淡水压力过低，无法满足冷却效果；一个是淡水水量过少，影响冷却效果；还有一个就是调温阀出现故障，导致淡水没有按照要求流入淡水冷却器，从而使得淡水温度降不下来。 柴油机超负荷的原因主要与负载有关系，而本文是以舰艇柴油机为研究对象，所以，不讨论其原因。

根据上述分析，我们就能得到舰艇柴油机冷却水温度过高的故障树，如图1所示，利用富塞尔法，根据故障树中的逻辑“或”门增加割集的数量，逻辑“与”门增大割集容量这一性质从故障树顶事件出发，由上而下顺次把上一级事件转化为下一级事件，遇到“或”门将输入事件竖向写出，直至把全部逻辑门都置换为底事件为止，由此得到该故障树的最小割集为：{X1}；{X2}；{X3}；{X4}；{X5}；{X6}；{X7}；{X8}；{X9}；{X10}；{X11}；{X12}；{X13}；{X14}；{X15}；{X16}；{X17}；{X18}。最小割集都是相互独立的，只要其中一个故障原因存在，顶事件也就会发生。

图1 柴油机水温过高故障树

3 故障诊断方案设计

通过构建故障树，我们得到柴油机水温过高的所有故障可能的原因，在次基础上，我们就可以制定行之有效的故障诊断方案。一个高效的诊断方案对于排除舰艇柴油机故障尤为重要，因为舰艇柴油机体积大、部件拆装与检验不易实施，如果盲目的实施故障原因的排查，势必造成时间和人员精力的浪费，更严重的还会导致二次故障发生，因此，我们必须根据舰艇柴油机的结构和原理，按照“先检后测、从简到繁、先判后拆，从外到内”的诊断原则，制定故障诊断的实施方案。

根据柴油机原理我们知道，当冷却水温度过高时，必然会导致排气温度过高，对于多缸机的舰艇柴油机来说，所有缸排气温度都过高和某些缸排气温度特别高所反映的故障原因是不一样的。

若是某些缸排气温度特别高，就说明故障肯定出现在这些气缸内。因此，可以有针对性的依次检查这些缸的排气门间隙、喷油器和喷油泵。

若是所有缸排气温度都高，说明有两种情况，一种情况是冷却系统失效，达不到冷却效果，另一种情况是所有缸的燃烧都不正常。这两种情况可以通过观察排烟的颜色来判断，如果排气冒黑烟，就说明燃烧不正常，反之就是冷却系统有问题。

如果是冷却系统失效，先要检查海水压力，若海水压力正常，就说明故障出现在淡水冷却系统中，然后，我们可以通过观察淡水膨胀水箱内的水位情况，判断故障的原因是因为有泄漏还是因为冷却系统的部件失效。如果膨胀水箱内水位正常，我们可以通过淡水压力参数是否正常来判断是否为淡水泵故障，若淡水压力也是正常，故障就很可能出现在调温阀上，或者是由于冷却器内水垢过厚，导致淡水无法正常与海水进行热交换。

根据以上分析，我们构建了舰艇柴油机冷却水温度过高的故障诊断“流程树”，如图2所示。按照该流程实施故障排除，能够快速、准确的定位故障部件，迅速排除故障。 4案例实践

某舰艇主机MTU396柴油机的故障征象为：在怠速情况下，无明显故障特征，滑油和冷却水温度比规定值稍高；加负载后，滑油和冷却水温度超过警戒值。接到维修任务后，我们按照预先制定的故障诊断方案进行故障排除，通过检查排气颜色、淡水压力、海水压力、膨胀水箱水位等参数，发现各参数均显示正常，根据故障诊断“流程树”，我们拆卸了淡水冷却器，发现内部的确是有很厚的水垢。清除水垢后，故障被排除。导致故障产生的原因主要是没有按照规定添加适当的添加剂，该柴油机的添加剂浓度标准见表1。并且冷却液的使用期限规定防腐添加剂的有效期为2年或6000小时工作时间。

表1 MTU396柴油机冷却液浓度标准

冷却系统管路产生过厚的水垢是一个比较隐蔽的故障原因，因为没有非常显著的故障征象能够判断该故障点。依据本文制定的故障诊断方案，能够在不拆除其他部件的情况下，迅速而正确的判断出故障点，证明该方案是高效可行的。

5 总结

通过建立故障树，能够全面的定性、定量分析柴油机故障的所有可能原因。本文创新性的将故障树分析法得到的结论进一步加工，按照“先检后测、从简到繁、先判后拆，从外到内”的诊断原则，制定故障诊断实施方案，更有效的发挥了故障树分析法的作用，并且通过实际故障案例的实践，证明该方案是切实可行的。该方案不仅能够为排除柴油机故障提供理论依据，同时也是开展柴油机维修人才培训的好素材。

图2 柴油机水温过高诊断方案

［参考文献］

[1] 蒋亚南，楼应侯．故障树分析法在汽油发动机故障诊断中的应用［J ］．小型内燃机，2001，

(1)：43-46．

[2] 陈永旺，故障树分析法在16V280柴油机燃油系统故障诊断中的应用［J ］．机械研究与应用，2010，(3)：85-86．

[3] 滕飞，李国璋．基于排放和故障树分析法的柴油机故障诊断［J ］．四川兵工学报，2009，

(12)：34-37．

[4] 孙洲阳，陈景锋．故障树分析法在柴油机故障诊断中的应用［J ］．中国修船，2000，(6)：24-26．

[5] 于晓羽．基于故障树分析法的柴油机起动困难故障诊断［J ］．科技信息，2012，(26)：170-171．

[6] 徐安，袁学．重型载货汽车柴油机动力不足故障树分析［J ］．山东交通学院学报，2012，

(2)：6-11．

[7] 刘欢．船舶柴油机故障诊断中故障树的应用［J ］．硅谷，2011，(20)：158-159．

[8] 高鑫．柴油机润滑油失效故障树分析［J ］．内燃机，2013，(2)：58-60．

作者简介： 田野（1980-） 海军蚌埠士官学校机电系舰船动力教研室，男，湖北武汉人，讲师，硕士，主要从事柴油机维修研究。电话[1**********]