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為了提高柴油機的輸出功率和扭矩，大型船舶主機均配有渦輪增壓器（以下簡稱“透平”）。TPL型主機透平是ABB公司繼VTR型透平后的一款新型增壓設備，于2000年開始在船上裝機使用。TPL型透平的主要特點是非冷卻靈活外殼設計、高效寬舷渦輪葉片、長壽命滑動軸承、長檢修間隔、穩定的工況，其特殊的膽芯設計更便于維修者輕松快速地更換膽芯整體。本文試就一起TPL85-B主機透平突發故障的排查過程進行分析，并從管理者的角度總結日常管理經驗，以供同行參考。某散貨輪，由上海外高橋船廠建造，于2004年下水投入營運，主機型號為MANB&W6S70MC-C,主機透平型號為ABB TPL85-B11.2016年某日午后，該輪在駛往澳大利亞目的港的途中，突然“主機透平后排煙溫度高”報警，大管輪隨即下機艙檢查：主機透平外觀及聲音無異常，但透平后排煙溫度330℃（報警值330℃）；約10分鐘后，出現“主機滑油濾器壓差高”警報，同時聽到主機透平有異常聲音。大管輪和機工判斷聲音來自透平廢氣端，且在機旁聽到卡滯的聲音（聲音不連貫）。大管輪跑回集控室，發現主機透平轉速急速下降到0,透平后排煙溫度370℃，各缸排煙430℃高溫報警，于是報告駕駛臺，主機立即停車。輪機長判斷主機透平出現了故障，就將情況上報了公司機務。之后在船舶漂航狀態下進行主機透平拆檢，發現透平轉子卡死，葉輪有磨損，軸承咬死。次日，船員對主機透平鎖轉子，低速駛往最近的澳大利亞港口錨地等待修理。該輪透平為特殊的膽心設計，鑒于損壞程度非常嚴重，在澳洲ABB工程師的幫助下，對主機透平進行了整體更換。在拆檢的過程中，發現該透平軸承已經咬死，拆不下來。為了準確地分析故障原因，將損壞的透平膽芯整體運回天津，吊運進檢修車間，由ABB工程師現場拆檢(TPL85-B主機透平剖面示意如圖1所示)，并對咬死的透平軸承進行切割，發現該透平的損失情況是：壓氣輪葉片端面有磨損（如圖2所示），壓氣輪迷宮式密封及軸套磨損有油漏出，葉輪罩與壓氣輪背面有磨損，壓氣端徑向軸承咬死（如圖3所示），壓氣端徑向軸承軸向輔助推力面磨損嚴重，廢氣端葉輪未見磨損但下部有油漏出，廢氣端漏油中有大量金屬粉末；切割檢查發現，壓氣端軸承工作面磨損嚴重，銅屑已經堵塞了整個進油槽，廢氣端軸承工作面磨損嚴重（如圖4所示）但進油槽沒有堵塞，磨損的軸承工作面對應的軸表面磨損嚴重（如圖5所示）。1.TPL型主機透平的滑動軸承被稱作液壓動力軸承(Hydrodynamic Bearings),其正常工作需要穩定的滑油供給、合適的滑油流量和壓力、清潔的無雜質滑油。因此，軸承的異常磨損主要與增壓器的滑油問題有關，包括滑油顆粒物污染、滑油進水、油壓低等。但事故后檢查了船舶的所有滑油化驗報告，并未發現任何異常超指標的現象，這排除了滑油出現質量問題的可能。2.通過解體檢查發現，增壓器的壓氣端徑向軸承與推力軸承（同時起壓氣端軸承座的作用）完全咬死在一起，浮動盤與軸向軸承也因此而封在里面無法拆出；后經切割，有一半的壓端徑向軸承與推力軸承分離。從內部損壞程度上可以判斷，增壓器的損壞是由于某些原因使得兩端徑向軸承均發生了異常磨損，而壓端軸承磨掉的銅粉將其中的一個軸承進油槽幾乎全部蓋住（另兩個進油槽狀況，因未切割無法看到)；轉子抱死是軸承磨損后壓端軸承與軸承座完全咬死所導致的；其他損壞（包括葉輪刮擦、渦端漏油等)都是在軸承異常磨損后發生的。由于推力軸承、軸向軸承及浮動盤沒有明顯損壞，所以基本上可以排除高負荷時瞬時斷油的可能。3.在拆檢中發現的較為明顯的證據是，壓氣端徑向軸承上的輔助推力面嚴重磨損，而推力軸承、軸向軸承及浮動盤上的主推力面完好。根據增壓器的軸承設計原理，當主機處于低負荷時，增壓器轉速低，受到的廢氣推力很小，在油壓及壓氣端反作用力的作用下，轉子往廢氣端移動，輔助推力面開始工作，起止推作用；隨著主機負荷上升，廢氣推力增大，當廢氣推力大過油壓和壓氣端反作用力的作用時，轉子就往壓氣端移動，主推力面開始工作。因此，主推力面設計得比輔助推力面大得多，以用來抵御來自于廢氣端的巨大推力。當轉子軸由于徑向軸承磨損發生下沉時，也會導致推力面磨損，但此類磨損是偏磨，通常有兩種特征：①由于轉子偏斜，對應的輔助軸承上輔助推力面會出現偏磨；②輔助推力面和主推力面均會發生磨損。顯然，這兩點在該起事故中都不滿足，也被排除在外。4.輔助推力面的磨損，是因為在主機低負荷運行時曾經發生了異常。軸承一旦發生了磨損，就具有累積效應，每次主機啟/停，正倒車時的低負荷階段都會使磨損情況愈為加重。由以上分析推斷出，日常使用中主機操作不當，就會使透平軸承輔助推力面產生磨損。因此，船員的日常操作可能是造成本次事故的原因之一。5.通過翻查以往的記錄，該輪主機透平在2014年3月廠修期間曾發現轉子軸磨損，渦端軸承位有嚴重的起線劃痕，粗糙度超標；由ABB上海車間對損壞部位進行噴涂、恢復尺寸，至損壞發生時已平穩運行了13580小時。對于TPL85-B主機透平增壓器轉子來說，其渦端軸承位采用冷噴涂，噴涂溫度不超過150℃，就不會使軸發生變形彎曲。其原理是，利用壓縮空氣使金屬粒子加速到臨界速度（超音速），金屬粒子撞擊到基體表面后發生物理形變，并在牢固附著的整個過程中沒有被融化。ABB的工藝要求噴涂層厚度控制在0.3~0.5mm之間，噴涂后的表面硬度在525~535HB之間。從2014年的服務記錄中可以看到，整個噴涂過程都是在ABB上海車間由專業人員完成的；完成后軸承位表面硬度檢測為527HB,符合工藝要求。但是，不管工藝多么出色，這樣的修理都會讓人對噴涂的結合力產生懷疑。因此，噴涂材料脫落也是造成本次事故的原因之一。通過本次事故，我們對TPL型主機透平有了更深的了解，并得到如下一些經驗：1.TPL型主機透平對滑油清潔度要求很苛刻，特別是使用主機系統油潤滑，在日常管理中一定要保持滑油分油機的良好工況，定期取樣送檢化驗。2.在主機剛剛起動時軸承的磨損最大，所以動車前一定要提前開啟機油泵運行0.5小時以上，決不可剛剛開啟機油泵就馬上起動主機。3.主機停車后主機透平還有余速，需要保持主機油泵至少運轉2小時后再停掉，以保證透平有足夠的潤滑和冷卻。4.TPE型主機透平帶有儲油箱，儲油箱帶有節流閥，目的在于主機機油泵突然停止且透平尚有余轉的情況下保證透平軸承仍有持續的潤滑，直至停轉。在管理中要注意保持儲油箱的透氣管路通暢，保證儲油箱滑油在重力的作用下順暢地流到各潤滑部位。5.定期清洗運行中增壓器的渦輪側和壓氣端，以減緩排放污染物的堆積速度，保持增壓器高效率運行。
6.對于那些通過增壓器運行無法去除的積碳，必須解體清洗。7.定期檢查主機排煙總管進透平前的格柵狀況，確保良好，避免大的排放顆粒物進入廢氣端損傷渦輪。8.機動用車時，避免因主機加減速過快造成透平喘振；大風浪航行時，要調低輪機長的最大油門限制，保證螺旋槳有足夠的吃水，盡可能避免主機出現“飛車”。9.定期檢查并保持透平廢氣端放殘管路通暢，避免因鍋爐漏水造成透平廢氣端“淹水”。10.盡量不采取噴涂的修理工藝對轉子軸進行尺寸恢復修理，必要時可采用激光焊修補的方式修理。
主機透平作為柴油機系統的重要組成部分，其最大的特點就是高效率、高轉速，但在運轉中一旦出現問題也將是毀滅性的。TPL型主機透平雖有很多優點，但對其維護卻有著嚴格的要求。希望通過此次事故的排查分析，能讓大家更加了解TPL型主機透平，并對其加強維保和管理，避免類似問題的再次發生。來源：中遠海運安全 作者：中遠海運散貨劉丙海輪機長；
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