主機運行參數(shù)異常問題的分析與解決

浙江省船檢局 舟山市船舶檢驗處 舟山 316000

船舶在營運期間，必須按操作規(guī)程與技術(shù)要求對主機精心維護與使用，盡量使主機處于良好的工作狀態(tài)，以保證主機的可靠性和使用壽命，提高船舶的安全性，降低船舶的維修成本。然而在檢驗過程中時常會碰到主機運行參數(shù)異常的情況，故有必要從實踐的角度對存在的問題進行分析和探討，以保證主機處于良好的工作狀態(tài)。

1 原因分析

船舶在營運期間，主機運行參數(shù)異常通常表現(xiàn)為各缸的排氣溫度偏高或偏低；最高爆發(fā)壓力偏高或偏低；冷卻水高溫；滑油低壓；各缸相互間工況參數(shù)不均勻等。主機運行工況異常就反映為這些參數(shù)中的一種、兩種或兩種以上參數(shù)組合的異常[1-3]。

1.1 實例

某3 000 t級2004年建造的沿海散貨船主機型號為G6300ZC16Bs；額定功率為1 471 kW；額定轉(zhuǎn)速為575 r/min；該機為右機，氣缸編號從飛輪端開始。檢驗試航過程中主機在470 r/min時測得各缸排溫和爆壓，見表1。

表1 主機航行試驗記錄

=352 ℃；

=9.74 MPa。

船舶檢驗以及該柴油機使用說明書中規(guī)定：

壓縮壓力Pc,偏差ΔPc不超過±2.5%；

爆炸壓力Pz,偏差ΔPz不超過±4.0%；

排氣溫度Tr,偏差ΔTr不超過±5.0%；

指示功率Pi,偏差ΔPi不超過±2.5%。

相關(guān)技術(shù)人員都是通過對主機各缸的工況參數(shù)來分析各缸工作過程的均勻性，進而判斷主機的工作狀況。因為各缸工作不均勻不但影響柴油機運行的動力性和經(jīng)濟性, 還將引起振動噪聲、零部件磨損以及受熱部件的熱負荷加劇。所以制造廠常常通過嚴格控制主機零部件尺寸、加工和安裝精度以及調(diào)整有關(guān)參數(shù)的一致性來達到各缸工作過程的均勻性，以實現(xiàn)主機設(shè)計的性能。而運行中的主機, 由于其零部件的磨損、變形、結(jié)垢、松動、裝配間隙的改變, 以及一些參數(shù)不匹配，維護使用不當?shù)纫蛩赝鶎е赂鞲坠ぷ鬟^程的均勻性發(fā)生變化，并以運行參數(shù)異常的形式表現(xiàn)出來，從而影響主機的正常工作。對比可知:

1) 各缸排氣溫度均高于設(shè)計平均值；最高爆發(fā)壓力均低于設(shè)計值。

2) 各缸排溫和爆壓不一致，有較大偏差。

3) 平均排氣溫度偏差

=3.53%

同理，平均爆壓偏差ΔPz

=-2.6%

總偏差尚能滿足《規(guī)范》要求。

4) 第6缸排溫偏高

=5.88%

爆壓偏低

=-4.3%

該缸問題應(yīng)立即予以解決，其余各缸排溫和爆壓偏差未超過《規(guī)范》要求，尚能工作，但情況已不理想。

1.2 主機排溫和爆發(fā)異常主要原因

1) 燃油規(guī)格不當，品質(zhì)差，預處理不充分，分油不凈。

為了控制成本，很多不具備燃用重油的船舶主機也在進行輕改重的改造。這樣主機實際使用的燃油很難達到主機出廠時技術(shù)指導書上所要求使用燃油的規(guī)格和牌號，致使噴入氣缸內(nèi)的燃油所形成的噴霧及噴柱與燃燒室的類型、結(jié)構(gòu)和余隙高度就可能不匹配，從而影響燃油燃燒的完善程度。再者，燃油品質(zhì)低，自燃性能差，滯燃期長，運動粘度高，霧化質(zhì)量差，發(fā)火困難，燃燒不完善，如果加熱溫度又不當，粘度控制不佳，預處理不充分，分油不凈，使每個工作循環(huán)噴入氣缸里的燃油因霧化不良而不能充分燃燒且燃燒滯后，導致燃燒過程后移而使排溫升高、爆壓降低。

2) 各缸噴油定時、噴油壓力和噴油量不當。

若噴油定時過晚，噴油提前角太小，噴射延遲，燃燒滯后，后燃嚴重。即使噴油定時不變，若使用的燃油牌號不同，也將使燃燒過程和燃燒持續(xù)的時間發(fā)生改變。特別是對于燃燒重油，因其品質(zhì)差，粘度高，在缸內(nèi)霧化質(zhì)量差，發(fā)火困難，相對于輕油，則定時偏晚，所以油品變了噴油定時也應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整，否則，原有的定時相對于現(xiàn)有的油品來講就非最佳而顯不當。再者，若噴油定時正確，而總噴油量調(diào)節(jié)不當或各缸所對應(yīng)的噴油泵油量調(diào)節(jié)齒條調(diào)節(jié)得不一致而使供油量不均；噴油嘴漏油；噴油器啟閥壓力調(diào)節(jié)失衡或噴油器彈簧預緊力不足，啟閥壓力偏低，這些都將造成噴油壓力和噴油量的改變。

3) 氣閥間隙、氣閥定時不當。

對于四沖程柴油機和氣口-氣閥直流掃氣式二沖程柴油機，氣閥留有一定間隙的目的是留有氣閥熱膨脹的余地。若氣閥間隙過小，則將導致氣閥受熱后因膨脹不足使閥面與座面關(guān)閉不嚴而漏氣；若氣閥間隙過大，則將使氣閥定時改變?yōu)橥黹_、早關(guān)，引起換氣持續(xù)時間縮短，換氣質(zhì)量下降，致使燃燒過程后移，引起后燃嚴重。對于氣閥定時，若定時過早，進氣閥將因開啟過早而發(fā)生廢氣倒沖入進氣管而影響換氣質(zhì)量，同時排氣閥因開啟過早而使膨脹功損失增加；若定時過晚，將導致?lián)Q氣時間縮短，換氣不充分，換氣質(zhì)量差，使燃油燃燒的及時、完善性受到影響。還應(yīng)考慮到主機在長期運行過程中由于振動而導致氣閥調(diào)節(jié)螺釘和鎖緊螺母松動，造成氣閥間隙改變，引起定時改變。這些情況將可能導致主機排溫升高、爆壓降低。

4) 氣缸進氣量改變或排氣閥漏氣。

若廢氣渦輪噴嘴環(huán)因過熱而變形，使得流通面積增加，導致廢氣流出噴嘴環(huán)時流速不足，沖擊葉輪的動力下降，使廢氣中的熱能轉(zhuǎn)化為機械功的量減少而使壓氣機壓縮空氣的能力下降；或者增壓器噴嘴污染結(jié)垢，渦輪葉片結(jié)炭，擴壓器葉片結(jié)炭，壓氣機濾器、消音器等污臟堵塞而導致增壓器工作性能下降，引起增壓壓力降低；或者進、排氣閥污臟堵塞，進、排氣管阻塞。這些都將導致增壓壓力不足，且氣體流阻增加而使氣流不暢，影響換氣質(zhì)量，造成過量空氣系數(shù)下降，使燃燒不完全，后燃加劇。再者，即使氣閥間隙和氣閥定時不變，若排氣閥彈簧因長期工作而造成剛度不足，彈性下降，使氣閥閥面與座面應(yīng)力降低；或氣閥閥面與座面因過度磨損、腐蝕而造成氣閥的密封性下降，引起氣閥漏氣。以上情況均將導致排溫升高、爆壓降低。

2 解決措施

2.1 加強對油品的控制與處理

嚴格核準燃油的規(guī)格，正確使用合格的燃油。對于使用重油的船舶主機，使用者應(yīng)根據(jù)該主機的技術(shù)特點，使用相對固定的重油油品，每次船舶從外界油庫、油管和油駁船接受補油的時候必須按照規(guī)范嚴格監(jiān)督，仔細取樣核查，并根據(jù)油品的特性，使用時應(yīng)多加調(diào)節(jié)并記錄其加熱溫度，以尋求一種主機適合該油品的最佳加熱溫度，使噴油泵入口處的燃油粘度維持在12～25 mm2/s，以保證噴油器霧化質(zhì)量對燃油粘度的要求。同時，應(yīng)做好對重油的沉淀、過濾與分離工作，平時應(yīng)按照規(guī)范嚴格操作和維護保養(yǎng)燃油清潔處理設(shè)備。加強對濾器的清洗工作，使用符合要求的濾芯；正確選擇分油機的比重環(huán)，控制好分油預熱溫度、排渣時間以及最佳分油量(30%～50%標定分油量)，以確保分油質(zhì)量。[3,4]

2.2 做好設(shè)備調(diào)節(jié)工作

船舶在營運期間，對于噴油設(shè)備，若主機在較長的時間內(nèi)需要燃用重油，應(yīng)適當增大噴油提前角，保證燃油在上止點附近發(fā)火燃燒，使缸內(nèi)最高爆發(fā)壓力以及其相位正常；做好噴油量調(diào)節(jié)工作，使各缸盡量平衡一致，保證各缸的排溫和爆壓基本一致，以改善主機的工作條件；適當提高噴油器的啟閥壓力以保證霧化質(zhì)量。對于配氣機構(gòu)，平時應(yīng)加強對氣閥間隙和氣閥定時的調(diào)節(jié)，以防止主機因振動而造成氣閥調(diào)節(jié)螺釘和鎖緊螺母松動，引起氣閥間隙改變而導致定時改變。為保證各缸的排溫和爆壓基本一致，對設(shè)備進行調(diào)節(jié)工作時，應(yīng)根據(jù)主機的特性曲線，將噴油設(shè)備的噴油提前角、噴油量和啟閥壓力與配氣機構(gòu)的氣閥間隙和氣閥定時進行多參數(shù)同步聯(lián)調(diào)，做到油與氣同時匹配，以防止排溫和爆壓異常，保證主機良好的工作狀態(tài)。

2.3 做好維修保養(yǎng)工作

船公司和船員應(yīng)重視和掌握柴油機制造廠提供的有關(guān)柴油機維修保養(yǎng)要求和技術(shù)指導，并按照船檢的要求定期對主機的零部件進行拆檢、維修、保養(yǎng)、更換與調(diào)試。平時應(yīng)做好對主機各參數(shù)的收集與整理，并對各零部件故障發(fā)生的時間、產(chǎn)生的原因、維修的方式進行統(tǒng)計分析，建立預防性維修大綱和維修標準，在零部件失效之前及時更換，更換的零部件應(yīng)采用標準原配件。對于還在使用的零部件，特別是對主機運行參數(shù)有重要影響的零部件，諸如：柱塞偶件、針閥偶件、氣閥等，在對主機運行參數(shù)研判的基礎(chǔ)上，并結(jié)合這些零部件是否存在跑、冒、漏情況，在維修時加強對有問題的零部件研磨、修補和測試工作。應(yīng)重視對增壓器的拆檢、清潔與保養(yǎng)工作，若增壓器因污臟堵塞等故障而引起其工作性能下降，則易引起主機運行參數(shù)異常，特別是遠離增壓器的氣缸因進氣不足更易導致排溫和爆壓異常。

3 結(jié)束語

對于上述例子，在分析原因時查驗輪機日志，發(fā)現(xiàn)該船主機排溫偏高而爆壓偏低這一現(xiàn)象比較普遍，尤其以第6缸更甚，說明增壓器污染嚴重；因第6缸離增壓器最遠，導致其進氣量相對其余各缸更顯不足；進一步復查時發(fā)現(xiàn)該船主機未使用柴油機技術(shù)指導書上所要求的10、20號重油而是燃用一種劣質(zhì)重油且未加裝粘度調(diào)節(jié)器，輪機員也未對主機的相關(guān)設(shè)備做適當調(diào)整。因此，解決方法應(yīng)為：控制油品；加裝粘度調(diào)節(jié)器；清洗增壓器；適當提前噴油定時和調(diào)高啟閥壓力；航修時加強對主機的清潔、保養(yǎng)與調(diào)試工作。

[1] 何方熾. 提高中小型船舶主推進裝置可靠性研究[D].上海：上海海事大學,2005.

[2] 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局. 海船系泊及航行試驗通則[S]. 北京:人民交通出版社,1995.

[3] 錢耀南. 船舶柴油機[M]. 大連：大連海事大學出版社，1999.

[4] 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局. 中國造船質(zhì)量技術(shù)標準 [S]. 北京:人民交通出版社,2006.