某輪主機(jī)倒車啟動困難的原因分析及解決辦法

胡建峰,羅光榮

(廣州中船遠(yuǎn)航船塢有限公司,廣東廣州 510725)

某遠(yuǎn)洋散貨輪,主機(jī)為前蘇聯(lián)制造,1986年出廠的 MAN B＆W 6AKPH67/170-7 2沖程柴油機(jī)。主要結(jié)構(gòu)和參數(shù)如下:換氣形式為直流閥式掃氣,汽缸數(shù) 6個,缸徑 670 mm,行程 1 700 mm,功率為 8 100 kW,轉(zhuǎn)速為 119 r/min。該輪于 2009年 5月進(jìn)入中船遠(yuǎn)航船塢有限公司修理。

1 故障現(xiàn)象

該輪主機(jī)正車啟動很順利,但倒車啟動非常困難,啟動空氣消耗量大。主機(jī)正車試驗(yàn)時,啟動空氣初始壓力為 2.5 MPa。當(dāng)換向手柄置于 “正車”位置、操縱手柄推至 “啟動”位置時,啟動空氣分配器凸輪軸和高壓油泵、排氣閥凸輪軸換向到位,曲軸轉(zhuǎn)速在數(shù)秒鐘內(nèi)達(dá)到 30 r/min以上。將操縱手柄推至 “運(yùn)轉(zhuǎn)”位置時,油門總拉桿立即向加油方向拉動油尺,主機(jī)發(fā)火運(yùn)轉(zhuǎn)。連續(xù) 8次正車啟動均成功,平均每次啟動耗氣量為 0.20 MPa。在作倒車試驗(yàn)時,啟動空氣初始壓力同樣為 2.5 MPa。當(dāng)換向手柄置于 “倒車”位置、操縱手柄推至 “啟動”位置時,啟動空氣分配器凸輪軸和高壓油泵、排氣閥凸輪軸換向到位,但曲軸轉(zhuǎn)速一直在 20 r/min以下徘徊。將操縱手柄推至 “運(yùn)轉(zhuǎn)”位置時,油門總拉桿立即向加油方向拉動油尺,主機(jī)不發(fā)火運(yùn)轉(zhuǎn)。連續(xù) 3次倒車啟動均不成功,啟動空氣壓力已降至1 MPa以下,平均每次啟動耗氣量為0.52 MPa。

2 故障分析

該主機(jī)倒車啟動困難的現(xiàn)象表征是啟動空氣消耗量大,啟動轉(zhuǎn)速達(dá)不到發(fā)火轉(zhuǎn)速 (通常為 25～30 r/min),主機(jī)不發(fā)火運(yùn)轉(zhuǎn)。

經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn):正車時,啟動空氣分配器開啟角度為上止點(diǎn)前 9°,比說明書規(guī)定上止點(diǎn)后 5.5°提前了 14.5°。倒車時,啟動空氣分配器開啟角度為上止點(diǎn)后 20°,比說明書規(guī)定上止點(diǎn)后 5.5°滯后了 14.5°。因該主機(jī)啟動空氣分配器采用雙凸輪移動換向,正車凸輪和倒車凸輪安裝在同一根凸輪軸上,凸輪軸轉(zhuǎn)向與曲柄轉(zhuǎn)向相同。正車時啟動空氣分配器正時提前,必然造成倒車時啟動空氣分配器正時滯后。

下面分析空氣分配器正時改變給主機(jī)啟動造成的影響。

2.1 該主機(jī)說明書的配氣正時圖和發(fā)火順序圖

圖1 配氣正時圖

圖2 發(fā)火順序圖

根據(jù)該主機(jī)說明書的配氣正時圖和發(fā)火順序圖,計算出如下數(shù)據(jù):①啟動空氣分配器正時:上止點(diǎn)后 5.5°開啟,上止點(diǎn)后 95°關(guān)閉,供氣延續(xù)角為 89.5°曲柄轉(zhuǎn)角,從汽缸啟動閥開啟到汽缸排氣閥開啟時的有效供氣角度為 76.5°曲柄轉(zhuǎn)角。②汽缸排氣閥正時:下止點(diǎn)前 98°開啟,下止點(diǎn)后 108°關(guān)閉,排氣延續(xù)角為 206°曲柄轉(zhuǎn)角。③汽缸啟動閥開啟與汽缸排氣閥開啟的重疊角度為 13°曲柄轉(zhuǎn)角。④啟動空氣共同作用在發(fā)火順序相鄰的兩個汽缸活塞頂部的重疊角度為 16.5°曲柄轉(zhuǎn)角。

2.2 啟動空氣分配器正時提前對主機(jī)正車啟動的影響

當(dāng)正車啟動時,啟動空氣分配器正時提前了14.5°,為上止點(diǎn)前 9°,在啟動空氣分配器供氣延續(xù)供氣角內(nèi),汽缸排氣閥還沒有開啟,有效供氣角度變?yōu)?89.5°曲柄轉(zhuǎn)角,比說明書規(guī)定的 76.5°曲柄轉(zhuǎn)角增加了 13°曲柄轉(zhuǎn)角。汽缸啟動閥開啟與汽缸排氣閥開啟的重疊角度消失。啟動空氣共同作用在發(fā)火順序相鄰的兩個汽缸活塞頂部的重疊角度為31°曲柄轉(zhuǎn)角,比說明書規(guī)定的 16.5°曲柄轉(zhuǎn)角增加 14.5°曲柄轉(zhuǎn)角。啟動空氣分配器有效供氣角度增大、汽缸啟動閥開啟與汽缸排氣閥開啟的重疊角度消失、啟動空氣共同作用在發(fā)火順序相鄰的兩個汽缸活塞頂部的重疊角度增加,結(jié)果是增加了啟動空氣的能量,減少啟動空氣的消耗,有利于啟動轉(zhuǎn)速提高。雖然啟動空氣分配器在上止點(diǎn)前 9°開始向汽缸啟動閥供氣,會對主機(jī)產(chǎn)生一定的制動作用,但實(shí)際上啟動空氣進(jìn)入汽缸的時刻要稍為滯后些,這是因?yàn)槠讍娱y不是瞬時全開的,在開啟的初期由于開度極小對啟動空氣起到節(jié)流作用,啟動空氣并未真正進(jìn)入汽缸,只有汽缸啟動閥的開度較大時壓縮空氣才進(jìn)入汽缸,這時曲柄已經(jīng)接近上止點(diǎn),實(shí)際產(chǎn)生的制動力矩很小。這就是該主機(jī)正車啟動順利的原因。

圖3 啟動空氣分配器正時提前 14.5°的配氣正時圖

2.3 啟動空氣分配器正時滯后對主機(jī)倒車啟動的影響

當(dāng)?shù)管噯訒r,啟動空氣分配器正時滯后了14.5°,為上止點(diǎn)后 20°,從汽缸啟動閥開啟到汽缸排氣閥開啟時的有效供氣角度變?yōu)?62°曲柄轉(zhuǎn)角,比說明書規(guī)定的 76.5°曲柄轉(zhuǎn)角減少了 14.5°曲柄轉(zhuǎn)角。汽缸啟動閥開啟與汽缸排氣閥開啟的重疊角度為 27.5°曲柄轉(zhuǎn)角,比說明書規(guī)定的 13°曲柄轉(zhuǎn)角增加了 14.5°(增加了一倍),大量的啟動空氣從汽缸排氣閥排走。啟動空氣共同作用在發(fā)火順序相鄰的兩個汽缸活塞頂部的重疊角度只有 2°曲柄轉(zhuǎn)角,比說明書規(guī)定的 16.5°曲柄轉(zhuǎn)角時間少了 14.5°曲柄轉(zhuǎn)角。啟動空氣分配器有效供氣角度減小、汽缸啟動閥開啟與汽缸排氣閥開啟的重疊角度增大、啟動空氣共同作用在發(fā)火順序相鄰的兩個汽缸活塞頂部的重疊角度減小,結(jié)果導(dǎo)致啟動空氣能量不足,致使倒車啟動時既消耗了大量的啟動空氣又不利于啟動轉(zhuǎn)速提高,這就是該主機(jī)倒車啟動困難的原因。

圖4 啟動空氣分配器正時滯后 14.5°的配氣正時圖

3 解決辦法

按該主機(jī)說明書配氣正時圖將正倒車的啟動空氣分配器正時調(diào)整到上止點(diǎn)后 5.5°。在主機(jī)沒有暖缸情況下作正倒車啟動試驗(yàn)。啟動空氣初始壓力為 2.5 MPa,正倒車交替啟動各 6次,連續(xù) 12次啟動均成功,平均每次啟動耗氣量為 0.14 MPa。試驗(yàn)結(jié)果符合船舶規(guī)范要求,確保了船舶航行安全。

4 結(jié)束語

船舶經(jīng)常在各種復(fù)雜的條件下航行,例如:在進(jìn)出港口和靠離碼頭時,要求船舶多次改變航速及航向;在緊急情況下,船舶為了避碰而要求緊急剎車,強(qiáng)迫主機(jī)迅速停車、倒車。目前,各港口國政府嚴(yán)格和廣泛地采取措施,對抵港外輪實(shí)施 PSC(Port State Control,港口國監(jiān)控),這就對船舶機(jī)動操作性能和主機(jī)的技術(shù)狀態(tài)提出更嚴(yán)格的要求。

在日常的輪機(jī)管理和維修過程中,要按照說明書準(zhǔn)確地調(diào)整主機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù),才能使主機(jī)處于良好的技術(shù)狀態(tài),滿足各種工況要求,確保船舶航行安全。