柴油機(jī)兩次維修功率差異大之原因分析及對(duì)策

江峰 趙天翔 曹新玉 左紅穩(wěn)

摘 要：柴油機(jī)是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，并將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械。而這種能量轉(zhuǎn)化是在柴油機(jī)的每一個(gè)工作循環(huán)中完成的。柴油機(jī)的主要性能指標(biāo)包括動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面的指標(biāo)。它們既是反映柴油機(jī)工作循環(huán)完善程度的參數(shù)，更是評(píng)估柴油機(jī)性能的主要依據(jù)，而功率是柴油機(jī)動(dòng)力性能的重要標(biāo)志之一，該文通過(guò)對(duì)柴油機(jī)兩次維修后功率的比較，探尋影響柴油機(jī)負(fù)荷的重要部件，對(duì)造成柴油機(jī)功率降低的原因進(jìn)行了闡述，并對(duì)柴油機(jī)的維修和保養(yǎng)提出了建議。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī) 增壓器 中冷器 負(fù)荷 功率

中圖分類號(hào)：U26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）01（c）-0048-02

柴油機(jī)的功率是柴油機(jī)動(dòng)力性能的重要標(biāo)志之一，而同一臺(tái)柴油機(jī)功率的大小不僅與柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)，而且與柴油機(jī)供油量的大小、柴油燃燒性能的好壞等因素有關(guān)。因此，查找柴油機(jī)功率變化差異大的原因應(yīng)從多方面進(jìn)行入手。

1 概述

某船使用的停泊發(fā)電機(jī)是7L20/27柴油機(jī)，分別被編號(hào)為6、7號(hào)發(fā)電機(jī)（以下簡(jiǎn)稱為6、7號(hào)機(jī)），是二臺(tái)四沖程中速柴油機(jī)，功率700 kW（發(fā)電機(jī)輸出功率616 kW）。7L20/27是不能反轉(zhuǎn)、筒形活塞、帶有廢氣渦輪增壓器和空氣中間冷卻器的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。

2004—2005年這兩年出海時(shí)間比較長(zhǎng)，柴油機(jī)使用頻率比較高。由于7號(hào)機(jī)出現(xiàn)輸出功率變小的故障，在使用時(shí)必須兩臺(tái)機(jī)一起工作才能滿足船上的用電要求，這樣就導(dǎo)致了機(jī)器磨損比較大和操作人員比較辛苦。隨著后續(xù)任務(wù)的增加，以及?？扛劭诖螖?shù)的增多，對(duì)柴油機(jī)的功率提出了更高的要求。某船分別于2004年和2006年廠修期間對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行了維修，但兩次維修后功率卻有很大的差異。

2 影響柴油機(jī)功率的因素

柴油機(jī)的主要性能指標(biāo)包括動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面的指標(biāo)。它們既是反映柴油機(jī)工作循環(huán)完善程度的參數(shù)，更是評(píng)估柴油機(jī)性能的主要依據(jù)。而功率是柴油機(jī)動(dòng)力性能的重要指標(biāo)之一。

柴油機(jī)是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，并將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械。而這種能量轉(zhuǎn)化是在柴油機(jī)的每一個(gè)工作循環(huán)中完成的。因此，工作循環(huán)完成的狀況直接影響到能量轉(zhuǎn)換的完善程度，而柴油機(jī)的主要性能指標(biāo)則是表示工作循環(huán)完成情況的參數(shù)。

供入氣缸的燃油全部燃燒時(shí)放出的熱量稱燃油的總發(fā)熱量，在能量的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，它只有一部分轉(zhuǎn)化為有效功，其他的全部成為熱損失和機(jī)械損失。

W總=W有效功+W熱損失+W機(jī)械損失 （1）

熱損失包括排氣損失、燃燒不完全損失、散熱損失、漏氣損失、流動(dòng)阻力損失等。

W熱損失=W排氣損失+W燃燒不完全損失+W散熱損失+W漏氣損失+W流動(dòng)阻力損失 （2）

機(jī)械損失包括摩擦損失、帶動(dòng)輔助機(jī)械的損失、泵氣損失。

W機(jī)械損失= W摩擦損失+W帶動(dòng)輔助機(jī)械的損失+W泵氣損失 （3）

顯然，減少各種損失對(duì)提高柴油機(jī)功率和經(jīng)濟(jì)性都會(huì)有好處，如能在保持各種損失不增大的情況下，提高柴油機(jī)的做功強(qiáng)度和做功頻率，則柴油機(jī)的功率將增加。

由上所述可知，進(jìn)入氣缸的壓縮空氣的壓力、溫度以及燃油和空氣的混合度是影響柴油機(jī)功率的重要因素。

增壓器對(duì)提高柴油機(jī)功率的功用如下。

7L20/27柴油機(jī)是帶有廢氣渦輪增壓器的柴油機(jī)。柴油機(jī)排氣管接到渦輪殼上，進(jìn)氣管接到壓氣機(jī)殼上。柴油機(jī)排出的廢氣經(jīng)渦輪殼進(jìn)入噴嘴環(huán)，由于環(huán)的通道面積是漸縮的，廢氣在其中提高速度，增加了動(dòng)能。高速?gòu)U氣氣流，按一定的方向沖擊渦輪，使渦輪高速旋轉(zhuǎn)。廢氣的壓力、溫度和速度越高，渦輪轉(zhuǎn)得越快，流經(jīng)渦輪的廢氣最后排入大氣。渦輪帶動(dòng)同軸上的壓氣機(jī)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)空氣濾清器濾清過(guò)的空氣被吸入葉道。高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)葉輪把空氣甩向葉輪外緣，使其速度和壓力增加，并進(jìn)入擴(kuò)壓器。擴(kuò)壓器的形狀是進(jìn)口小出口大。使氣流的速度下降，而壓力升高。再通過(guò)斷面由小到大的環(huán)形壓氣機(jī)殼，使氣流的壓力繼續(xù)升高。最后，壓力得到提高的增壓空氣經(jīng)進(jìn)氣管進(jìn)入柴油機(jī)的氣缸，從而達(dá)到增壓的目的，保證柴油機(jī)能多噴油發(fā)出更大的功率。氣缸內(nèi)各過(guò)程的進(jìn)行情況與非增壓柴油機(jī)基本一樣，只是由于增壓，使各工作過(guò)程的壓力和溫度有所提高。

3 2004年修船時(shí)故障排查

2004年修船時(shí)對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行了維修和保養(yǎng)，在維修前一直發(fā)現(xiàn)7號(hào)機(jī)輸出功率小，希望通過(guò)這次維修能使柴油機(jī)的功率有所提高。當(dāng)時(shí)進(jìn)行了機(jī)帶泵校驗(yàn)，吊缸，進(jìn)排氣閥件清洗，同時(shí)對(duì)增壓器進(jìn)行了拆卸，發(fā)現(xiàn)7號(hào)機(jī)增壓器的葉輪有部分損壞，當(dāng)時(shí)由于修船資金不足，沒(méi)有對(duì)增壓器的葉輪進(jìn)行更換，只是對(duì)葉輪進(jìn)行了修補(bǔ)和打磨，并做了動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)。柴油機(jī)安裝完后進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)7號(hào)機(jī)的功率只能帶到400 kW（見(jiàn)表1），功率超過(guò)400 kW，機(jī)器7號(hào)缸的排煙溫度明顯升高（見(jiàn)表2），同時(shí)機(jī)器發(fā)出“呼嘯”聲。6號(hào)機(jī)通過(guò)維修和保養(yǎng)功率能帶到600 kW，情況良好。

這樣我們就提出把6號(hào)機(jī)的增壓器換到7號(hào)機(jī)上，結(jié)果7號(hào)機(jī)所帶負(fù)荷還是不能有所提高，而且“呼嘯”聲也沒(méi)有消失，故障一直沒(méi)有得到解決。

4 2006年修船故障排查

2006年初在江南廠修船期間，決定對(duì)7號(hào)機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)性的維修，對(duì)6號(hào)機(jī)進(jìn)行常規(guī)保養(yǎng)。并由專業(yè)廠家上海新中動(dòng)力機(jī)廠派出技術(shù)骨干負(fù)責(zé)維修。通過(guò)大家連續(xù)幾天的加班加點(diǎn)，把拆卸下來(lái)的零部件都帶到了新中廠去維修、保養(yǎng)并做好試驗(yàn)測(cè)試。再次對(duì)7號(hào)機(jī)的增壓器葉輪做了動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)情況良好。

5 原因分析

在對(duì)7號(hào)機(jī)拆卸時(shí)發(fā)現(xiàn)中冷器的擋板有一塊掉了下來(lái)。中冷器是一個(gè)獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)，里面為很多根細(xì)的銅管組成。銅管里循環(huán)流動(dòng)的海水對(duì)壓縮空氣進(jìn)行冷卻。中冷器的作用是對(duì)增壓器過(guò)來(lái)的壓縮空氣進(jìn)行冷卻。進(jìn)入氣缸的壓縮空氣溫度為（50±5）℃。第7缸的擋板是原先是粘在上面的，由于柴油機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的工作和工作溫度比較高，使擋板有位置滑落到，這樣就導(dǎo)致進(jìn)入第七缸的空氣溫度不能得到冷卻，致使第7缸的溫度排煙溫度比較高、輸出同時(shí)由于擋板沒(méi)有得到固定，柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)就會(huì)產(chǎn)生“呼嘯”聲。

實(shí)際安裝中，中冷器沒(méi)有覆蓋到第7缸。我們通過(guò)查閱資料和詢問(wèn)廠家發(fā)現(xiàn)，這是當(dāng)時(shí)的一個(gè)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。為了彌補(bǔ)這一缺陷，就在7號(hào)缸下面用了一塊擋板，以防止壓縮空氣直接進(jìn)入缸體。

固定好擋板。安裝好柴油機(jī)進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)7號(hào)機(jī)的功率能夠帶到600 kW，7號(hào)缸的排煙溫度也正常，并且“呼嘯”聲也沒(méi)了。故障得到了徹底的解決，保證了柴油機(jī)的正常工作，為后續(xù)任務(wù)的執(zhí)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

6 對(duì)柴油機(jī)維修和保養(yǎng)的建議

6.1 修理設(shè)備最好需要生產(chǎn)廠家的專業(yè)技術(shù)人員

為什么2004柴油機(jī)的故障沒(méi)有得到解決，而到2006年故障卻得到了解決。究其原因江南廠修理設(shè)備的能力和新中廠還有一定的差距。在2004年修理時(shí)維修工沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)擋板脫落的現(xiàn)象。

6.2 對(duì)故障的判斷能力還不夠準(zhǔn)確

當(dāng)發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)出現(xiàn)輸出功率小的故障時(shí)，我們僅僅把分析問(wèn)題的重點(diǎn)放在增壓器上面，沒(méi)有綜合考慮問(wèn)題，致使故障沒(méi)有得到及時(shí)排除。

6.3 加強(qiáng)能力訓(xùn)練

加強(qiáng)崗位人員動(dòng)手能力的訓(xùn)練，安排部分人員到新中廠去學(xué)習(xí)，增強(qiáng)業(yè)務(wù)技能。當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)能夠及時(shí)處理，加強(qiáng)培養(yǎng)崗位人員拆卸機(jī)體和安裝機(jī)體的能力，從而保證柴油機(jī)能夠得到安全有效的工作。

7 結(jié)語(yǔ)

發(fā)電柴油機(jī)性能工況的好壞直接影響到船舶是否能安全航行、工程是否能夠順利完成，分析柴油機(jī)兩次修船后的功率變化的原因及提出柴油機(jī)在維修和保養(yǎng)上的建議，能夠使輪機(jī)管理人員更好地去使用和管理好柴油機(jī)，進(jìn)一步減少柴油機(jī)在使用過(guò)程中的出現(xiàn)故障的概率，可以大大延長(zhǎng)柴油機(jī)使用壽命和提高柴油機(jī)使用工況，提高經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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