WARTSILA 7RT—flex68—D主機增壓器故障原因探析及對策

朱一斌

摘要：航行中，WARTSILA 7RT-flex68-D主機增壓器噴嘴環(huán)因積碳嚴(yán)重而導(dǎo)致轉(zhuǎn)速下降甚至停轉(zhuǎn)，主機排溫異常，船舶漂航影響正常營運。

關(guān)鍵詞：可變噴嘴環(huán)渦輪增壓器 燃油控制模塊 燃油控制閥

0 前言

XLZ輪為我司4 738TEU集裝箱船，2012年出廠，主機為瓦錫蘭7RT-flex68-D，功率為21 910kW ，轉(zhuǎn)速為95rpm，配置ABB增壓器2個，型號為A175-L34T。

A175-L34T增壓器采用了當(dāng)今比較先進(jìn)的可變噴嘴環(huán)技術(shù)（VTG），如圖1所示，其核心部分就是可調(diào)渦流截面的導(dǎo)流葉片。從圖1可以看到，渦輪的外側(cè)增加了一環(huán)可由軟件控制單元來控制角度的導(dǎo)流葉片，導(dǎo)流葉片的相對位置是固定的，但是葉片角度可以調(diào)整，能根據(jù)主機負(fù)荷的變化自動調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)流道截面形狀以提高效率，同時降低主機部分負(fù)荷時的熱應(yīng)力，強化了主機在部分負(fù)荷運行時的反應(yīng)速度，不但降低了排氣溫度，還減少了部分負(fù)荷時的燃油消耗，同時更好地滿足在大氣排放限制方面的要求。在理論上不限制主機負(fù)荷降低范圍，并且當(dāng)增壓器渦輪端被污染時能及時調(diào)整增壓壓力，非常適用于主機長期低負(fù)荷運轉(zhuǎn)。

XLZ輪在某次航行過程中，主機增壓器因積碳嚴(yán)重而出現(xiàn)停轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

1 故障現(xiàn)象描述

2015年6月，主機換用內(nèi)貿(mào)燃油不久，NO.2增壓器出現(xiàn)轉(zhuǎn)速下降，其中第三、四、五3個缸的排溫異常升高。正值船舶在錨地休整，進(jìn)行主機試車時，NO.2增壓器完全停轉(zhuǎn)，拆開消音器后，盤車轉(zhuǎn)子不動，增壓器已經(jīng)處于完全卡死狀態(tài)。公司派ABB 專業(yè)人員上船進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)渦輪端和可變噴嘴環(huán)積碳嚴(yán)重，如圖2所示，但積碳較松軟且有膠粘的感覺，清除積碳后予以裝復(fù)，試車正常。10天后起錨續(xù)航，慢車運行僅2小時， NO.2增壓器轉(zhuǎn)速就下降至400轉(zhuǎn)左右。勉強航行8小時靠妥下一港，停泊12小時后，主機備車時，NO.2增壓器再次停轉(zhuǎn)。鎖定該增壓器轉(zhuǎn)子，慢車航行至錨地，撤除對增壓器轉(zhuǎn)子的鎖定，再次慢車航行，試圖讓該增壓器能再次運轉(zhuǎn)，未果。再次停車，在準(zhǔn)備鎖定該轉(zhuǎn)子過程中發(fā)現(xiàn)增壓器轉(zhuǎn)子又可以自由轉(zhuǎn)動，因下一港航程較短，就維持航行，8小時后順利靠泊。ABB專業(yè)人員再次上船對該增壓器拆開檢查，發(fā)現(xiàn)情況與第一次拆檢情況類似，也是渦輪端積碳嚴(yán)重，懷疑這嚴(yán)重積碳與所使用燃油質(zhì)量有關(guān)。根據(jù)ABB專業(yè)人員的建議，立即徹底更換日用油柜的燃油，換用新一批次燃油。開航后，主機運行在50%負(fù)荷，狀況恢復(fù)正常，駛出航道后，主機加車至75%以上，對兩臺增壓器尤其是NO.2增壓器渦輪端進(jìn)行多次核桃殼粒沖洗，狀況正常。后降速至公司要求營運轉(zhuǎn)速55rpm，20%MCR，運行2小時后，發(fā)現(xiàn)主機NO.2 增壓器再次出現(xiàn)降速，故障仍未改善，無法續(xù)航，只能再次擇地拋錨，繼續(xù)查找原因。

2 故障排查過程與排除

2.1 導(dǎo)致增壓器渦輪端污染的一般因素

導(dǎo)致主機增壓器渦輪端污染的情況很多，但歸納起來大致有以下幾個方面的原因：

（1）增壓器自身故障，油封漏滑油；

（2）主機燃燒工況不佳，產(chǎn)生大量不完全燃燒產(chǎn)物，包含燃油品質(zhì)不佳及主機燃油系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備狀況不佳；

（3）主機燃燒過程中混入了滑油，包含氣缸油異常噴射和燃燒室組件漏泄，如活塞頭裂穿，系統(tǒng)油漏至燃燒室等等。

2.2 故障排查過程

經(jīng)過短時間內(nèi)兩次對主機增壓器拆檢，拆檢人員認(rèn)為在如此短的時間內(nèi)造成增壓器渦輪臟堵，基本可以排除增壓器自身故障。在對排煙總管檢查時發(fā)現(xiàn)內(nèi)部油垢嚴(yán)重，懷疑是燃油品質(zhì)或燃燒系統(tǒng)及其設(shè)備存在問題，故障可能來自主機本身或燃油質(zhì)量或滑油漏入燃燒室等。

2.2.1噴油器

排查過程中，主管人員根據(jù)主機燃油噴射曲線及主機各缸參數(shù)判斷，更換了多個缸的噴油器，情況毫無變化，基本排除噴油器的故障。

2.2.2 燃燒室狀況

通過掃氣箱對主機活塞頭的檢查并未發(fā)現(xiàn)泄漏，但排溫高的各缸對應(yīng)的掃氣箱底部油泥明顯較其他缸多。對掃氣箱半小時泄放油量統(tǒng)計，證實排溫高的缸的底部油泥數(shù)量較大。針對主機氣缸油設(shè)定值，核對掃氣箱殘油化驗其指標(biāo)都正常，活塞頭泄漏也可以排除。又考慮到排溫高的第三、四、五缸，且監(jiān)測到第五缸掃氣箱殘油最多，于是決定拆檢第五缸盤根箱，并更換了第五缸盤根箱，試車也無改善，排除盤根箱泄漏的可能。雖然主機曲拐箱滑油消耗較多，每月1 500升左右，但與用外貿(mào)燃油期間比較，未見消耗異常增加。綜上所述，燃燒室漏入滑油的可能性也就被排除。

2.2.3. 燃油

因為主機增壓器臟堵問題發(fā)生在從外貿(mào)燃油切換為內(nèi)貿(mào)燃油之際，核對兩個批次的燃油化驗指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)燃油的CCAI值高于上限，所以對燃油進(jìn)行了切換使用，但連續(xù)切換兩批燃油都未見工況改善。此時傳來加油船公司的信息，這兩批次燃油的確存在問題，限于船上只有兩個日用柜，無法再切換至第三種油品加以證實，但在對主機更換輕柴油進(jìn)行試驗時發(fā)現(xiàn)主機第三、四、五缸排溫與其他缸相比，排氣溫差出現(xiàn)異常，甚至偏差超過100℃以上，35rpm都無法維持穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，對排溫高的各缸進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整也失效，說明燃油設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重泄漏導(dǎo)致排溫異常情況發(fā)生，與燃油質(zhì)量好壞關(guān)系不大。

2.3 故障排除

根據(jù)主機排煙總管內(nèi)的油垢情況再次回到對燃燒情況的分析，排煙總管內(nèi)的油垢顯然是嚴(yán)重后燃導(dǎo)致的。主機第三、四、五缸噴油器已經(jīng)拆檢過，對其測取壓縮壓力和爆壓基本正常，排除排氣閥故障。共軌壓力一直保持正常，現(xiàn)在的可能性只有一個，那就是ICU故障，更換了排溫最高的第四缸ICU 后試車，排溫轉(zhuǎn)為正常，這才確認(rèn)了故障部位，后續(xù)又更換了第三、五缸的ICU 后，主機試車，工況參數(shù)全部恢復(fù)正常，主增壓器也不再出現(xiàn)轉(zhuǎn)速下降，至此，該起故障得以完全解決。

該型主機噴油設(shè)備設(shè)計較為精密，由于本批次燃油的CCAI值高于上限，燃油品質(zhì)下降，導(dǎo)致ICU內(nèi)部燃油控制閥ICV密封面磨損加劇，致使ICV無法正常關(guān)閉或者關(guān)閉不嚴(yán)，而燃油共軌中始終保持高壓，噴油器在非工作區(qū)間仍在少量噴油，導(dǎo)致泄漏燃油通過排氣閥直接進(jìn)入主機排煙管，甚至直接到增壓器渦輪端，造成燃燒不良甚至后燃，致使增壓器渦輪端臟堵，也是此次故障的主要原因。endprint

3 管理對策

3.1 在排除故障過程中，由于幾個方面的問題同時出現(xiàn)，走了較多彎路。如外貿(mào)油換內(nèi)貿(mào)油、燃油CCAI值高于上限等，雖然問題有一定的偶然性，誤導(dǎo)了分析過程，但在燃油管理方面要特別引起重視。監(jiān)督加裝過程的每個環(huán)節(jié)，確保加裝油品質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時停用該批燃油，切換新批次燃油。

3.2經(jīng)常驗證各ICU的密封性，提前發(fā)現(xiàn)ICU存在的關(guān)閉不嚴(yán)和內(nèi)漏問題，做到早發(fā)現(xiàn)早解決。在出現(xiàn)問題后，可以通過切換輕柴油的方法輕易檢查出異常的ICU，因為輕柴油的低黏度會使ICU泄漏加劇，故障現(xiàn)象更為明顯，此方法簡便可行。在工作中還發(fā)現(xiàn)另一種判斷ICU工況的方法更為簡單可靠，在更換噴油器時，拆除高壓油管后對主機進(jìn)行盤車建立共軌壓力，此時即能觀察到ICU密封性是否良好，泄漏量的大小等等，此法簡便可行，可以作為平時更換油頭時的檢查項目，也可以在需要確認(rèn)故障時使用該方法。

3.3 當(dāng)出現(xiàn)某缸排溫高等異?，F(xiàn)象時，在更換噴油器和確認(rèn)排氣閥無故障后，應(yīng)及時進(jìn)行ICU替換操作以便及時排除故障，而不應(yīng)過分依賴噴射曲線和數(shù)據(jù)以及出現(xiàn)報警來確認(rèn)ICU故障。該型主機其實在傳統(tǒng)的柴油機的高壓油泵和噴油器之間增加了ICU，解決問題的時候應(yīng)及時更新思路，噴射曲線指示的只是電磁閥動作是否正常，流量活塞是否卡阻等信息，類似此次故障就無法給出報警提示。

3.4更換ICU后，需要充分放氣，也可能會出現(xiàn)流量活塞卡在末端問題等報警，解除報警后進(jìn)行各缸功率的平衡操作，之后主機可恢復(fù)正常運行。這次換的3個缸ICU，在充分放氣后，試驗動車初期仍然出現(xiàn)了兩個缸的報警和不動作，但在運行半小時后全部恢復(fù)正常。根據(jù)技術(shù)資料介紹，出現(xiàn)ICU的流量傳感器活塞卡在行程末端時，請注意：（1）卡住不一定是機械咬死，也有可能是共軌閥的動作失靈，燃油流量傳感器故障，相應(yīng)的FCM模塊故障或冷的控制油等原因；（2）當(dāng)用溫度較高的燃油工作一定時間或者降下共軌的壓力，有可能故障自動消除，一般不用急著更換ICU。同時也提醒我們盡量不要一次更換2個以上ICU，如果2個缸試車時同時出現(xiàn)不動作和不發(fā)火，會引起主機各缸功率極度不平衡，轉(zhuǎn)速出現(xiàn)較大波動。

3.5 由于ICU價格昂貴，一般情況下出現(xiàn)泄漏的是ICU中的ICV模塊，更換ICV就可以解決此類故障，可以節(jié)約較大的備件費用。

4 結(jié)束語

瓦錫蘭RT-flex主機是目前比較先進(jìn)的智能柴油機，該機型通過先進(jìn)的軟件和計算機控制噴射定時、噴油壓力、共軌壓力以及排氣閥定時等參數(shù)，能實現(xiàn)在各個負(fù)荷下的性能最優(yōu)化，排放最佳。同時提高柴油機可靠性和經(jīng)濟(jì)性，延長服務(wù)年限。在管理中尤其應(yīng)注意：

（1）噴射設(shè)備設(shè)計較為精密，需加強燃油品質(zhì)管理，從加裝燃油的源頭到具體的凈化使用管理，一定確保各個過程的嚴(yán)格規(guī)范管理，防止混入異物。

（2）加強共軌系統(tǒng)伺服滑油的清潔和管理，按規(guī)定時間清洗濾器，確保濾網(wǎng)無破損。

（3）平時加強運行中的曲線的檢查和參數(shù)管理，發(fā)現(xiàn)異常及報警及時解決，對數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，運用各種知識和智慧通過細(xì)心觀察，確保在故障初期就進(jìn)行介入處理。例如這次的故障，該型主機專用的服務(wù)軟件就沒給出任何報警和提示。

（4）此次故障原因是燃油系統(tǒng)組件出現(xiàn)問題，但故障現(xiàn)象卻反映在增壓器上，解決問題需開拓思路，透過現(xiàn)象看本質(zhì)，從源頭解決問題。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 胡井波.增壓器可變噴嘴控制系統(tǒng)的管理[J].航海技術(shù)，2012.04.

[3] 瓦錫蘭7RT-flex68-D說明書.endprint