航浚4006輪主機(jī)增壓器改造研究與應(yīng)用

彭光明，聞長(zhǎng)生

(中交上海航道局中港疏浚有限公司，上海 200120）

1 改造背景

航浚4006輪為我司1975年在日本三菱下關(guān)船廠建造的自航耙吸挖泥船，采用雙機(jī)雙槳驅(qū)動(dòng)，主機(jī)制造商：日本神戶株式會(huì)社，型號(hào)：6UET 45/80D×2臺(tái)，增壓器型號(hào)：三菱MET350×4臺(tái)，因原增壓器已經(jīng)使用超過(guò)42年，設(shè)備老舊，使得主機(jī)存在燃燒工況差，燃油消耗大，增壓器主要的維修備件停產(chǎn)等弊端。航浚4006輪雖然船齡超過(guò)42年，但是該船整體設(shè)備狀況較好，因吃水小工程適應(yīng)性強(qiáng)，公司為了更好地發(fā)揮該船舶的效率，正常執(zhí)行增壓器的維護(hù)保養(yǎng)，提出了是否可以通過(guò)對(duì)主機(jī)4臺(tái)增壓器進(jìn)行重新選型和改造，從而快速提高該船的整體經(jīng)濟(jì)效益的設(shè)想。

2 計(jì)算、分析和選型

根據(jù)航浚4006輪主機(jī)相關(guān)的技術(shù)參數(shù)（表1），進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算和分析。

主要的計(jì)算結(jié)果如表2。

運(yùn)用計(jì)算結(jié)果和市場(chǎng)上在用的成熟增壓器產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)進(jìn)行匹配和選型，并考慮到改造的成本因素，其中ABB公司的VTR321增壓器更符合我們的綜合要求。根據(jù)匹配結(jié)果:航浚4006輪主機(jī)（型號(hào)：6UET45/80D）選用VTR321增壓器（規(guī)格：F6T26．2DH2CH120)在轉(zhuǎn)速182r/min時(shí)，增壓器的總效率可以提高到60%左右,排溫在原增壓器的基礎(chǔ)上可以下降15℃左右，掃氣壓力能提高到0．175bar以上。

對(duì)在用的老舊增壓器進(jìn)行整體換新，這是目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的一種方式，分析其更換的目的主要有三點(diǎn)。

表1 主機(jī)相關(guān)的技術(shù)參數(shù)表

（1）以新型的高效率增壓器替代舊型增壓器并配之以調(diào)整噴油定時(shí)，提高低轉(zhuǎn)速下的增壓壓力，最大燃燒壓力和柴油機(jī)的平均有效壓力，改變?cè)鰤浩鞯呐錂C(jī)點(diǎn)（向低轉(zhuǎn)速工況下移動(dòng)）等各項(xiàng)措施，從而大幅度的降低燃油消耗率（可達(dá)14g/kW·h)和船舶運(yùn)行的燃油費(fèi)用。

（2）以信譽(yù)卓越、售后服務(wù)優(yōu)良和價(jià)格適中的增壓器產(chǎn)品替代在這方面沒(méi)有優(yōu)勢(shì)的增壓器，從而保證船舶正常運(yùn)行，并且提高運(yùn)行的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

表2 主機(jī)相關(guān)的技術(shù)參數(shù)計(jì)算結(jié)果表

（3）改善柴油機(jī)在部分負(fù)荷下以及啟動(dòng)和加速時(shí)的性能。

有專家認(rèn)為，只要符合上述三個(gè)目標(biāo)中的第一或第二個(gè)目標(biāo)要求，就可以做出增壓器換新的決斷，以VTR321增壓器更換MET350增壓器的做法，首先是以第二個(gè)目標(biāo)為決斷依據(jù)的，但同時(shí)第一和第三個(gè)目標(biāo)也得到了改善。

3 改造前后實(shí)際效果對(duì)比

首先，在增壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和維護(hù)修理方面，VTR321增壓器的渦輪和壓氣機(jī)的布置，沿用可靠性高的外支撐轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與MET350的內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相比，最大的特點(diǎn)是可使用滾動(dòng)軸承和自供潤(rùn)滑的方式，從而在增壓器的運(yùn)行可靠性、工作特性、維護(hù)保養(yǎng)、修理時(shí)的備件供應(yīng)、維護(hù)修理費(fèi)用等方面給VTR321增壓器帶來(lái)了具有決定性的優(yōu)點(diǎn)。

（1）VTR321增壓器采用外支承的結(jié)構(gòu)后，對(duì)軸承的觀察、檢查、拆裝和更換帶來(lái)了很大的方便，在不拆卸轉(zhuǎn)子和聯(lián)接管的情況下，從壓氣機(jī)和渦輪端可方便地拆卸軸承。MET350增壓器采用內(nèi)支承滑動(dòng)軸承拆卸時(shí)，必須先拆卸壓氣機(jī)葉輪和轉(zhuǎn)子軸，這個(gè)缺點(diǎn)對(duì)大型增壓器維修帶來(lái)了較大的困難度。

（2）VTR321增壓器的外支承結(jié)構(gòu)便于軸承潤(rùn)滑油的冷卻，壓氣機(jī)端的潤(rùn)滑油由壓氣機(jī)吸入的新鮮空氣直接冷卻，渦輪端的潤(rùn)滑油則用水管冷卻，所以軸承工作溫度低，所需的潤(rùn)滑油也少；MET350增壓器的內(nèi)支承軸承位于無(wú)水冷卻的高溫渦輪進(jìn)氣渦殼和壓氣機(jī)葉輪之間，潤(rùn)滑油受到大量的輻射熱和渦輪轉(zhuǎn)子傳入的熱量，工作條件惡劣，不得不加一套冷卻循環(huán)系統(tǒng)，另外內(nèi)支承結(jié)構(gòu)對(duì)氣封和油封布置也較困難，降低了密封的可靠性。

（3）VTR321增壓器采用滾動(dòng)軸承，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)摩擦損失小，尤其在低轉(zhuǎn)速時(shí)更為明顯，因此，柴油機(jī)在啟動(dòng)、低負(fù)荷時(shí)的加速性能將得到明顯改善。

（4）VTR321增壓器自帶離心式圓盤潤(rùn)滑油泵及油池，實(shí)現(xiàn)自供潤(rùn)滑方式，柴油機(jī)運(yùn)行中不必?fù)?dān)心斷油而引起增壓器軸承支承面的燒壞和表面金屬剝落；MET350增壓器的滑動(dòng)軸承采用外部潤(rùn)滑方式，潤(rùn)滑油來(lái)自柴油機(jī)的滑油系統(tǒng)，且需仔細(xì)過(guò)濾。此外，在柴油機(jī)的運(yùn)行操作中，帶來(lái)許多麻煩，啟動(dòng)時(shí)必須先向軸承供油，停車后，需繼續(xù)向軸承供油，否則從渦輪轉(zhuǎn)子傳入渦輪端軸承的熱量將使軸承中的潤(rùn)滑油過(guò)熱，造成積碳。

（5）VTR321增壓器采用滾動(dòng)軸承，軸承座上安裝有彈性減震片以吸收轉(zhuǎn)子的震動(dòng)能量，有利于延長(zhǎng)軸承的工作壽命，并使增壓器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。此外采用了潤(rùn)滑油雜質(zhì)離心分離器，以保證滾動(dòng)軸承對(duì)潤(rùn)滑油清潔度的較高要求。

（6）VTR321增壓器采用了水冷渦殼，減少了熱輻射，有利于降低機(jī)艙溫度，改善船員工作條件；MET350增壓器采用非冷卻的渦輪蝸殼，增加了熱輻射。

（7）VTR321增壓器配件生產(chǎn)已經(jīng)系列化、專業(yè)化和國(guó)產(chǎn)化，價(jià)格較低；MET350增壓器的配件（軸承、氣封、油封、轉(zhuǎn)子、蝸殼等）供應(yīng)困難，該種型式增壓器國(guó)內(nèi)無(wú)專業(yè)生產(chǎn)廠，少量甚至單個(gè)配件來(lái)樣訂貨時(shí)往往不接受，即使接受，也供應(yīng)周期長(zhǎng)，價(jià)格貴，無(wú)法滿足檢修要求。

（8）VTR增壓器在國(guó)內(nèi)外均有素質(zhì)良好的維修服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)，對(duì)用戶十分方便；多數(shù)維修人員對(duì)MET增壓器的結(jié)構(gòu)不熟悉，加上轉(zhuǎn)子內(nèi)支承結(jié)構(gòu)的拆檢工作量大，維修費(fèi)用大。

（9）VTR321增壓器渦輪壓氣機(jī)綜合絕熱效率達(dá)0．61，它采用了按20世紀(jì)80年代中期新研制4系列增壓器的F型改進(jìn)型壓氣葉輪。在壓氣機(jī)特性圖上喘振線平坦，與柴油機(jī)的配合運(yùn)行線與壓氣機(jī)喘振線平行。因此，在柴油機(jī)全負(fù)荷和部分負(fù)荷時(shí)壓氣機(jī)均能在高效工作區(qū)，根據(jù)一般統(tǒng)計(jì)，僅就增壓器效率的提高一項(xiàng)措施的結(jié)果可對(duì)二沖程柴油機(jī)降低燃油消耗率1～3g/kW·h。所以改用VTR321增壓器后，對(duì)降低船舶營(yíng)運(yùn)的燃油費(fèi)用也帶來(lái)好處。

另外，我們通過(guò)航浚4006輪在黃驊港航道維護(hù)疏浚工程施工過(guò)程中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，采集數(shù)據(jù)如表3和表4。

通過(guò)改造前后采集數(shù)據(jù)對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)主要有以下幾點(diǎn)變化：

（1）主機(jī)高負(fù)荷時(shí)掃氣壓力明顯上升，供氣更加充分，從而有利于柴油機(jī)的燃燒，氣缸排氣溫度有所下降，煙色明顯好轉(zhuǎn)，主機(jī)熱工工況比改造前有很大改善。

（2）主機(jī)重載航行時(shí)在用轉(zhuǎn)速比改造前有所提高，爆炸壓力提高明顯，主機(jī)的功率能夠更好地發(fā)揮出來(lái)。

（3）重載航行時(shí)船速比改造前有所提高，從而縮短了船舶的挖泥周期，提高了船舶的經(jīng)濟(jì)效益。

表3 主機(jī)主要運(yùn)行參數(shù)（改造前）

表4 主機(jī)主要運(yùn)行參數(shù)（改造后）

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)航浚4006輪主機(jī)增壓器的改造，改善了主機(jī)的燃燒工況，使得主機(jī)的功率能更好地發(fā)揮出來(lái)，縮短了疏浚船舶挖泥周期，提高了船舶施工的經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)新增壓器的維護(hù)管理更加方便，備件供應(yīng)更加便捷，維修服務(wù)更加成熟，維修成本更加便宜。改造后，新增壓器在實(shí)際應(yīng)用中，達(dá)到了公司預(yù)想的各項(xiàng)要求，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)有限的投入快速提高船舶的整體經(jīng)濟(jì)效益。

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