淺析MAN B&W16/24柴油機(jī)的 典型故障及維護(hù)管理

曹曄 張勇 孔華杰

摘 要：MAN B&W16/24柴油機(jī)是MAN公司近幾年推出的新機(jī)型，在各船公司得到廣泛使用，但是該型機(jī)易出現(xiàn)氣閥斷裂的典型故障。本文對(duì)該故障發(fā)生的機(jī)理及MAN公司的改造方案進(jìn)行了分析研究，并結(jié)合筆者工作經(jīng)驗(yàn)，就維護(hù)管理提出針對(duì)性措施。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī);升級(jí)改造;設(shè)計(jì)缺陷;典型故障;維護(hù)管理

中圖分類號(hào)：U664.121? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2019）08-0077-02

MAN B&W 16/24柴油機(jī)是由MAN公司開發(fā)的一款較為先進(jìn)的柴油機(jī)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，使用可靠，從21世紀(jì)初開始裝船使用，得到各船公司的充分認(rèn)可和廣泛使用。

目前該機(jī)型有三個(gè)不同的版本即MKⅡ升級(jí)前版本、MKⅡ版本和排放二版本（TIER Ⅱ）。該機(jī)型可燃用燃料油和輕油，由空氣馬達(dá)啟動(dòng)，配備的增壓器為MAN NR12、NR15、TCR等系列，常用的主要有5缸、6缸、7缸、8缸等幾種機(jī)型。具有單位重量功率大、結(jié)構(gòu)緊湊、模塊化設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)先進(jìn)、維護(hù)管理簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

該機(jī)型優(yōu)點(diǎn)明顯，缺點(diǎn)也很突出。氣閥易斷裂，就是該機(jī)型的典型故障。氣閥損壞斷裂，落入氣缸，在活塞的高速反復(fù)撞擊下，造成活塞、氣缸蓋等相關(guān)燃燒室部件損壞。如果沒有及時(shí)停車，損壞的散落件還會(huì)隨排氣進(jìn)入增壓器，進(jìn)一步造成增壓器的損壞，產(chǎn)生的后果較為嚴(yán)重。

筆者專門就氣閥落入氣缸的問題，詢問了MAN公司的專業(yè)技術(shù)人員，得到的解釋與筆者的分析基本一致，即由于燃油的不完全燃燒導(dǎo)致氣缸排氣含有大量焦化燃油，排氣時(shí)排氣閥處于打開狀態(tài)，部分焦化燃油粘附到閥桿上，閥桿被黏住，在氣閥導(dǎo)管內(nèi)運(yùn)動(dòng)受阻，無法順利復(fù)位關(guān)閉，導(dǎo)致氣閥與活塞撞擊，最終氣閥被打斷而落入氣缸。

這個(gè)故障主要是由于燃料油的不完全燃燒引起，在使用燃料油的柴油機(jī)的剛起動(dòng)階段，系統(tǒng)中有部分殘油無法達(dá)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)的溫度，造成噴油器霧化不良，使燃燒不完全，所以這個(gè)故障多發(fā)生于柴油機(jī)起動(dòng)初期。

由于該機(jī)型本身爆壓較高（達(dá)到170bar），相對(duì)低速機(jī)而言氣缸的噪音較大，氣缸的不嚴(yán)重敲擊聲無法辨別，往往是在氣閥已經(jīng)斷裂掉入氣缸后才能被發(fā)現(xiàn)，此時(shí)的燃燒室部件，甚至增壓器已經(jīng)損傷。

該故障剛發(fā)生時(shí)比較隱蔽，一旦發(fā)現(xiàn)已產(chǎn)生嚴(yán)重后果。為了改善這一狀況，柴油機(jī)廠家對(duì)相關(guān)部件進(jìn)行了升級(jí)改造;對(duì)于未升級(jí)的柴油機(jī)，使用者可在日常管理方面采取針對(duì)性措施。

1 MAN公司對(duì)該機(jī)型活塞、進(jìn)排氣凸輪等部件進(jìn)行了升級(jí)改造

增加了活塞高度，減少了氣缸的余隙容積，將壓縮比由15.2增加到16.2。增加壓縮比的目的是為了提高壓縮終點(diǎn)時(shí)氣缸內(nèi)溫度，提升點(diǎn)火性能，使得冷啟動(dòng)時(shí)燃油能順利著火燃燒，減少了因不易著火造成的燃料油在氣缸內(nèi)的累積，增加焦化燃油的產(chǎn)生。

對(duì)進(jìn)排氣凸輪的線形進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和在活塞上增加氣閥避讓坑。將凸輪的高度降低，減少氣閥開啟高度，氣閥的開度由大于19mm降低到小于12mm;將凸輪最高部分延長(zhǎng)，延長(zhǎng)氣閥的全開時(shí)間，保持氣缸換氣效果。在活塞的頂部，氣閥相對(duì)應(yīng)的位置加工避讓坑，使氣閥在全開時(shí)不會(huì)碰到活塞。通過這兩項(xiàng)改造，讓氣閥在卡滯的情況下沒有與活塞相撞擊的可能性，即使在氣閥卡死的狀態(tài)下，活塞也不會(huì)接觸到氣閥。

將氣閥彈簧的彈力增加一倍，通過增加彈簧的彈力增加氣閥的關(guān)閉力，使得氣閥在有輕微卡滯時(shí)，仍能正常關(guān)閉，減少氣閥無法關(guān)閉的可能。

2 MAN B&W16/24柴油機(jī)未升級(jí)機(jī)型的管理

從故障產(chǎn)生機(jī)理來說，氣閥卡滯，主要是由于燃料油在氣缸內(nèi)不正常燃燒，產(chǎn)生的焦化燃燒產(chǎn)物引起。通常情況下，輕柴油不太可能產(chǎn)生這種物質(zhì)。因此，使用輕柴油該型機(jī)基本不會(huì)出現(xiàn)上述故障。但是，燃油成本是船舶運(yùn)營(yíng)的主要成本之一，使用燃料油仍然是大多數(shù)船公司的首要選擇。筆者結(jié)合多年船舶設(shè)備管理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)使用燃料油的未升級(jí)柴油機(jī)的維護(hù)管理，提出如下參考建議：

2.1保證燃料油進(jìn)機(jī)粘度

柴油機(jī)氣缸內(nèi)燃料油的燃燒是否充分，與燃料油的霧化顆粒是否細(xì)小、均勻有很大關(guān)系，這又受燃料油粘度的影響很大，粘度低霧化好，粘度高霧化差。燃料油的粘度和溫度是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，溫度高粘度低，溫度低粘度高，控制燃料油的粘度實(shí)際上控制的是燃料油的溫度。

一方面，該機(jī)型設(shè)計(jì)進(jìn)油口直徑約4mm，因此燃油的循環(huán)量很小，油溫保持有一定難度。另一方面，從設(shè)備的實(shí)際布設(shè)情況來看，供油單元到機(jī)旁一般都有一定的距離，有時(shí)管路會(huì)有數(shù)十米，如果燃料油管系的伴熱情況不佳，加熱后的燃油在從供油單元到柴油機(jī)的流動(dòng)過程中，溫度會(huì)下降較快，進(jìn)機(jī)的實(shí)際燃油溫度會(huì)遠(yuǎn)低于供油單元處的溫度，溫度的降低，使得燃油粘度升高，不滿足噴射條件，造成燃油的霧化不良，燃燒的惡化。因此在燃油系統(tǒng)的日常管理過程中，要保證燃油的進(jìn)機(jī)溫度在規(guī)定范圍：一要保證管路伴熱狀況的良好，勤檢查管路保溫層有無破損，伴熱管路有無泄漏，蒸汽流通是否通暢等;二要勤檢查燃油進(jìn)機(jī)溫度，機(jī)器的進(jìn)油管路溫度才最接近燃油噴射的實(shí)際溫度，應(yīng)該依據(jù)最接近機(jī)器的進(jìn)油管溫度作為參照，來調(diào)節(jié)燃油的加熱溫度，把燃料油的粘度控制在比較好的狀態(tài)。

2.2適時(shí)進(jìn)行燃料油和輕油的轉(zhuǎn)換

在柴油機(jī)使用燃料油停車狀態(tài)下，高壓油泵有燃油循環(huán)，但噴油器及高壓油管無法循環(huán)，這里面留存的燃料油溫度只有數(shù)十度，完全無法達(dá)到燃料油噴射霧化的理想粘度。起動(dòng)的時(shí)候，留存的油要全部噴入氣缸，后續(xù)供入的熱油在高壓油管及噴油器通過的初期還有一個(gè)傳熱降溫的過程，這些都將導(dǎo)致起動(dòng)時(shí)噴入氣缸的是霧化不佳的燃油，再加上對(duì)于160mm的小缸徑的機(jī)器來說，壓縮終點(diǎn)的溫度和壓力都比較低，所以在起動(dòng)初期氣缸內(nèi)的熱狀態(tài)非常差，噴入氣缸的燃料油絕大部分因無法完全燃燒，而產(chǎn)生焦化物。

正常工況下，氣缸熱狀態(tài)好，燃燒完全就不會(huì)發(fā)生上述的問題。那么，在柴油機(jī)氣缸狀態(tài)不佳時(shí)，最好使用輕柴油。一方面，輕柴油粘度小，容易霧化，著火性能好，燃燒充分;另外一方面，輕柴油比較純凈，所含成分不易產(chǎn)生焦化物，即便燃燒不良，也不會(huì)出現(xiàn)因燃燒不良而產(chǎn)生嚴(yán)重的焦化煙氣附著氣閥閥桿，引起氣閥卡死。筆者在對(duì)該類型柴油機(jī)管理過程中，采取了有針對(duì)性措施，一方面在柴油機(jī)正常工況下，將需要解列的柴油機(jī)換用輕柴油運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間再解列，停車;另一方面使用輕柴油起動(dòng)，正常并電帶負(fù)載后再換用燃料油。三年多來，再?zèng)]有發(fā)生過氣閥損壞落入氣缸的故障。

筆者以為，即便是升級(jí)的柴油機(jī)也需要采取上述操作措施。因?yàn)檫@樣的換油操作對(duì)進(jìn)排氣閥的工作有利。在燃燒不佳的情況下，燃料油的排出氣體含有的物質(zhì)有可能對(duì)氣閥閥桿產(chǎn)生影響，這種影響將導(dǎo)致氣閥關(guān)閉不嚴(yán)，容易導(dǎo)致氣閥和閥座的高溫?zé)龘p。從筆者歷來吊缸檢查的情況看，氣閥的燒傷現(xiàn)象比較嚴(yán)重，而采用這樣的操作后，氣閥狀態(tài)明顯改善。另外，這樣的操作還能減少了對(duì)增壓器噴嘴環(huán)及渦輪葉片的污染。

2.3合理控制負(fù)荷區(qū)間

筆者與柴油機(jī)制造廠家進(jìn)行過溝通，從他們售后服務(wù)的情況看，氣閥斷裂、燃燒室部件損壞等很多的問題，都發(fā)生于長(zhǎng)期使用燃料油的低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下。設(shè)備說明書明確規(guī)定，低負(fù)載下工作不得長(zhǎng)期使用燃料油。該機(jī)型正常工作時(shí)要保持一個(gè)相應(yīng)的負(fù)載運(yùn)行，低負(fù)載狀態(tài)下氣缸熱狀態(tài)差，非常容易導(dǎo)致氣缸燃燒室組件及氣閥閥桿結(jié)焦，從而導(dǎo)致嚴(yán)重后果的發(fā)生。這種機(jī)型，氣缸熱狀態(tài)對(duì)其工況影響非常大。負(fù)荷高，氣缸熱狀態(tài)自然就好，此時(shí)氣缸的磨損率非常低，曲柄箱會(huì)比較干凈。由于增壓器在高負(fù)荷段效率的提升，增壓壓力提升后，從氣閥導(dǎo)管泄漏的潤(rùn)滑油也會(huì)有大量的減少，這將是一個(gè)良性的循環(huán)。正常比較良好的狀況是在60%-85%負(fù)荷期間運(yùn)行，對(duì)機(jī)器的總體狀況的維持會(huì)比較好。低負(fù)載是該機(jī)型最忌諱的。因此，在日常管理中，要注意船舶負(fù)荷的合理配置使用，在多臺(tái)柴油機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，如負(fù)荷較小，要及時(shí)進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移，減少柴油機(jī)的運(yùn)行數(shù)量，或者使用較小功率的柴油機(jī)，提高柴油機(jī)的負(fù)荷使用率。如果無法進(jìn)行柴油機(jī)的調(diào)整，在負(fù)荷低于30%時(shí)，建議換用輕柴油。

隨著中國(guó)造船業(yè)的發(fā)展，各類進(jìn)口設(shè)備被廣泛地裝船使用。這些設(shè)備在使用的過程中多多少少會(huì)存在一些設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試方面的缺陷和瑕疵。作為設(shè)備的使用和專業(yè)管理人員，要充分把握設(shè)備性能，善于發(fā)現(xiàn)問題，展開系統(tǒng)分析和研究，采取科學(xué)的解決措施，保障設(shè)備安全高效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]王福根.船舶柴油機(jī)及安裝[M].哈爾濱工程大學(xué)出版社，2011.1

[2]黃政.船舶柴油機(jī)裝配與調(diào)試[M].哈爾濱工程大學(xué)，2010.1

[3]于敬來，盧恒榮.船舶柴油機(jī)[M].哈爾濱工程大學(xué)，2012.12

[4]丁宏.船舶柴油機(jī)操作與管理[M].上海浦江教育，2014.8

[5]張?zhí)煲?船舶柴油機(jī)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2017.8