上海海事大学船用电喷柴油机培训课题组
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0 引言
发电柴油机作为船舶电力供应系统的原动机, 具有转速高、负荷交变、扫气压力低等特点。随着发电柴油机使用年限的增加, 加上管理欠缺, 其故障率不断提高, 其中排烟温度高是最为典型的故障之一。故障原因有供油系统和燃烧系统进、排气系统故障等, 容易造成发电柴油机功率下降而并机运行, 不仅增加船舶营运成本, 而且给船上带来过量的维修工作。笔者介绍某船发电柴油机排烟温度高故障排除实例, 供同人参考。
1 故障描述
笔者所在船舶为灵便型大型船舶, 3台副机为YANMAR柴油机, 转速900 r/min, 额定功率650kW, 总运行时间均在5万h左右。No.3副机工况正常, 能单机航行;No.1和No.2副机由于其排烟温度过高, 航行时须并机运转。3台副机检修前运行参数见表1。
表1 3台副机运行参数对照表 (检修前)
为改善No.1和No.2副机工况, 船上进行常规作业:清洁研磨缸头, 解体、清洁、检查高压油泵, 更换柱塞偶件, 解体油头, 检查泵压, 调校启阀压力, 定时检查调整喷油, 解体透平并清洁除炭, 换新喷嘴环, 化学浸泡并清洗空冷器, 清洁扫气箱内部并除泥等。但结果并不理想, No.1和No.2副机工况未见明显好转, 仍然无法单机航行。
2 故障分析
从柴油机的结构及工作原理出发, 分析得出影响柴油机排烟温度主要因素有以下几点: (1) 进、排气阀关闭不严; (2) 进、排气通道 (包括空冷器通道) 脏堵; (3) 高压油泵和出油阀严重磨损; (4) 喷油器雾化不良; (5) 喷油定时迟后; (6) 增压器故障; (7) 活塞环密封不良; (8) 进、排气阀定时不正确。根据No.1副机检修记录, 该副机在前不久刚做过常规吊缸检修, 专业厂家曾解体透平, 并清洁检查气道 (扫气温度不是很高) , 高压油泵柱塞偶件换新不到1 500 h, 喷油定时已由说明书规定的10°调整为12°, 但副机状况仍然没有得到改善。再次吊出缸头并解体检查, 发现进、排气阀密封线良好, 阀座也没有明显的麻点、凹坑和变形, 但仔细观察发现No.2、5、6缸进、排气阀阀座与其他3缸稍有不同, 阀座内凹约1 mm, 排气阀平面与缸盖底面的尺寸较其他3缸大, 见图1。
图1 下陷后的排气阀和阀座
在柴油机运转过程中, 排气阀与阀座不断敲击研磨, 加上气缸内高温燃气腐蚀, 导致排气阀和阀座产生磨损, 阀座内圈下陷。若吊缸时未及时更换排气阀和阀座, 则增加相应燃烧室容积, 降低柴油机的压缩比, 从而降低气缸的压力和温度, 导致后燃和燃油燃烧不充分, 柴油机排烟温度将会明显升高。根据该船副机技术资料和测量数据, 计算排气阀阀座的磨损对压缩比的影响。该船副机缸径200mm、活塞行程300 mm、厂家设计压缩比14, 由此计算气缸总容积Va=9 420 000 mm3。再根据柴油机几何压缩比计算公式ε=Va/Vc, 得出原始气缸压缩室容积Vc=672 857.14 mm3, 阀座磨损下陷1 mm后压缩室容积V'c=672 857.14 mm3+28 655.64mm3=701 512.78 mm3。因此, 磨损后柴油机压缩比变为13.42, 减小近0.6, 对柴油机工况产生影响。立即更换3个气缸排气阀和阀座, 装复后在相同负荷下试车, 较更换前柴油机总体排烟温度下降约15℃, 副机工况有所改善, 但仍无法单机运行。进一步缩小故障范围, 排除供油系统、燃烧系统、进排气通道脏堵等故障, 最后将故障锁定气阀定时。轮机主管人员通常重视气阀间隙调整, 而较少关注气阀定时, 认为只要气阀间隙正确就能保证气阀定时。其实不然, 老龄船由于副机使用年限的增加, 副机滑油油质不达标, 其进、排气凸轮有效行程磨损严重, 几何形状发生变化 (基圆处因受力较小, 磨损并不明显, 轮机员平时对气阀间隙常规检查时并不能发现异常) , 导致气阀晚开早关, 气缸内进气量减少、排气不净, 换气质量变差, 燃油燃烧不充分, 排烟温度升高。
打开并检查凸轮轴箱, 发现整台副机凸轮存在轻重程度不同的磨损, 磨痕清晰、明显, 有的凸轮还出现腐蚀剥落。按照说明书上的步骤, 在缸头上安装千分表, 手动盘车并检查各缸排气阀启、闭时刻, 对应飞轮上的角度得出结果:进气阀在上止点前35°左右开启, 下止点后15°左右关闭;排气阀在下止点前30°左右开启, 上止点后32°左右关闭。与说明书上参数对比, 换气角度远小于正常值, 见表2。
表2 柴油机气阀正时变化对照
3 故障排除
由于船上缺乏配件凸轮, 最终决定通过改变气阀间隙来改变气阀定时。柴油机的气阀间隙是为保证排气阀阀杆在受热伸长后能够严密关闭而留下的, 一般柴油机都有足够大的冗余量, 如果在确保排气阀足够膨胀空间的前提下, 适当减小冷态气阀间隙, 那么可以弥补由凸轮磨损带来的缺陷。分几次将气阀间隙由原来的0.35 mm逐步调整为0.25mm, 以排气阀在运行中的敲击声为依据, 防止出现排气阀无法关闭的情况。反复启停副机试验, 经过多次空载运转确认后, 最后带负荷试验观察, 发现排烟温度下降约30℃, 副机工况良好, 恢复单机航行。根据No.1副机故障排除经验, 对No.2副机进行同样的检查和处理, 目前该船3台副机工况均正常, 副机运行参数见表3。
表3 3台副机运行参数 (检修后)
4 建议
(1) 加强副机滑油的日常分离和净化, 定期化验, 确保油质;定期清洗滑油滤器, 检查滤器的完整性、有效性;检修副机时, 应确保滑油通道清洁畅通, 严防进入异物。(2) 长期低负荷运行、变负荷运行的副机, 建议4 000 h左右解体副机并更换缸头, 适当缩短透平解体时间, 从而保证良好的换气质量。(3) 副机持续低负荷运行时, 建议换用轻油燃烧, 且持续低负荷应≥20%额定负荷, 尽量让副机在高负荷下运转。(4) 按规定时间测取爆炸压力和压缩压力, 及时调整各缸负荷, 保持各缸功率均匀, 定期检查、测量气阀间隙, 定期解体清洁油头、泵压试验。(5) 注意并及时调节油温、水温、油压、水压, 始终保持其在正常范围之内。[1]胡丁山.发电柴油机排烟温度异常故障排除实例[J].航海技术,2018(06):44-45.
