0 引 言
现代船舶主机设计更加自动化、智能化,轮机管 理人员也更容易进行排气阀故障监测和故障排 除'3.发电柴油机是机舱的重要设备之一,其喷 油、排气传动机构大多为机械式,使得故障难以全面 监测,故障征兆也不易被发现。
考虑到成本,发电柴油机的燃料大多为劣质重 油,燃烧状况恶劣,若管理不当极易发生故障。目 前,机械式驱动机构的发电柴油机排气阀故障排除 文章较少,本文以某发电柴油机排气阀故障为例,详 细分析故障成因和排除方法,为轮机管理人员提供 参考。
1发电柴油机工作原理
某船发电柴油机为四冲程柴油机,机型为MAN 5L16/24,缸头无示功阀,燃烧的重油型号为 HFO 380 cSt。发电柴油机工作原理为:在吸气冲程中气 缸吸入新鲜空气;在压缩冲程中空气温度急剧升高; 在压缩冲程末期,燃油经喷油器雾化后喷入燃烧室, 与空气混合成可燃气体后发火燃烧。柴油机喷油器 示意见图1。
高压燃油由进油口进入喷油器,经油道流入针 阀下部;燃油压力作用于针阀圆锥面上,对针阀产生 向上的推力;当压力高于喷油器启阀压力时,针阀克 服调压弹簧弹力向上运动,高压燃油经细小喷孔雾 化喷入燃烧室。启阀压力主要由调压弹簧压缩程度决定,其大小可采用旋转调压螺钉的方式进行调节。当燃油压力低于喷油器启阀压力时,在调压弹簧的 作用下针阀复位,停止喷油。燃油在燃烧室内燃烧, 在做功冲程中将能量传递出去;燃烧废气在排气冲 程中经排气阀排出(见图2).
凸轮转动,顶头离开基圆轮廓推动顶杆向上运 动,在摇臂的杠杆作用下,排气阀克服弹簧弹力向下 运动,排气阀打开,废气排出。为防止废气经导管与 阀杆之间的间隙窜入摇臂罩中,导管上部设置橡胶 圈,但该装置减小摇臂油进入间隙,增大阀杆与导管 间的摩擦磨损。导管承受摇臂引起的侧推力,还起 到排气阀散热的作用。
2故障现象
该船某航次从塞内加尔驶往阿根廷途中,为对 连续运行1周的2号发电柴油机进行日常维护保 养,决定启动1号发电柴油机发电(此台机器吊缸 后运行时间为350 h).在启动过程中,1号发电柴 油机连通启动空气,可以正常转动;但切断压缩空气 后,发电柴油机无法正常启动,且No.3缸的缸头处 有异响。停止启动1号发电柴油机,打开摇臂罩,旋 出排气阀调节螺钉,发现下部球头损坏;拆除摇臂机 构,拉出顶杆,发现顶杆已严重弯曲变形。根据上述 现象,可判定故障为排气阀卡阻。
排气阀卡阻的主要原因:一方面,排气阀阀杆与 导管之间间隙过小,受热膨胀后二者的间隙过盈发 生卡阻;另一方面,当阀杆发生弯曲变形时也会使阀杆卡阻在导管中'。因为1号发电柴油机在停机前 可以工作,停车一段时间再次启动才出现排气阀卡 阻,所以排气阀阀杆与导管之间间隙过小或阀杆弯 曲变形并非故障原因。
3故障排除及分析
对1号发电柴油机No.3缸缸头进行吊装。缸 头被吊起后,气缸盖下表面见图3.进、排气阀盘上 附着有大量重油和燃烧产物,这是因启动时喷油器 喷出的重油未燃烧造成的。
拆出进气阀后发现,进气通道内同样附着有大 量油污,这是因为进气阀在排气冲程末期提前开启, 气缸内高压将油雾和杂质排入通道,长期积累形成。排气阀卡阻在导管中,强力拆出排气阀后发现橡胶 圈老化变硬,失去弹性(见图4).阀杆及阀盘上表 面沉积过量的聚合物,导致排气阀卡阻。显然,这些 聚合物是由燃油燃烧不良、高温结焦造成的。
导致船舶柴油机燃烧不良的原因有很多,如燃 油品质、换气质量、喷油提前角、气缸热状态等,但比 较常见的原因是喷油器雾化不良。喷油器的针阀偶 件和喷油嘴距燃烧室较近,易受高温,同时针阀与阀 座频繁撞击,因此在柴油机运行过程中喷油器易发 生故障,造成雾化不良、燃烧变差。
造成喷油器雾化不良的原因有针阀座磨损下 沉、针阀磨损或喷孔磨损、积碳阻塞、高温裂纹以及 启阀压力低等。因此,在雾化试验台上对No.3缸 喷油器进行轻油雾化试验,发现油雾细腻均匀,并无 明显异常。据主管轮机员介绍,该缸喷嘴更换不久, 喷孔、针阀座及针阀出现故障的可能性不大。
考虑到实际工作中,发电柴油机喷油器喷射出 的是高温劣质重油,轻油雾化正常不代表重油雾化 同样正常,因此怀疑喷油器启阀压力低造成重油雾 化不良。
喷油器长期工作后,启阀压力会因调压螺钉松 动,弹簧松弛、折断或卡滞等发生变化。因启阀压力 对燃油雾化质量影响较大,故柴油机说明书有严格 规定,不同机型的启阀压力值为20~35 MPa'³.在 雾化试验台上对启阀压力进行观察,当柴油压力近 35 MPa时,喷油器开始喷油,与主管轮机员设定的 启阀压力35 MPa十分接近;为准确得到规定的启阀 压力,又查阅该柴油机的使用说明书,发现针阀启阀 压力为42 MPa,比设定值高出7 MPa,比一般机型的 柴油机启阀压力大。
重新调整启阀压力,更换顶杆、调压螺钉、排气 阀等,装复后重新启动1号发电柴油机,可以正常启 动、运转;空载运行一段时间,发电柴油机各缸的排 烟温度、缸套水温度无异常;并车解列,1号发电柴 油机负载运行正常;1周后,停车检查No.3缸,缸内 无明显燃烧杂质,燃烧室、进排气通道无油污,排气 阀正常启闭,阀杆无结焦。因此,该起故障的根本原 因为启阀压力低。
(1)主管轮机员设定喷油器启阀压力为35 MPa,低于说明书的规定值42 MPa,造成喷油量增 加,重油雾化不良,燃烧不充分,积碳量增加。
(2)柴油机在重负荷下高压油管压力脉动大 喷油器启阀压力低会造成'二次喷射',使燃烧更加 恶化。
(3)喷油器启阀压力低造成闭阀延迟,柴油机 后燃期延长,排烟温度升高,排气阀热负荷增加。
(4)重油及燃烧产物在排气阀阀杆上沉积,造 成阀杆与导管润滑不良,导管、橡胶圈磨损加剧,间 隙增大,排气阀散热受阻。
(5)橡胶圈在较高温度下老化变硬,失去弹性 丧失密封作用,导致废气上窜,摇臂油下渗,高温积 碳,造成卡阻。这在其他排气阀卡阻故障原因中十 分常见。
(6)柴油机燃烧劣质重油,易生成硫、钒、钠等 的氧化物及这些氧化物生成的盐和聚合物。这 些燃烧产物随废气进入导管中,在高温下处于熔融 状态,造成“高温腐蚀',在低温下则处于凝固状态。这也是停车一段时间后再次启动发电柴油机发生排 气阀卡阻的主要原因。
4结束语
MAN 5L16/24型发电柴油机缸头无示功阀,启动冲车时,无法判断气缸内有无积油积水、杂质异物 等;运行时,无法测量示功图观察燃烧、爆压情况,对 及时发现排气阀故障征兆带来很大障碍。排气阀常 见故障有烧损、高温腐蚀、密封锥面磨损过快、排气 阀卡阻等,除机械设计、制造和材质外,这些故障多 与燃油质量、雾化燃烧情况有关。因此,减少排气阀 卡阻等故障发生的主要措施为避免喷油器雾化不 良、燃烧恶劣,及时发现故障征兆,排除潜在危险。 轮机管理人员应注意以下事项。
(1)MAN 5L16/24型发电柴油机无示功阀、喷 油器启阀压力高于常规机型,排气阀故障的客观原 因是喷油嘴启阀压力设定错误,主观原因却是主管 轮机员严重失职。因此,轮机员在管理工作中应摒 弃经验主义和不严谨的工作态度,及时查阅设备说 明书,防止由人为因素造成的故障。
(2)雾化试验台采用轻柴油进行雾化试验,并 不能完全模拟喷油器在燃烧室中的喷油情况,更不 能完全模拟重油雾化情况。设定喷油器启阀压力时 应严格执行柴油机说明书要求,并按照说明书要求 定期检查喷油器启阀压力和喷油雾化情况,及时更
换喷油器喷嘴。
(3)在柴油机运行过程中,密切注意排烟温度、
缸套水出口温度的变化,气缸有无异常声响和振动等
(4间隙调压螺钉的锁紧螺母有无 松动等。
(5)定期检查进、排气阀阀杆与导管的配合情 况,若间隙过大,则应成套换新,杜绝单个更新。
参考文献
【1] 张波。瓦锡兰RT-Flex 60C主机排气阀故障1例[J】.航海技 术,2015(3): 57-59
【2] 袁建斌。Wartsia 5RT-Ale58T-D型柴油机排气阀故障[J】.航 海技术,2015(5): 49-51.
【3】 张建飞,李增林,侯新峰,等。MAN B&WMC-C主机冷却水 不足致排气阀渗油故障及解决[J].航海技术,2014(3): 60- 62
【4] 李斌。船舶柴油机[M】.大连: 大连海事大学出版社,2008
【5] 黄少竹。船舶柴油机[M】.大连: 大连海事大学出版社
【6] 孙培廷。船舶柴油机[M】.大连: 大连海事大学出版社 2002
作者简介:魏鹏,轮机长,(E-mail)weipeng0925@ sina.com
联系客服
