导读
随着轮机管理日益智能化, 电子示功图测量设备在主机日常维护管理中能极大地简化工作量, 采集的数据资料也更加准确、直观,对分析主机性能显得尤为重要。
电子示功图能直观反映主机的燃烧性能,即通过分析电子示功图的数据、 确定主机的燃烧性能与循环变动情况(包括燃烧热力参数)。 [1]
某18万t散货船的主机为MAN B&W 6S70MC-C,额定功率为18 860kW,额定转速为 91r/min。
电子示功图的测量工具是 KAMY Diesel Analyzer 电子设备。
一、故障分析和排除
1、异常示功图查看
该散货船在秘鲁—宁波北仑航行时,主机第 6 缸排烟温度较其他缸偏高。
为查明原因,利用电子示功图分析发现第 6 缸示功图曲线以及测取的数据相对其他缸存在异常现象,见图1和2。
▲图1 气缸压力-曲柄转角
▲图2 气缸压力-气缸容积
示功图异常表明主机第 6 缸的燃烧性能存在极大隐患,为保证主机的正常运转,防止进一步发生故障损伤,着手查找原因。
由图 1 和 2 可知,主机 1~5 缸的燃烧性能比较接近,仅第 6 缸出现异常。
用不同负荷进行测量,结果都显示主机第 6 缸异常,缸内燃烧不良。
按故障处理的一般措施, 对主机进行外部检查和保养,包括喷油器换新、排气阀保养、扫气口检查和活塞环移位观察等,均未发现异常情况。
再次通过电子示功图分析仪测取示功图,问题依然存在。
如果盲目进行其他方面的拆解和故障排除, 很可能费事费力且不能有效解决。
若有效利用电子示功图,获取更多的缸内燃烧数据,则可以对示功图数据进行进一步的分析和管理。[2]
把示功图分为 A、B、C、D 4 个阶段:
A 阶段, 第 6缸压缩压力明显小于其他缸;B 阶段,第 6 缸最***发压力小于其他缸;
C 阶段, 第 6 缸产生严重的后燃现象;
D 阶段,第 6 缸换气“尾线”异常。
2、故障排查
首先分析 A 和 B 阶段。
引起缸内压缩压力和爆压低的原因包括:
VIT 调节失常;气缸漏气;扫气压力低,进气不足;排气阀定时异常等。 [3]
(1)VIT 调节失常。
主机 VIT 机构根据负荷自动调整喷油提前角,从而在部分负荷时能增大压缩压力和最***发压力,改善部分负荷的经济性[3]。
结合现场测取的 VIT 调节和油门齿条位置动作情况,第 6 缸 VIT调节处于正常位置,主机热工参数见表1。
(2)气缸漏气。
气缸漏气包括气缸盖漏气和活塞漏气。
气缸漏气会导致缸内压力不足,影响压缩压力,使得缸内燃烧不充分。
经检查, 缸盖外部并没有漏气现象,同时通过扫气箱的观察孔对活塞环进行观察,也未发现活塞搭口并成一线。
(3)进气效果不佳。
主机的扫气压力均由扫气箱进入缸内, 且由主机日志查得一段时间内的扫气箱压力一直保持在 1.8bar 左右, 经检查扫气箱以及扫气口清洁状况良好。
(4)排气阀定时异常。
排气阀定时异常不仅影响换气质量,而且影响缸内的压缩压力和温度。
由表 1 的数据可知, 第 6 缸最***发压力和压缩压力明显低于其他缸,排气温度相对较高,故障的相似程度极高。
由于柴油机燃烧属于缸内燃烧, 很难通过外部特征进行判断,需借助电子示功图进行更深层次的分析。
由此可以判定主机示功图异常最可能由排气阀定时失常引起。
二、故障分析与检修
引起排气阀定时失常的故障点主要有排气阀与液压执行机构两处。
在前期的排查过程中,已对排气阀进行过换新保养,可将排查检修的重点放在排气阀液压执行机构。
1、故障分析
由于 A 阶段第 6 缸的压缩压力明显小于其他缸,影响压缩终点的温度和压力,导致 B 阶段最***发压力低;
爆压降低延长缸内速燃期,使得喷入缸内的燃油不能在最短时间内充分燃烧,产生严重的后燃现象,即C 阶段的故障迹象;
缸内后燃严重,会在膨胀过程中不断燃烧,产生更多的废气,使得排烟温度明显高于其他缸;
当排气阀开启滞后,产生的废气就不能在排气阀开启的时间段内有效排除,尤其在扫气口打开时,缸内会留有一定压力的废气,导致进气不能完全置换废气,即D 阶段所显示的“尾线”异常现象,影响换气质量;
这样,在第二个燃烧循环过程中又导致压缩压力下降,形成恶性循环,影响主机的运转工况。
根据分析可以确定由于液压执行机构故障,导致排气阀开启时间过晚、关闭时间过早,显示电子示功图异常。
2、故障定位与检修
液压执行机构控制排气阀,配合完成柴油机的正常燃烧,形成正确的电子示功图。
液压执行机构由伺服活塞、液压缸、液压油管等 3 个部件组成 1 个 油空间,并通过单向止回补油阀及时补充该油空间内泄漏的滑油。
由于影响排气阀开启时间的主要原因是滑油油压不足,按由简至繁的原则对外部部件进行检查:
拆开外部连接管路,盘车检查液压机构动作,发现位于液压执行机构的单向止回补油阀存在泄漏, 单向止回补油阀见图 3 中 A 处。
▲图3 单向止回补油阀
按照说明书对补油阀反向接高压空气,确实存在漏气现象。
图 3 中补油阀的泄漏,导致液压执行机构供给排气阀的液压油流量和压力不足,使得排气阀开启相对滞后且开度不够 [4],影响废气排放;
同时,排气阀也会提前关闭,达不到利用新气置换废气的作用,缸内换气效果不佳;
进而导致压缩压力和爆发压力降低,产生严重的后燃现象,延长燃烧时间,使得排烟温度升高,阻碍扫气空气进入气缸。
在明确故障点后对补油阀进行换新,检查无泄漏。
再次利用电子示功图分析仪测量, 发现主机第 6 缸电子示功图异常消除,故障得到解决。
三、结束语
利用电子示功图发现主机缸内的燃烧存在异常,根据电子示功图并结合所测取的实时数据,快速、有效地解决主机运行中出现的故障, 确保主机达到良好的运行工况。
参考文献
[1] 李斌. 船舶柴油机[M]. 大连:大连海事大学出版社,2008:342.
[2] 李舜杰,刘东风,马天帅. 舰船主柴油机缸内过程监测与诊断技术研究[J]. 柴油机,2011(3):22-24.
[3] 刘建安. 船舶大型低速柴油机 VIT 机构研究[J]. 船舶标准化工程师,2014(2):25-29.
[4] 黄京松. 液压排气阀驱动系统故障分析及防范[J]. 航海技术,2007 (5):55-58.
原创作者系:
大连海事大学
张跃文、丁乐中、刘伊凡
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