主機運行參數異常問題的分析與解決

浙江省船檢局 舟山市船舶檢驗處 舟山 316000

船舶在營運期間，必須按操作規程與技術要求對主機精心維護與使用，盡量使主機處于良好的工作狀態，以保證主機的可靠性和使用壽命，提高船舶的安全性，降低船舶的維修成本。然而在檢驗過程中時常會碰到主機運行參數異常的情況，故有必要從實踐的角度對存在的問題進行分析和探討，以保證主機處于良好的工作狀態。

1 原因分析

船舶在營運期間，主機運行參數異常通常表現為各缸的排氣溫度偏高或偏低；最高爆發壓力偏高或偏低；冷卻水高溫；滑油低壓；各缸相互間工況參數不均勻等。主機運行工況異常就反映為這些參數中的一種、兩種或兩種以上參數組合的異常[1-3]。

1.1 實例

某3 000 t級2004年建造的沿海散貨船主機型號為G6300ZC16Bs；額定功率為1 471 kW；額定轉速為575 r/min；該機為右機，氣缸編號從飛輪端開始。檢驗試航過程中主機在470 r/min時測得各缸排溫和爆壓，見表1。

表1 主機航行試驗記錄

=352 ℃；

=9.74 MPa。

船舶檢驗以及該柴油機使用說明書中規定：

壓縮壓力Pc,偏差ΔPc不超過±2.5%；

爆炸壓力Pz,偏差ΔPz不超過±4.0%；

排氣溫度Tr,偏差ΔTr不超過±5.0%；

指示功率Pi,偏差ΔPi不超過±2.5%。

相關技術人員都是通過對主機各缸的工況參數來分析各缸工作過程的均勻性，進而判斷主機的工作狀況。因為各缸工作不均勻不但影響柴油機運行的動力性和經濟性, 還將引起振動噪聲、零部件磨損以及受熱部件的熱負荷加劇。所以制造廠常常通過嚴格控制主機零部件尺寸、加工和安裝精度以及調整有關參數的一致性來達到各缸工作過程的均勻性，以實現主機設計的性能。而運行中的主機, 由于其零部件的磨損、變形、結垢、松動、裝配間隙的改變, 以及一些參數不匹配，維護使用不當等因素往往導致各缸工作過程的均勻性發生變化，并以運行參數異常的形式表現出來，從而影響主機的正常工作。對比可知:

1) 各缸排氣溫度均高于設計平均值；最高爆發壓力均低于設計值。

2) 各缸排溫和爆壓不一致，有較大偏差。

3) 平均排氣溫度偏差

=3.53%

同理，平均爆壓偏差ΔPz

=-2.6%

總偏差尚能滿足《規范》要求。

4) 第6缸排溫偏高

=5.88%

爆壓偏低

=-4.3%

該缸問題應立即予以解決，其余各缸排溫和爆壓偏差未超過《規范》要求，尚能工作，但情況已不理想。

1.2 主機排溫和爆發異常主要原因

1) 燃油規格不當，品質差，預處理不充分，分油不凈。

為了控制成本，很多不具備燃用重油的船舶主機也在進行輕改重的改造。這樣主機實際使用的燃油很難達到主機出廠時技術指導書上所要求使用燃油的規格和牌號，致使噴入氣缸內的燃油所形成的噴霧及噴柱與燃燒室的類型、結構和余隙高度就可能不匹配，從而影響燃油燃燒的完善程度。再者，燃油品質低，自燃性能差，滯燃期長，運動粘度高，霧化質量差，發火困難，燃燒不完善，如果加熱溫度又不當，粘度控制不佳，預處理不充分，分油不凈，使每個工作循環噴入氣缸里的燃油因霧化不良而不能充分燃燒且燃燒滯后，導致燃燒過程后移而使排溫升高、爆壓降低。

2) 各缸噴油定時、噴油壓力和噴油量不當。

若噴油定時過晚，噴油提前角太小，噴射延遲，燃燒滯后，后燃嚴重。即使噴油定時不變，若使用的燃油牌號不同，也將使燃燒過程和燃燒持續的時間發生改變。特別是對于燃燒重油，因其品質差，粘度高，在缸內霧化質量差，發火困難，相對于輕油，則定時偏晚，所以油品變了噴油定時也應做相應調整，否則，原有的定時相對于現有的油品來講就非最佳而顯不當。再者，若噴油定時正確，而總噴油量調節不當或各缸所對應的噴油泵油量調節齒條調節得不一致而使供油量不均；噴油嘴漏油；噴油器啟閥壓力調節失衡或噴油器彈簧預緊力不足，啟閥壓力偏低，這些都將造成噴油壓力和噴油量的改變。

3) 氣閥間隙、氣閥定時不當。

對于四沖程柴油機和氣口-氣閥直流掃氣式二沖程柴油機，氣閥留有一定間隙的目的是留有氣閥熱膨脹的余地。若氣閥間隙過小，則將導致氣閥受熱后因膨脹不足使閥面與座面關閉不嚴而漏氣；若氣閥間隙過大，則將使氣閥定時改變為晚開、早關，引起換氣持續時間縮短，換氣質量下降，致使燃燒過程后移，引起后燃嚴重。對于氣閥定時，若定時過早，進氣閥將因開啟過早而發生廢氣倒沖入進氣管而影響換氣質量，同時排氣閥因開啟過早而使膨脹功損失增加；若定時過晚，將導致換氣時間縮短，換氣不充分，換氣質量差，使燃油燃燒的及時、完善性受到影響。還應考慮到主機在長期運行過程中由于振動而導致氣閥調節螺釘和鎖緊螺母松動，造成氣閥間隙改變，引起定時改變。這些情況將可能導致主機排溫升高、爆壓降低。

4) 氣缸進氣量改變或排氣閥漏氣。

若廢氣渦輪噴嘴環因過熱而變形，使得流通面積增加，導致廢氣流出噴嘴環時流速不足，沖擊葉輪的動力下降，使廢氣中的熱能轉化為機械功的量減少而使壓氣機壓縮空氣的能力下降；或者增壓器噴嘴污染結垢，渦輪葉片結炭，擴壓器葉片結炭，壓氣機濾器、消音器等污臟堵塞而導致增壓器工作性能下降，引起增壓壓力降低；或者進、排氣閥污臟堵塞，進、排氣管阻塞。這些都將導致增壓壓力不足，且氣體流阻增加而使氣流不暢，影響換氣質量，造成過量空氣系數下降，使燃燒不完全，后燃加劇。再者，即使氣閥間隙和氣閥定時不變，若排氣閥彈簧因長期工作而造成剛度不足，彈性下降，使氣閥閥面與座面應力降低；或氣閥閥面與座面因過度磨損、腐蝕而造成氣閥的密封性下降，引起氣閥漏氣。以上情況均將導致排溫升高、爆壓降低。

2 解決措施

2.1 加強對油品的控制與處理

嚴格核準燃油的規格，正確使用合格的燃油。對于使用重油的船舶主機，使用者應根據該主機的技術特點，使用相對固定的重油油品，每次船舶從外界油庫、油管和油駁船接受補油的時候必須按照規范嚴格監督，仔細取樣核查，并根據油品的特性，使用時應多加調節并記錄其加熱溫度，以尋求一種主機適合該油品的最佳加熱溫度，使噴油泵入口處的燃油粘度維持在12～25 mm2/s，以保證噴油器霧化質量對燃油粘度的要求。同時，應做好對重油的沉淀、過濾與分離工作，平時應按照規范嚴格操作和維護保養燃油清潔處理設備。加強對濾器的清洗工作，使用符合要求的濾芯；正確選擇分油機的比重環，控制好分油預熱溫度、排渣時間以及最佳分油量(30%～50%標定分油量)，以確保分油質量。[3,4]

2.2 做好設備調節工作

船舶在營運期間，對于噴油設備，若主機在較長的時間內需要燃用重油，應適當增大噴油提前角，保證燃油在上止點附近發火燃燒，使缸內最高爆發壓力以及其相位正常；做好噴油量調節工作，使各缸盡量平衡一致，保證各缸的排溫和爆壓基本一致，以改善主機的工作條件；適當提高噴油器的啟閥壓力以保證霧化質量。對于配氣機構，平時應加強對氣閥間隙和氣閥定時的調節，以防止主機因振動而造成氣閥調節螺釘和鎖緊螺母松動，引起氣閥間隙改變而導致定時改變。為保證各缸的排溫和爆壓基本一致，對設備進行調節工作時，應根據主機的特性曲線，將噴油設備的噴油提前角、噴油量和啟閥壓力與配氣機構的氣閥間隙和氣閥定時進行多參數同步聯調，做到油與氣同時匹配，以防止排溫和爆壓異常，保證主機良好的工作狀態。

2.3 做好維修保養工作

船公司和船員應重視和掌握柴油機制造廠提供的有關柴油機維修保養要求和技術指導，并按照船檢的要求定期對主機的零部件進行拆檢、維修、保養、更換與調試。平時應做好對主機各參數的收集與整理，并對各零部件故障發生的時間、產生的原因、維修的方式進行統計分析，建立預防性維修大綱和維修標準，在零部件失效之前及時更換，更換的零部件應采用標準原配件。對于還在使用的零部件，特別是對主機運行參數有重要影響的零部件，諸如：柱塞偶件、針閥偶件、氣閥等，在對主機運行參數研判的基礎上，并結合這些零部件是否存在跑、冒、漏情況，在維修時加強對有問題的零部件研磨、修補和測試工作。應重視對增壓器的拆檢、清潔與保養工作，若增壓器因污臟堵塞等故障而引起其工作性能下降，則易引起主機運行參數異常，特別是遠離增壓器的氣缸因進氣不足更易導致排溫和爆壓異常。

3 結束語

對于上述例子，在分析原因時查驗輪機日志，發現該船主機排溫偏高而爆壓偏低這一現象比較普遍，尤其以第6缸更甚，說明增壓器污染嚴重；因第6缸離增壓器最遠，導致其進氣量相對其余各缸更顯不足；進一步復查時發現該船主機未使用柴油機技術指導書上所要求的10、20號重油而是燃用一種劣質重油且未加裝粘度調節器，輪機員也未對主機的相關設備做適當調整。因此，解決方法應為：控制油品；加裝粘度調節器；清洗增壓器；適當提前噴油定時和調高啟閥壓力；航修時加強對主機的清潔、保養與調試工作。

[1] 何方熾. 提高中小型船舶主推進裝置可靠性研究[D].上海：上海海事大學,2005.

[2] 國家質量技術監督局. 海船系泊及航行試驗通則[S]. 北京:人民交通出版社,1995.

[3] 錢耀南. 船舶柴油機[M]. 大連：大連海事大學出版社，1999.

[4] 國家質量技術監督局. 中國造船質量技術標準 [S]. 北京:人民交通出版社,2006.