某輪主機倒車啟動困難的原因分析及解決辦法

胡建峰,羅光榮

(廣州中船遠航船塢有限公司,廣東廣州 510725)

某遠洋散貨輪,主機為前蘇聯(lián)制造,1986年出廠的 MAN B＆W 6AKPH67/170-7 2沖程柴油機。主要結構和參數(shù)如下:換氣形式為直流閥式掃氣,汽缸數(shù) 6個,缸徑 670 mm,行程 1 700 mm,功率為 8 100 kW,轉速為 119 r/min。該輪于 2009年 5月進入中船遠航船塢有限公司修理。

1 故障現(xiàn)象

該輪主機正車啟動很順利,但倒車啟動非常困難,啟動空氣消耗量大。主機正車試驗時,啟動空氣初始壓力為 2.5 MPa。當換向手柄置于 “正車”位置、操縱手柄推至 “啟動”位置時,啟動空氣分配器凸輪軸和高壓油泵、排氣閥凸輪軸換向到位,曲軸轉速在數(shù)秒鐘內達到 30 r/min以上。將操縱手柄推至 “運轉”位置時,油門總拉桿立即向加油方向拉動油尺,主機發(fā)火運轉。連續(xù) 8次正車啟動均成功,平均每次啟動耗氣量為 0.20 MPa。在作倒車試驗時,啟動空氣初始壓力同樣為 2.5 MPa。當換向手柄置于 “倒車”位置、操縱手柄推至 “啟動”位置時,啟動空氣分配器凸輪軸和高壓油泵、排氣閥凸輪軸換向到位,但曲軸轉速一直在 20 r/min以下徘徊。將操縱手柄推至 “運轉”位置時,油門總拉桿立即向加油方向拉動油尺,主機不發(fā)火運轉。連續(xù) 3次倒車啟動均不成功,啟動空氣壓力已降至1 MPa以下,平均每次啟動耗氣量為0.52 MPa。

2 故障分析

該主機倒車啟動困難的現(xiàn)象表征是啟動空氣消耗量大,啟動轉速達不到發(fā)火轉速 (通常為 25～30 r/min),主機不發(fā)火運轉。

經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn):正車時,啟動空氣分配器開啟角度為上止點前 9°,比說明書規(guī)定上止點后 5.5°提前了 14.5°。倒車時,啟動空氣分配器開啟角度為上止點后 20°,比說明書規(guī)定上止點后 5.5°滯后了 14.5°。因該主機啟動空氣分配器采用雙凸輪移動換向,正車凸輪和倒車凸輪安裝在同一根凸輪軸上,凸輪軸轉向與曲柄轉向相同。正車時啟動空氣分配器正時提前,必然造成倒車時啟動空氣分配器正時滯后。

下面分析空氣分配器正時改變給主機啟動造成的影響。

2.1 該主機說明書的配氣正時圖和發(fā)火順序圖

圖1 配氣正時圖

圖2 發(fā)火順序圖

根據(jù)該主機說明書的配氣正時圖和發(fā)火順序圖,計算出如下數(shù)據(jù):①啟動空氣分配器正時:上止點后 5.5°開啟,上止點后 95°關閉,供氣延續(xù)角為 89.5°曲柄轉角,從汽缸啟動閥開啟到汽缸排氣閥開啟時的有效供氣角度為 76.5°曲柄轉角。②汽缸排氣閥正時:下止點前 98°開啟,下止點后 108°關閉,排氣延續(xù)角為 206°曲柄轉角。③汽缸啟動閥開啟與汽缸排氣閥開啟的重疊角度為 13°曲柄轉角。④啟動空氣共同作用在發(fā)火順序相鄰的兩個汽缸活塞頂部的重疊角度為 16.5°曲柄轉角。

2.2 啟動空氣分配器正時提前對主機正車啟動的影響

當正車啟動時,啟動空氣分配器正時提前了14.5°,為上止點前 9°,在啟動空氣分配器供氣延續(xù)供氣角內,汽缸排氣閥還沒有開啟,有效供氣角度變?yōu)?89.5°曲柄轉角,比說明書規(guī)定的 76.5°曲柄轉角增加了 13°曲柄轉角。汽缸啟動閥開啟與汽缸排氣閥開啟的重疊角度消失。啟動空氣共同作用在發(fā)火順序相鄰的兩個汽缸活塞頂部的重疊角度為31°曲柄轉角,比說明書規(guī)定的 16.5°曲柄轉角增加 14.5°曲柄轉角。啟動空氣分配器有效供氣角度增大、汽缸啟動閥開啟與汽缸排氣閥開啟的重疊角度消失、啟動空氣共同作用在發(fā)火順序相鄰的兩個汽缸活塞頂部的重疊角度增加,結果是增加了啟動空氣的能量,減少啟動空氣的消耗,有利于啟動轉速提高。雖然啟動空氣分配器在上止點前 9°開始向汽缸啟動閥供氣,會對主機產(chǎn)生一定的制動作用,但實際上啟動空氣進入汽缸的時刻要稍為滯后些,這是因為汽缸啟動閥不是瞬時全開的,在開啟的初期由于開度極小對啟動空氣起到節(jié)流作用,啟動空氣并未真正進入汽缸,只有汽缸啟動閥的開度較大時壓縮空氣才進入汽缸,這時曲柄已經(jīng)接近上止點,實際產(chǎn)生的制動力矩很小。這就是該主機正車啟動順利的原因。

圖3 啟動空氣分配器正時提前 14.5°的配氣正時圖

2.3 啟動空氣分配器正時滯后對主機倒車啟動的影響

當?shù)管噯訒r,啟動空氣分配器正時滯后了14.5°,為上止點后 20°,從汽缸啟動閥開啟到汽缸排氣閥開啟時的有效供氣角度變?yōu)?62°曲柄轉角,比說明書規(guī)定的 76.5°曲柄轉角減少了 14.5°曲柄轉角。汽缸啟動閥開啟與汽缸排氣閥開啟的重疊角度為 27.5°曲柄轉角,比說明書規(guī)定的 13°曲柄轉角增加了 14.5°(增加了一倍),大量的啟動空氣從汽缸排氣閥排走。啟動空氣共同作用在發(fā)火順序相鄰的兩個汽缸活塞頂部的重疊角度只有 2°曲柄轉角,比說明書規(guī)定的 16.5°曲柄轉角時間少了 14.5°曲柄轉角。啟動空氣分配器有效供氣角度減小、汽缸啟動閥開啟與汽缸排氣閥開啟的重疊角度增大、啟動空氣共同作用在發(fā)火順序相鄰的兩個汽缸活塞頂部的重疊角度減小,結果導致啟動空氣能量不足,致使倒車啟動時既消耗了大量的啟動空氣又不利于啟動轉速提高,這就是該主機倒車啟動困難的原因。

圖4 啟動空氣分配器正時滯后 14.5°的配氣正時圖

3 解決辦法

按該主機說明書配氣正時圖將正倒車的啟動空氣分配器正時調整到上止點后 5.5°。在主機沒有暖缸情況下作正倒車啟動試驗。啟動空氣初始壓力為 2.5 MPa,正倒車交替啟動各 6次,連續(xù) 12次啟動均成功,平均每次啟動耗氣量為 0.14 MPa。試驗結果符合船舶規(guī)范要求,確保了船舶航行安全。

4 結束語

船舶經(jīng)常在各種復雜的條件下航行,例如:在進出港口和靠離碼頭時,要求船舶多次改變航速及航向;在緊急情況下,船舶為了避碰而要求緊急剎車,強迫主機迅速停車、倒車。目前,各港口國政府嚴格和廣泛地采取措施,對抵港外輪實施 PSC(Port State Control,港口國監(jiān)控),這就對船舶機動操作性能和主機的技術狀態(tài)提出更嚴格的要求。

在日常的輪機管理和維修過程中,要按照說明書準確地調整主機的各項技術參數(shù),才能使主機處于良好的技術狀態(tài),滿足各種工況要求,確保船舶航行安全。