也談副機高溫水溫度偏低的原因

上海遠洋運輸有限公司 齊文征

也談副機高溫水溫度偏低的原因

上海遠洋運輸有限公司 齊文征

針對瓦錫蘭副機的高溫水溫度偏低將影響機器工況和使用壽命的問題，通過實例來分析溫控閥的工作原理以查找故障原因，總結以后管理中的注意事項，避免出現副機高溫水溫度偏低現象。

瓦錫蘭副機；高溫水溫度偏低；溫控閥

曾看過幾篇關于副機高溫水溫度偏低故障分析的文章，也碰到同類型船舶發生副機高溫水溫度偏低的現象，本人有不同的見解供大家學習交流，有不足之處，敬請指正。

一、故障現象

某船配置三臺WARTSILA VASA 4R32E型副機，額定功率為1 620 kW，轉速為720 r/min。一臺副機低負荷運行時，高溫水出機溫度在80 ℃以下；高負荷運行時，高溫水出機溫度在85 ℃左右。兩臺或三臺副機并聯運行且負荷較低時，高溫水出機溫度在70 ℃以下，副機負荷逐漸增大后，高溫水出機溫度會略有上升。集控室電腦屏和現場溫度表相同，表明高溫水出機溫度確實偏低。長時間的高溫水出機溫度偏低會給副機帶來不利影響，如燃燒不良、熱應力增大和低溫腐蝕等。

為了便于分析故障，先簡單介紹高溫水溫控閥、低溫水溫控閥和副機冷卻水系統。以上的低負荷指副機功率低于30%額定功率，高負荷指副機功率高于30%額定功率。

二、高溫水溫控閥

1.結構特點

高溫水溫控閥如圖1所示，它安裝于三通閥的內部，里面有兩個溫控閥，主要部件有感溫元件、圓環形閥、閥蓋、閥座、彈簧、主軸、支架、銅套和橡皮圈等。

*感溫元件：利用熱脹冷縮的原理，感溫元件內部的半固態物質受熱膨脹，推動中間主軸運動。感溫元件上注明86.5 ℃，也就是溫度超過此界限后促使中間主軸向下運動。

圖1 高溫冷卻水溫控閥結構圖

* 圓 環形閥：它內部中間有支架（三根加強筋）通過螺帽和彈簧等與感溫元件內的主軸連接在一起。它的上下平面非常平。

* 閥 蓋：閥蓋位于圓環形閥上方。它內部有支架（四根加強筋），中間有內螺紋孔，與感溫元件裝配在一起，且有螺母鎖緊。它的下方有凸起的圓環形臺階與圓環形閥的上平面密封配合。

* 閥 座：閥座位于圓環形閥下方，通過螺釘固定在三通閥的本體上。它的上平面與圓環形閥的下平面密封配合。

* 彈 簧：在上方有一大彈簧，原始狀態受壓；在主軸下方有兩個小彈簧，常態受壓。

* 主 軸：主軸一端伸到感溫元件內部，另一端和圓環形閥連接起來。

* 支 架：支架通過彈簧、掛鉤等部件使圓環形閥的上平面緊緊貼合在閥蓋的下平面。

*銅套：銅套（密封環）安裝于三通閥本體上，它內部有一圈環形槽。銅套對圓環形閥有導向作用。

*橡皮圈：橡皮圈安裝到銅套的環形槽內，密封銅套與圓環形閥之間的間隙。

高溫水溫控閥內有三個通道：A通道用于來自冷卻副機后的溫度較高的淡水進入溫控閥內；B是旁通通道，當高溫淡水溫度較低時，通過此通道又回到高溫淡水泵的吸口繼續冷卻副機（內循環）；C通道用于溫度較高的淡水進入中央淡水冷卻器進行冷卻。

2.工作原理

高溫水溫控閥的工作原理見圖2，在這里介紹此閥在三個狀態時的工作原理：

圖2 高溫冷卻水溫控閥工作原理圖

（1）冷機狀態

副機停止或剛啟動時，從副機來的高溫淡水溫度低于86.5 ℃，恒溫閥處于原始狀態。內部兩個溫控閥的圓環形閥在彈簧力的作用下，與上部的閥蓋緊密接觸，這樣就關閉了去冷卻器的通道C。高溫淡水從閥座與圓環形閥之間的環形間隙通過進入到旁通口，高溫淡水又回到高溫水泵的吸口，進行內部循環，使高溫淡水的溫度快速升高。

（2）熱機狀態

副機高負荷運轉時，從副機來的高溫淡水遠高于86.5 ℃（一般情況90 ℃以上）時，感溫元件膨脹，克服彈簧力后，推動主軸向下運動，同時帶動圓環形閥向下運動，使其完全與閥座貼合，關閉去旁通的通道B，高溫淡水全部進入冷卻器進行冷卻。

（3）過渡狀態

副機運轉過程中，從副機來的高溫淡水溫度越來越高，當溫度超過86.5 ℃時，感溫元件內部物質開始加熱膨脹，推動主軸帶動圓環形閥向下運轉，旁通的水量變小，去冷卻器的水量開始慢慢增加，高溫淡水泵吸入溫度較低的淡水，從而降低從副機來的高溫淡水。如果副機負荷穩定，感溫元件會找到一個平衡，高溫水溫度保持在一個恒定范圍內，部分水量進旁通B，部分水量去冷卻器C。

WARTSILA 4R32E說明書要求高溫水出機溫度為91～100 ℃，進機溫度比出機溫度低5～8 ℃。

三、低溫淡水溫控閥

1.結構特點

低溫水溫控閥安裝于自動調節三通閥的內部，它的結構與高溫水溫控閥完全不同（見圖3）。主要有以下部件：

圖3 低溫冷卻水溫控閥結構圖

*感溫元件6：內部有兩個感溫元件，一個是A 35℃時動作，另一個是B 65℃時動作。它們被止動擋圈16固定在溫包架7上。溫包架外圓軸向方向有開槽。

*控制活塞8：控制活塞8的外緣分中、左、右三段（見圖4），中段空，左右兩段都是圓筒，圓筒截面呈凹形，左右突緣與閥體上的密封銅環密封形成可以左右移動的滑閥，以此來控制B口和C口的開度。在控制活塞的中部有十字形支撐架，將控制活塞8的外緣組成一體，溫包架7可以在十字形支撐架中間滑動。在其最右端通過止動擋圈把導向銷與控制活塞8連接起來。最右端閥體上有固定擋銷，防止控制活塞旋轉。

* 活 塞3：安裝密封環13的活塞3可以在導向缸套4內移動。螺釘2可以指示活塞3的位置。

* 調 節螺帽1：用于調節彈簧12的預緊力，由固定螺釘11進行鎖定。

*軸18：位于溫控閥的最右端，用于指示控制活塞8所在的位置。

*檢漏孔15：如有水或空氣溢出，則表明密封推桿5的橡皮圈失效。

2.工作原理

（1）初始狀態

低溫水溫控閥在初始位置（見圖3），此時無控制空氣進入活塞3的右邊。由于最左端的大彈簧12的預緊力大于最右端兩個小彈簧的預緊力，大彈簧12的彈力作用在活塞3上，作用力依次傳遞給推桿5→溫包架7→導向銷17，導向銷帶動控制活塞8一起向右運動。此時B口開度較小，回到低溫水泵吸水的水量較少，C口開度較大，大部分淡水進冷卻器。

（2）控制系統

此系統加裝一個電磁閥1和壓力開關7（見圖5）。掃氣空氣接在壓力開關7上，壓力開關輸出電信號來控制電磁閥1的動作。壓力開關可以利用調節螺釘4調節起始值，調節手輪6可調節幅差，防止在臨界狀態時電磁閥頻繁動作。掃氣空氣壓力低于起始值時，壓力開關接通，電磁閥1得電后工作于左位，控制空氣通過電磁閥進入溫控閥最左端。當掃氣空氣壓力大于設定值時，壓力開關斷開，電磁閥斷電后工作于右位，切斷控制空氣氣路。

（3）動作原理

下面介紹副機在四種不同負荷狀態下，低溫淡水溫控閥的動作原理（見圖5）：

Ⅰ低負荷冷機狀態。表示副機在低負荷（30%以下）且冷卻淡水出機溫度較低時的狀態，主要是指副機剛啟動時或遠低于30%負荷的狀態。此時掃氣壓力低于設定初值，壓力開關接通，電磁閥動作，控制空氣進入缸套2內活塞的右側，活塞克服彈簧力后向左移動。控制活塞在最右端兩個彈簧力的作用下向左移動，旁通B口開度變大，C口開度變小，從副機來的低溫淡水大部分進行機內循環。當溫度超過35 ℃時，感溫元件A膨脹，內部小軸伸長，引起控制活塞向右側移動，稍微關小B口的旁通水量。這個狀態下的低溫淡水的溫度在35～65 ℃。

圖4 低溫冷卻水溫控閥控制活塞

圖5 低溫冷卻水溫控閥工作原理圖

Ⅱ高負荷冷機狀態。表示副機在高負荷且冷卻淡水出機溫度較低時的狀態。副機負荷增大到一定程度，掃氣壓力相應提高，當掃氣壓力達到壓力開關設定值時，壓力開關斷開，電磁閥失電工作于右位，切斷控制空氣并釋放進活塞的空氣。在左側大彈簧的作用力下，控制活塞向右移動，B口關小，C口開大。大部分低溫水進冷卻器，從而降低低溫水的溫度。這個狀態下的低溫淡水的溫度在35 ℃以下。

Ⅲ低負荷熱機狀態。表示副機在低負荷且冷卻淡水出機溫度較高時的狀態。副機負荷達到30%左右，但掃氣壓力還是較低且沒有達到壓力開關斷開值，控制空氣進入活塞右側，B口開度較大，C口開度較小，低溫水溫度逐漸上升，當溫度達到65 ℃以上時，感溫元件A內主軸已伸長到最大量，此時感溫元件B也開始膨脹，內部小軸伸長，繼續推動控制活塞向右移動，B口關小，C口開大，溫度較高的淡水進冷卻器冷卻。這個狀態下的低溫淡水的溫度在65～70 ℃。

Ⅳ高負荷熱機狀態。表示副機在接近滿負荷且冷卻淡水出機溫度較高時的狀態。此時掃氣壓力很高，壓力開關斷開，電磁閥失電，活塞右移，使閥體內的控制活塞向右移動，B口關小，C口開大。如果溫度繼續上升超過35 ℃，感溫元件A膨脹，內部小軸伸長，帶動控制活塞繼續向右移動，使B口變更小，C口變更大，大量淡水進冷卻器，降低淡水溫度。這個狀態下的低溫淡水的溫度在35 ℃以上。

綜上所述：副機在低負荷運轉時，低溫淡水的溫度應控制在65 ℃左右，使它在較低負荷時有一個較高的冷卻水溫度；副機在高負荷運轉時，低溫淡水的溫度應控制在35 ℃左右，使它在較高負荷時有一個較低的冷卻水溫度。

四、副機冷卻水系統

副機冷卻水系統分為低溫冷卻水系統和高溫冷卻水系統（見圖6）。

圖6 副機冷卻水系統原理圖

1.低溫冷卻水系統

從中央冷卻器14來的低溫水經過副機自帶低溫水泵8增壓，依次經過副機空冷器7和滑油冷卻器15，在滑油冷卻器的出口安裝有低溫水溫控閥10，由低溫水溫控閥來控制低溫水的流量，最后低溫水到中冷器冷卻。低溫水恒控閥的工作原理上面已介紹，在副機低負荷時，大部分水量經B通道進行內部循環，低溫水溫度較高；在副機高負荷時，大部分水量經C通道進中冷器冷卻，低溫水溫度較低。

2.高溫冷卻水系統

高溫水的吸口安裝在低溫水出口管路上（見圖6），從低溫水溫控閥10的C口來的溫度升高的低溫水成為副機的高溫水，經高溫水泵9增壓后，小部分高溫水進增壓器進行冷卻，大部分高溫水進入副機冷卻缸套和缸頭附件后，經副機頂部的放氣箱2和高溫水溫控閥11后進中冷器冷卻。如高溫水溫度太低，將全部經B口進高溫水泵吸口進行機內循環，高溫水溫度迅速升高。

副機在備用時，從副機高溫水出口總管上接一路高溫水經熱水泵13、加熱器12后進入副機暖缸。

五、故障排除

1.低溫冷卻水系統故障

經過檢查，發現三臺副機進電磁閥的控制空氣氣源已關閉，減壓閥的膜片穿通，有一個壓力開關不動作，還有一個連接到壓力開關的掃氣空氣管堵塞。這就造成副機啟動或低負荷運轉時，低溫水的溫度一直較低。只有副機負荷較高時，低溫水的溫度才逐漸上升。副機啟動或低負荷運轉導致高溫水的進口溫度偏低，這是次要原因。

2.高溫水溫控閥故障

副機剛啟動或低負荷運轉（多機并聯）時如從副機來的高溫淡水大量進入冷卻器通道C，必然會導致高溫水溫度偏低。經拆檢三臺副機高溫水溫控閥，發現引起高溫水溫度偏低的原因有：

（1）圓環形閥與三通閥本體間的密封失效或間隙過大。發現三臺副機高溫水溫控閥都有以下現象：銅套磨損過大、圓環形閥外圓表面磨損（見圖7）、銅套內橡皮圈老化或不存在。這些都會導致副機啟動或低負荷時，從副機來的高溫水經高溫水溫控閥A到旁通口B后，高溫水經此間隙泄漏到C口去冷卻器，引起高溫水的損失，必然會從低溫水出口管路上吸入高溫水進行補充，泄漏量越大，補充的淡水就越多，高溫水溫度就會越低。這時，如果低溫水溫度過低則高溫水溫度更加偏低。這是引起高溫水溫度偏低的最主要原因。

拆卸下的高溫水三通閥先整體進行密封試驗來判斷它的工況。在常態下，從A口注水，C口應無水流出，否則應查找原因并解決；從A口注入95 ℃以上的淡水，大約2 min后，B口應無水流出，否則應查找原因并解決。

（2）圓環形閥與閥蓋之間的接觸面磨損過多或彈簧彈力不足。其中一臺副機有這種現象。這些會造成當高溫淡水溫度遠低于86.5 ℃時，此閥會打開去冷卻器的通道C，引起高溫水溫度偏低。當副機高負荷運轉時，高溫水出機溫度升高，溫控閥的感溫元件沒有達到設定值就完全切斷B旁通口，引起高溫水偏低。通過以上的注水試驗可判斷水溫達到多少度后，C口開啟。如遠低于設定值，則必須更換。

圖7 高溫冷卻水溫控閥新舊對比圖

（3）圓環形閥與閥蓋之間的接觸面腐蝕后凸凹不平。有一臺副機有此現象。此平面受高溫淡水的侵蝕后，密封面不平，造成副機剛啟動時，從副機出來的高溫水部分進入冷卻器。圓環形閥與閥座之間的腐蝕或磨損只會使高溫水溫度升高。

六、管理要點

1.定期維護

* 平 時注意副機在低負荷和高負荷時高溫水溫度的變化，發現偏低要及時查找原因。

* 每 年解體檢查高溫水溫控閥，由于此閥工作環境較惡劣，必須定期進行檢查清潔試驗。

2.拆檢注意事項

* 檢 查試驗溫控閥在多少溫度時開啟，如溫度過低打開，必須換新。

* 檢 查銅套和圓環形閥的外圓有無過度磨損，以及它們之間的間隙是否過大。

*檢查圓環形閥與閥蓋和閥座的接觸面有無腐蝕。

* 檢 查所有橡皮圈有無老化或失效現象，如有問題，必須更換。

*解體組裝后的三通閥需進行密封和功能試驗。在常態下，從A口注水，觀察C口應無水流出，否則應查找原因并解決；從A口注入95 ℃以上的淡水，大約2 min后，觀察B口應無水流出，否則應查找原因并解決。