談ALPHA電子注油器及其管理

2013-06-07 03:18:14大連海事大學仉大志

世界海運 2013年4期

大連海事大學仉大志

談ALPHA電子注油器及其管理

大連海事大學仉大志

介紹ALPHA電子注油器系統及工作原理，詳細分析注油率調節方式，并總結在注油率調節管理上應注意的事項。

ALPHA電子注油器；ACC；注油率調節；管理

ALPHA電子注油器（下文簡稱ALPHA注油器）與傳統的機械注油器相比，有著能使汽缸保持良好的潤滑狀態、節省汽缸油、降低廢氣顆粒排放等優點，在MAN B&W二沖程船用柴油機上得到了廣泛應用。MAN B&W ME系列機型均采用ALPHA注油器，MC系列新造機大多采用此注油器，一些采用機械注油器的MC機型也紛紛改造采用電子注油器。筆者曾在兩艘采用ALPHA注油器的新造船舶上工作，想談一下對ALPHA注油器及其管理工作的認識。

一、ALPHA注油器簡介

1.ALPHA注油器系統

ALPHA注油器系統如圖1所示，它由泵站、注油器單元、注油器控制單元、人機交互面板、觸發系統及負荷傳感器等組成。

（1）泵站：由兩個獨立操作的泵、加熱盤管、過濾器和一個吸入油箱組成。泵站啟動面板的電源是各自獨立供給，以保證油泵運行安全。

（2）注油器單元：每個汽缸都有一個注油器單元，對于缸徑在700～980 mm的柴油機每缸有兩個注油器，而對于中小缸徑型柴油機來說可設置一個注油器。每個注油器的進油處有一個氮氣儲壓器，壓力為2.5～3.0 MPa，在出口處也有一個小氮氣儲壓器，壓力為0.15 MPa。每個注油器上安裝反饋傳感器和電磁閥，根據柴油機的型號裝有3～6個注油槍。

（3）ALPHA注油器控制單位：由控制注油器的三個電子器件——主控制單元（MCU）、備用控制單元（BCU）和轉換開關單元（SBU）組成。

（4）負荷變送器：負荷變送器連接油門總桿，因此把柴油機的油門刻度的百分比連續不斷地傳送到主控制單元（MCU）。油門刻度百分比近似看做平均有效壓力百分比，從而配合轉速百分比對柴油機的負荷進行計算。

（5）觸發系統（曲軸編碼器）：曲軸編碼器連接在曲軸前端，信號通過一個接線盒傳送到主控制單元，通過這個信號主控制單元決定噴油正時。對于那些曲軸前端不適于安裝角度編碼器的柴油機來說，一般在飛輪端安裝觸發環和測速裝置。

（6）備用觸發系統：備用觸發系統由安裝在飛輪端的兩個轉速檢測裝置組成，因此可以將柴油機的轉速信號傳送到備用控制單元。

（7）人機交換面板（HMI）：人機控制面板通常安裝在集控室內，可以很方便地調整汽缸油注油器參數，并顯示出各種數值和報警，手動啟動油泵和汽缸油預潤滑等操作。

2.ALPHA注油器工作原理

從日用油柜出來的汽缸油經高壓泵站增壓至4～5 MPa，然后通過共軌油管輸送至注油器。每個注油器帶有儲壓器，儲壓器起到穩壓的作用。注油器接收到主控制單元控制信號時，電磁閥通電，注油器向注油槍注油。該主控制單元接受來自曲軸轉角信號、負荷變送器的主機負荷信號以及轉速信號，經過計算后給出注油定時和注油量，控制注油器的電磁閥以合適的啟閉實現各個汽缸的汽缸油注入。每次注油的情況通過反饋信號發光二極管顯示。

注油正時是依據曲柄角度編碼器的兩個信號控制的，一個是以第一缸上止點的信號為準，另一個是曲軸位置傳感器信號（曲柄轉角），ALPHA注油系統通常是在壓縮行程、第一道活塞環上升至對準注油孔時開始向活塞環注油的。

注油量由主控制單元動態控制，在綜合考慮了柴油機的負荷、轉速后確定出最佳注油率。注油器的每次噴油量是恒量控制，改變注油率由改變噴油頻率來實現。也可根據需要依據柴油機的工況在人機交互面板上手動設定注油量，人工面板可以在60%～200%之間（其默認值是100%）對各汽缸的注油率進行獨立調整。

柴油機部分負荷下的注油率有兩種控制方式：與負荷成比例或者與平均有效壓力（MEP）成比例?？刂品绞娇梢栽谙到y初裝時在系統設定，目前缺省設置是與負荷成比例。平均有效壓力信號來自負荷變送器，反映油門百分比；負荷信號是主控制單元根據平均有效壓力百分比信號與轉速百分比信號計算得來。

柴油啟動及機動操作時，系統自動進入變負荷模式，即LCD（Load Change Dependent）模式。此時，程序自動加大25%注油率，注油率隨主機轉速變化，通常時間持續30 min。為避免柴油機低負荷工作時汽缸注油量過少，當負荷低于25%時，程序將注油率轉換為隨轉速變化。

系統正常情況下是由主控制單元（MCU）控制工作，如果系統檢測到故障會在集控室發出報警，具體的報警內容可在人機交互界面面板（HMI）上顯示出來。如果主控制單元（MCU）發生故障，那么備用控制單元（BCU）就自動投入工作。當主控制單元（MCU）和備用控制單元（BCU）都發生故障時，將發出自動降速信號到柴油機的安全系統。

二、ALPHA注油器注油率調節

1.汽缸注油的作用

二沖程柴油機汽缸注油作用有三點：

（1）保證活塞與缸套間有合適的油膜，為摩擦副提供潤滑。

（2）提供足夠的堿，中和燃油產生的硫酸。

（3）抑制燃燒室結炭，溶解并攜帶燃燒產物到掃氣箱，即具有清凈分散作用。

MAN公司通過大量的實驗，包括在缸套上安裝傳感器監測油膜厚度及采用不含清潔分散劑的滑油等，發現注油率只要不低于最低注油率，即可保證潤滑厚度，為活塞和缸套提供足夠的潤滑。而清潔分散作用只與添加劑有關，與注油量多少關系不大，最低注油率能夠保證良好的清潔分散性。這樣，只要不低于最低注油率，注油器注油率只與柴油機負荷即噴入汽缸燃油量和燃油含硫量相關。

2.注油率對汽缸狀態的影響

汽缸注油率應當適宜。注油率太小，活塞和缸套之間的摩擦面難以形成完整的潤滑油膜，出現半干摩擦，輕者加快缸套、活塞環和活塞裙部的磨損，重者會因摩擦面漏氣破壞油膜出現拉缸咬缸現象。注油率太大，除造成不必要的浪費外，還會產生缸套的機械拋光和化學拋光現象，加劇磨損。如果注油率太大，過多的汽缸油在活塞頂部焦化結垢，同時汽缸油不能消耗的堿性添加劑在活塞頂部積聚結垢，尤其是高頂岸活塞的活塞頂部更易結垢，結垢達到一定厚度與缸壁接觸，破壞缸壁的油膜，增加了缸壁及活塞環的磨損，這種現象就是機械拋光。此外，汽缸需要適度的酸性腐蝕，以在缸套壁面上產生微觀結構上的石墨溝槽，滑油可以儲存在小的溝槽里以利于活塞和缸套之間的潤滑。注油率太大還會使汽缸完全處于堿性環境，缺少酸性腐蝕，不能形成具有儲油能力的石墨溝槽，不利于摩擦面油膜的形成，導致所謂的化學拋光，從而加劇活塞和缸套間的磨損。

對于采用高頂岸結垢活塞的二沖程柴油機，尤其需要注意調節注油率，注油率過大或過小都會加劇活塞和缸套的磨損，嚴重的會產生拉缸咬缸事故。

3.ALPHA ACC注油器注油率調節

（1）注油因子

基于ALPHA注油器大量成功的使用經驗，MAN公司于2004年后將注油率隨負荷變化模式作為缺省的控制模式。采用負荷模式控制注油量的ALPHA注油器稱為ALPHA ACC（adaptive cylinder oil control）電子注油器，引入了注油因子概念。注油率計算公式為：注油率=注油因子×S%。注油率既能隨負荷變化，同時也隨燃油含硫量變化而變化。汽缸油注油率與噴入汽缸內的硫含量成正比，能夠很好地控制硫酸腐蝕。每次加裝不同含硫量的燃油時，注油因子一定，根據含硫量計算注油率，在人機交互面板上按照廠家提供的注油率設定表可以很方便地手動設定注油率。

注油因子是MAN公司在船舶上實驗、在缸套磨損率較理想的情況下得出的經驗值，經實驗得知在使用一定堿值的汽缸油條件下注油量與燃油的含硫量具有一定的線性關系, 如圖2所示。注油因子0.26 g/kWh，是MAN公司對于使用BN70的汽缸油、600 mm缸徑以下采用ALPHA ACC注油器的二沖程機推薦的基本注油因子。其中0.6 g/kWh是在足以中和酸性產物的同時為了維持油膜厚度所需的最小汽缸油注油率。MAN公司不再推薦基本注油率，而是推薦基本注油因子。基于使用經驗，在不低于最低注油率的前提下，按照基本注油因子調節注油率，既可保證柴油機安全運行，又能使汽缸狀態保持最佳。

圖2 ALPHA ACC潤滑曲線圖

（2）注油率調節

筆者工作過的Y輪主機為MAN B&W6S35MC-C柴油機，采用的就是ALPHA ACC電子注油器。主機初次投入運行，或者缸套、活塞環換新后的磨合運轉時廠家建議的磨合程序，如表1、圖3所示。

磨合初期按固定注油率方式逐步降低，然后按照注油因子與含硫量相結合方式降低注油率，需要調整的是逐步降低注油因子到基本注油因子，但不能低于最低注油率0.6 g/kWh。500 h前逐步降低固定注油率，然后按注油因子及燃油含硫量確定注油率，在接下來的2 000 h按固定時間表，配合掃氣口檢查將注油因子從0.34 g/kWh降到基本注油因子0.26 g/kWh。

圖3 Y輪ALPHA ACC電子注油器注油率調節曲線

三、ALPHA注油器管理

（1）日常操作管理。ALPHA注油器由程序控制，自動化程度高，日常操作管理簡單。備車時，盤車前在人機交互面板上按下預潤滑鍵，注油器自動注油。航行值班時，注意檢查油壓油溫，及每個注油器中間接線盒上的反饋指示燈是否正常閃亮，每天計算汽缸油的消耗量和掃氣箱的放殘量，發現異常及時查找原因并消除。每月切換備用泵，也有系統設定自動每天切換備用泵的。了解注油器警報類型及應急處理措施，一旦出現故障能及時處理。

（2）定期檢查保養。定期把發動機No.1缸轉到上死點位置，檢查編碼器接線盒上的指示燈（亮），即檢查定時是否準確。定期檢查轉速采樣傳感器與感應件間的間隙。掃氣口檢查時，檢查注油器注油情況。定期檢查控制箱及電路板等電器部件。定期檢查注油器單元儲壓器壓力，拆檢保養注油器。

（3）注意加強汽缸油流量和負荷變送器監控。ALPHA注油器控制簡化精確，但與機械注油器比較起來不夠直觀，除按說明書要求監控其運行參數外，注意通過汽缸油流量計及程序計算監控汽缸油每日消耗量是否正常。MAN公司曾通報出現過注油器LCD功能在船舶正常定速航行時誤啟動，導致注油量過大的現象。對于負荷變送器，注意檢查其MEP轉換百分比是否與油泵油門實際刻度相匹配。曾有同行遇到過由于負荷變送器變形導致注油量不正常的情況。[1]

（4）對于汽缸油注油率的調節，在管理上要膽大心細。不論機械注油器或電子注油器，在實際應用中，一般的趨勢都是注油率過大。這主要是因為主管輪機員主觀認識上的不足。通常認為注油率調小有主機拉缸的安全隱患，一旦出現問題就要承擔責任；而注油率大一點不會出現安全問題，即使有不良后果也是長期積累才能顯現出來。如果公司管理人員沒有提出明確要求，主管人員就不愿嚴格按照說明書要求調節注油率。事實上，對于新造船舶處于磨合期的主機，各方面運轉良好，根據電子注油理論及實踐，主管人員要有這樣的信心，嚴格按照廠家推薦的調節程序，結合掃氣口檢查，逐步降低注油率，堅信只要不低于最低注油率就不會出現安全事故。相反，注油率過高，反而可能會出現安全事故。

（5）注意注油率調節的時機。注油率調節的最佳時機是在磨合期內，但個別管理人員未能按照說明書要求在磨合期內逐步降低汽缸油注油率，磨合期后注油率仍然很大。這時再降低注油率需要尤其謹慎小心，因為此時汽缸由于汽缸油注油率過大導致了機械拋光及化學拋光，汽缸潤滑狀態不良，如果盲目將汽缸油注油率降得過大，極有可能導致拉缸事故。某輪主機采用ALPHA ACC注油器，累計運行4 149 h，接船輪機長在HMI面板將注油率仍設定為118（對應于1.3 g/kWh），接班輪機長認為注油率設定過大，調整HMI面板注油率至106（1.17 g/kWh），360 h后（累計運行4 509 h）再調整HMI至94（1.03 g/kWh），其后主機運轉631 h開始拉缸。該主機此次拉缸事故，吊了6個缸，更換了4個缸套和6套活塞環。[2]