如何科学管理船用高速柴油机
2004年06月02日
高速柴油机由于单位重量功率大以及经济性好,在高速客轮上广泛用作主推进动力。和低速机不同,高速机为筒形活塞式,缸套除受高温高压燃气作用外,还承受活塞侧推力作用,其连杆受到周期性交变拉、压应力作用。高速机气缸润滑为飞溅润滑式,燃烧室高压燃气及不完全燃烧产物易进入曲轴箱,对滑油品质影响较大。高速机结构及性能上的缺陷尚不限于以上方面,因此对其要管理科学,维修要规范,否则一旦疏忽,可能导致重大故障发生,乃至整机报废。
不同种类高速机结构及工作性能有其特殊性,但在管理方面有许多共同要求:当出现故障征兆时要及时发现、准确判断、措施得当、迅速排除,否则故障发生可能导致整机报废。如短时间内不能明确故障起因,应视情降速;故障严重时,应果断停机。以下介绍高速柴油机各种故障现象及排除方式。
1 进排气系统
为提高主机功卒,高速柴油机均采用透平增压,以提高进气压力和密度。当进排气系统不畅通时,会引起增压器喘振。涡轮增压机喘振可分为流道堵塞和非流道堵塞两大类。
(1)增压系统流道堵塞
高速机运行时,增压系统气体流动路线是压气机进气滤器—压气机叶轮—压气机扩压器—空冷器—进气阀—排气阀—排气管—废气涡轮喷嘴环及叶轮—消音器—大气。上述流动路线中任一环节发生堵塞,都会因流阻增大而使压气机流量减小,背压升高,引起喘振。MWM系列高速机在进气风道未改造时,吸入增压器的是机舱内高温空气,由于主机排气管经常漏气,造成空气滤器经常脏污,滤器如不及早清洗,很易引起喘振。管理中要经常清洗进气滤网,及时排除排烟管漏气等故障。
(2)增压器和高速机运行失配
高速机喷油设备易发生故障,使燃烧不良,后燃严重;活塞环断裂或者粘着,气阀烧损,气阀间隙太小,都会造成气缸漏气,排温升高,增压器转速升高,供气量增多,破坏了高速机和增压器正常匹配,严重时发生喘振。这时只要排除了高速机故障,喘振也随之消除。要定期检查喷油设备及压缩压力,发现问题及时处理。除特殊情况外,一般不允许超负荷运行,全速时排温也不允许超过规定值。
当高速客轮满载、顶风、污底严重时,因阻力增加,负荷加大,柴油机在低转速高负荷下运转,气缸耗气量降低而循环喷油量增加,废气能量增大,导致增压器转速升高,供气量增多,容易引起增压器和柴油机匹配不良而出现喘振,此时降低油门即可消除喘振。
当空冷器脏污冷却能力不足时,易引起增压器喘振。对冷却介质为海水的空冷器来说,当空冷器漏水时,海水中所含盐类在气缸盖气腔内遇热、蒸发、浓缩,乃至结品、沉积成垢,时间长会减少进气通道面积,造成增压器喘振和主机排温升高。如在管理中,当增压器后进气温度在冷却水温度、压力正常时,若高于规定值或进气压力低于规定值时,要及时清洗中冷器,防止增压器喘振和排气温度升高。
2 燃油系统
(1)燃油清洁
燃油品质影响燃烧质量,高速客轮上一般未配备油水分离器,加装燃油时一定要留意所加燃油品质,并定期清洁滤器。特别是大风浪天,增加放残和滤器清洗次数。滤器状况可根据燃油流经滤器前后压差来判断:若压差超过正常值,表明滤器已变脏堵塞,需清洁;若无压差或压差变小,则表明滤网破损或滤芯装配不对,需拆卸检查。
(2)燃油系统放气
燃油系统中容易积气,积气往往聚集在燃油系统的高处。当系统中积气后供油压力波动,甚至无法供油而停车(或无法起动)。燃油供给系统是封闭系统,主机正常运转中一般不会有空气进入。积气大部分是清洗滤器和拆检燃油管路时进入。维护保养时,清洗完滤器和管路后注意充油驱气。要检查燃油系统泄漏情况,一旦泄漏立即排除。
(3)喷油定时
喷油器喷油定时变化,会引起燃烧质量的变化,导致主机排温改变。当喷油提前角减少时,燃烧不完全,排温升高。高速机使用时间长后会使喷油提前角减少,喷油结束时间推迟,引起后燃,这是排温升高主要原因。此种情况处理办法是更换磨损件或者加大喷油提前角(VIT可变喷油定时除外)。在管理上,对喷油提前角要定期检查,如发现不在规定范围内,应及时调整至正确值。
3 滑油系统
高速机缸套承受交变的活塞侧推力作用,气缸滑油和曲轴箱油属同一油品且循环使用。气缸润滑采用飞溅润滑,主要靠连杆大端甩出并飞溅到气缸壁上的滑油来润滑,滑油应从数量和品质上均满足要求,日常检查主要通过目测油尺刻度来判断滑油从量上是否足够,视情补充至规定油位。对于高速机来说,滑油品质尤为重要,滑油品质差可导致轴瓦异常磨损、烧瓦,甚至整机报废,轮机人员应定期对滑油取样化验,对其品质做到心中有数。影响滑油因素包括以下几个方面:
(1)气缸密封性能差
当缸套磨损到一定程度后,因缸套与活塞间隙增加,滑油所起密封作用减弱,燃烧室因泄漏引起燃烧质量差,排温升高,燃烧产物和未燃烧燃油也因缸套密封效果差漏入曲轴箱,滑油粘度降低,品质变差。因缸套密封效果变差导致曲轴箱内存积大量油气,易引起曲轴箱爆炸。缸套磨损程度可通过断油测取该缸压缩压力来判定。如压缩压力低于下限值，应考虑更换缸套。
(2)缸套或缸头裂缝
高速机缸套冷却介质为淡水。主机运行中当缸套表面或缸头触火面有裂缝时,因气压高于水压,燃气进入冷却水系统,可发现膨胀水箱水位上升(且有波动);当停车时,水位下降到规定水位以下。可利用单缸断油方法来查清哪缸缸套或缸头存在裂缝。如某缸断油后,膨胀水箱水位变化至正常位,一旦该缸停止断油,水位又上升,可断定是此缸缸套存在裂缝。要注意检查时稍降低转速,且时间不宜过长。
当高速机运行中突然出现油温较大幅度上升,应迅速降速(或停车),在未弄清楚故障原因时,切忌起动主机。油温突然升高可能是拉缸引起,拉缸会导致大量燃气和未燃烧燃油漏入曲轴箱,滑油温度急剧升高,粘度下降,同时滑油压力也大幅度下降,如按原速运行(或重新起动)很可能导致烧瓦,甚至整机报废。当发生拉缸等严重事故时,为了解主机损坏程度,应迅速抽出滑油滤器,通过拆检滤器了解摩擦副工作状况。平时维护保养和更换滑油时,应定期拆检滤器,这样既可以了解滑油品质,也可以通过目测滤器上是否存积金属粉末,以了解运动副工作状况。
(3)滑油乳化
当缸套破裂、滑油冷却器冷却水管破裂或海(淡)水泵损坏使得大量海水(淡水)进入曲轴箱时,会使滑油乳化,破坏滑油润滑性能,加速部件磨损,同时使滑油过早变质。滑油严重乳化时,油压迅速上升,因滑油粘度太大,滑油不能正常进入各摩擦副,减摩作用基本丧失,严重时会导致拉缸或烧瓦。应避免滑油乳化,一旦发现滑油乳化迹象,应迅速停车(特殊情形下必须使用双车应降速)详细检查。
海水或淡水大量进入曲轴箱,会使滑油乳化,粘度降低,油压上升。淡水系统为闭式循环,淡水进入曲轴箱将引起淡水水位下降,曲轴箱内滑油位上升。海水系统为开式系统,当发生滑油乳化现象时,如淡水水位未下降,曲轴箱内滑油位也上升,则为海水进入曲轴箱。
4 冷却水系统
高速柴油机采用强制液体冷却,冷却介质为淡水和海水。
海水主要用来冷却淡水,水质难以控制,且其腐蚀和结垢问题比较严重,为减少腐蚀和结垢应限制海水出口温度。
淡水应为不含杂质的淡水或蒸馏水。当使用蒸馏水或离子交换器产生的完全脱离子水作为冷却介质时,必须定期在膨胀水箱处加入淡水添加剂,并保证添加剂的浓度达到使用标准,否则其产生的腐蚀比一般硬水还严重,这是因为一般硬水所形成的石灰薄膜沉淀物具有保护作用,延缓了腐蚀。
5 管理措施综述
(1)遵守操作规程。鉴于高速机特殊性,使用、管理时应遵守其操作规程。经常测量不同负荷时主要运行参数(油压、水温、油门刻度以及排温等),并对照标准,对高速机工况做到心中有数。
(2)加强值班制度。高速船为无人机舱。日常工作中应加强机舱巡视工作,通过现场摸、听、嗅、看等实践检验来判断机器的运行状况。
(3)制订科学修理计划。高速机制造厂家规定了机器维修时间间隔,实际工作中不能教条地照搬,而是根据机器工况制定切合实际的维修方案,做到定时维修和视情维修相结合,这样既保证了机器的可靠性,又节约了修理费用,防止不必要的重复性维修浪费。如制造MTU396系列高速机维修代理商规定:3000运转小时进行W5级别的维修(即"中修"),6000运转小时进行W6级别维护(即"大修")。但我们经过多年管理经验总结,认为可以不专门进行W5级别修理,而是将W5部分修理项目分解到其它修理级别中去,同时大大延长W6修理级别时间间隔,收到良好效果。
(4)做好停航时的保养工作。平时的保养工作对高速机使用寿命影响甚大。保养时应根据不同检查保养内容制定不同的周期,如日、周、月、季度或半年等,但也要结合机器运行状况,不可千篇一律。
作者：王家新 摘自《航海技术》