主机运行参数异常问题的分析与解决

浙江省船检局 舟山市船舶检验处 舟山 316000

船舶在营运期间，必须按操作规程与技术要求对主机精心维护与使用，尽量使主机处于良好的工作状态，以保证主机的可靠性和使用寿命，提高船舶的安全性，降低船舶的维修成本。然而在检验过程中时常会碰到主机运行参数异常的情况，故有必要从实践的角度对存在的问题进行分析和探讨，以保证主机处于良好的工作状态。

1 原因分析

船舶在营运期间，主机运行参数异常通常表现为各缸的排气温度偏高或偏低；最高爆发压力偏高或偏低；冷却水高温；滑油低压；各缸相互间工况参数不均匀等。主机运行工况异常就反映为这些参数中的一种、两种或两种以上参数组合的异常[1-3]。

1.1 实例

某3 000 t级2004年建造的沿海散货船主机型号为G6300ZC16Bs；额定功率为1 471 kW；额定转速为575 r/min；该机为右机，气缸编号从飞轮端开始。检验试航过程中主机在470 r/min时测得各缸排温和爆压，见表1。

表1 主机航行试验记录

=352 ℃；

=9.74 MPa。

船舶检验以及该柴油机使用说明书中规定：

压缩压力Pc,偏差ΔPc不超过±2.5%；

爆炸压力Pz,偏差ΔPz不超过±4.0%；

排气温度Tr,偏差ΔTr不超过±5.0%；

指示功率Pi,偏差ΔPi不超过±2.5%。

相关技术人员都是通过对主机各缸的工况参数来分析各缸工作过程的均匀性，进而判断主机的工作状况。因为各缸工作不均匀不但影响柴油机运行的动力性和经济性, 还将引起振动噪声、零部件磨损以及受热部件的热负荷加剧。所以制造厂常常通过严格控制主机零部件尺寸、加工和安装精度以及调整有关参数的一致性来达到各缸工作过程的均匀性，以实现主机设计的性能。而运行中的主机, 由于其零部件的磨损、变形、结垢、松动、装配间隙的改变, 以及一些参数不匹配，维护使用不当等因素往往导致各缸工作过程的均匀性发生变化，并以运行参数异常的形式表现出来，从而影响主机的正常工作。对比可知:

1) 各缸排气温度均高于设计平均值；最高爆发压力均低于设计值。

2) 各缸排温和爆压不一致，有较大偏差。

3) 平均排气温度偏差

=3.53%

同理，平均爆压偏差ΔPz

=-2.6%

总偏差尚能满足《规范》要求。

4) 第6缸排温偏高

=5.88%

爆压偏低

=-4.3%

该缸问题应立即予以解决，其余各缸排温和爆压偏差未超过《规范》要求，尚能工作，但情况已不理想。

1.2 主机排温和爆发异常主要原因

1) 燃油规格不当，品质差，预处理不充分，分油不净。

为了控制成本，很多不具备燃用重油的船舶主机也在进行轻改重的改造。这样主机实际使用的燃油很难达到主机出厂时技术指导书上所要求使用燃油的规格和牌号，致使喷入气缸内的燃油所形成的喷雾及喷柱与燃烧室的类型、结构和余隙高度就可能不匹配，从而影响燃油燃烧的完善程度。再者，燃油品质低，自燃性能差，滞燃期长，运动粘度高，雾化质量差，发火困难，燃烧不完善，如果加热温度又不当，粘度控制不佳，预处理不充分，分油不净，使每个工作循环喷入气缸里的燃油因雾化不良而不能充分燃烧且燃烧滞后，导致燃烧过程后移而使排温升高、爆压降低。

2) 各缸喷油定时、喷油压力和喷油量不当。

若喷油定时过晚，喷油提前角太小，喷射延迟，燃烧滞后，后燃严重。即使喷油定时不变，若使用的燃油牌号不同，也将使燃烧过程和燃烧持续的时间发生改变。特别是对于燃烧重油，因其品质差，粘度高，在缸内雾化质量差，发火困难，相对于轻油，则定时偏晚，所以油品变了喷油定时也应做相应调整，否则，原有的定时相对于现有的油品来讲就非最佳而显不当。再者，若喷油定时正确，而总喷油量调节不当或各缸所对应的喷油泵油量调节齿条调节得不一致而使供油量不均；喷油嘴漏油；喷油器启阀压力调节失衡或喷油器弹簧预紧力不足，启阀压力偏低，这些都将造成喷油压力和喷油量的改变。

3) 气阀间隙、气阀定时不当。

对于四冲程柴油机和气口-气阀直流扫气式二冲程柴油机，气阀留有一定间隙的目的是留有气阀热膨胀的余地。若气阀间隙过小，则将导致气阀受热后因膨胀不足使阀面与座面关闭不严而漏气；若气阀间隙过大，则将使气阀定时改变为晚开、早关，引起换气持续时间缩短，换气质量下降，致使燃烧过程后移，引起后燃严重。对于气阀定时，若定时过早，进气阀将因开启过早而发生废气倒冲入进气管而影响换气质量，同时排气阀因开启过早而使膨胀功损失增加；若定时过晚，将导致换气时间缩短，换气不充分，换气质量差，使燃油燃烧的及时、完善性受到影响。还应考虑到主机在长期运行过程中由于振动而导致气阀调节螺钉和锁紧螺母松动，造成气阀间隙改变，引起定时改变。这些情况将可能导致主机排温升高、爆压降低。

4) 气缸进气量改变或排气阀漏气。

若废气涡轮喷嘴环因过热而变形，使得流通面积增加，导致废气流出喷嘴环时流速不足，冲击叶轮的动力下降，使废气中的热能转化为机械功的量减少而使压气机压缩空气的能力下降；或者增压器喷嘴污染结垢，涡轮叶片结炭，扩压器叶片结炭，压气机滤器、消音器等污脏堵塞而导致增压器工作性能下降，引起增压压力降低；或者进、排气阀污脏堵塞，进、排气管阻塞。这些都将导致增压压力不足，且气体流阻增加而使气流不畅，影响换气质量，造成过量空气系数下降，使燃烧不完全，后燃加剧。再者，即使气阀间隙和气阀定时不变，若排气阀弹簧因长期工作而造成刚度不足，弹性下降，使气阀阀面与座面应力降低；或气阀阀面与座面因过度磨损、腐蚀而造成气阀的密封性下降，引起气阀漏气。以上情况均将导致排温升高、爆压降低。

2 解决措施

2.1 加强对油品的控制与处理

严格核准燃油的规格，正确使用合格的燃油。对于使用重油的船舶主机，使用者应根据该主机的技术特点，使用相对固定的重油油品，每次船舶从外界油库、油管和油驳船接受补油的时候必须按照规范严格监督，仔细取样核查，并根据油品的特性，使用时应多加调节并记录其加热温度，以寻求一种主机适合该油品的最佳加热温度，使喷油泵入口处的燃油粘度维持在12～25 mm2/s，以保证喷油器雾化质量对燃油粘度的要求。同时，应做好对重油的沉淀、过滤与分离工作，平时应按照规范严格操作和维护保养燃油清洁处理设备。加强对滤器的清洗工作，使用符合要求的滤芯；正确选择分油机的比重环，控制好分油预热温度、排渣时间以及最佳分油量(30%～50%标定分油量)，以确保分油质量。[3,4]

2.2 做好设备调节工作

船舶在营运期间，对于喷油设备，若主机在较长的时间内需要燃用重油，应适当增大喷油提前角，保证燃油在上止点附近发火燃烧，使缸内最高爆发压力以及其相位正常；做好喷油量调节工作，使各缸尽量平衡一致，保证各缸的排温和爆压基本一致，以改善主机的工作条件；适当提高喷油器的启阀压力以保证雾化质量。对于配气机构，平时应加强对气阀间隙和气阀定时的调节，以防止主机因振动而造成气阀调节螺钉和锁紧螺母松动，引起气阀间隙改变而导致定时改变。为保证各缸的排温和爆压基本一致，对设备进行调节工作时，应根据主机的特性曲线，将喷油设备的喷油提前角、喷油量和启阀压力与配气机构的气阀间隙和气阀定时进行多参数同步联调，做到油与气同时匹配，以防止排温和爆压异常，保证主机良好的工作状态。

2.3 做好维修保养工作

船公司和船员应重视和掌握柴油机制造厂提供的有关柴油机维修保养要求和技术指导，并按照船检的要求定期对主机的零部件进行拆检、维修、保养、更换与调试。平时应做好对主机各参数的收集与整理，并对各零部件故障发生的时间、产生的原因、维修的方式进行统计分析，建立预防性维修大纲和维修标准，在零部件失效之前及时更换，更换的零部件应采用标准原配件。对于还在使用的零部件，特别是对主机运行参数有重要影响的零部件，诸如：柱塞偶件、针阀偶件、气阀等，在对主机运行参数研判的基础上，并结合这些零部件是否存在跑、冒、漏情况，在维修时加强对有问题的零部件研磨、修补和测试工作。应重视对增压器的拆检、清洁与保养工作，若增压器因污脏堵塞等故障而引起其工作性能下降，则易引起主机运行参数异常，特别是远离增压器的气缸因进气不足更易导致排温和爆压异常。

3 结束语

对于上述例子，在分析原因时查验轮机日志，发现该船主机排温偏高而爆压偏低这一现象比较普遍，尤其以第6缸更甚，说明增压器污染严重；因第6缸离增压器最远，导致其进气量相对其余各缸更显不足；进一步复查时发现该船主机未使用柴油机技术指导书上所要求的10、20号重油而是燃用一种劣质重油且未加装粘度调节器，轮机员也未对主机的相关设备做适当调整。因此，解决方法应为：控制油品；加装粘度调节器；清洗增压器；适当提前喷油定时和调高启阀压力；航修时加强对主机的清洁、保养与调试工作。

[1] 何方炽. 提高中小型船舶主推进装置可靠性研究[D].上海：上海海事大学,2005.

[2] 国家质量技术监督局. 海船系泊及航行试验通则[S]. 北京:人民交通出版社,1995.

[3] 钱耀南. 船舶柴油机[M]. 大连：大连海事大学出版社，1999.

[4] 国家质量技术监督局. 中国造船质量技术标准 [S]. 北京:人民交通出版社,2006.