某轮主机倒车启动困难的原因分析及解决办法

胡建峰,罗光荣

(广州中船远航船坞有限公司,广东广州 510725)

某远洋散货轮,主机为前苏联制造,1986年出厂的 MAN B＆W 6AKPH67/170-7 2冲程柴油机。主要结构和参数如下:换气形式为直流阀式扫气,汽缸数 6个,缸径 670 mm,行程 1 700 mm,功率为 8 100 kW,转速为 119 r/min。该轮于 2009年 5月进入中船远航船坞有限公司修理。

1 故障现象

该轮主机正车启动很顺利,但倒车启动非常困难,启动空气消耗量大。主机正车试验时,启动空气初始压力为 2.5 MPa。当换向手柄置于 “正车”位置、操纵手柄推至 “启动”位置时,启动空气分配器凸轮轴和高压油泵、排气阀凸轮轴换向到位,曲轴转速在数秒钟内达到 30 r/min以上。将操纵手柄推至 “运转”位置时,油门总拉杆立即向加油方向拉动油尺,主机发火运转。连续 8次正车启动均成功,平均每次启动耗气量为 0.20 MPa。在作倒车试验时,启动空气初始压力同样为 2.5 MPa。当换向手柄置于 “倒车”位置、操纵手柄推至 “启动”位置时,启动空气分配器凸轮轴和高压油泵、排气阀凸轮轴换向到位,但曲轴转速一直在 20 r/min以下徘徊。将操纵手柄推至 “运转”位置时,油门总拉杆立即向加油方向拉动油尺,主机不发火运转。连续 3次倒车启动均不成功,启动空气压力已降至1 MPa以下,平均每次启动耗气量为0.52 MPa。

2 故障分析

该主机倒车启动困难的现象表征是启动空气消耗量大,启动转速达不到发火转速 (通常为 25～30 r/min),主机不发火运转。

经过测量发现:正车时,启动空气分配器开启角度为上止点前 9°,比说明书规定上止点后 5.5°提前了 14.5°。倒车时,启动空气分配器开启角度为上止点后 20°,比说明书规定上止点后 5.5°滞后了 14.5°。因该主机启动空气分配器采用双凸轮移动换向,正车凸轮和倒车凸轮安装在同一根凸轮轴上,凸轮轴转向与曲柄转向相同。正车时启动空气分配器正时提前,必然造成倒车时启动空气分配器正时滞后。

下面分析空气分配器正时改变给主机启动造成的影响。

2.1 该主机说明书的配气正时图和发火顺序图

图1 配气正时图

图2 发火顺序图

根据该主机说明书的配气正时图和发火顺序图,计算出如下数据:①启动空气分配器正时:上止点后 5.5°开启,上止点后 95°关闭,供气延续角为 89.5°曲柄转角,从汽缸启动阀开启到汽缸排气阀开启时的有效供气角度为 76.5°曲柄转角。②汽缸排气阀正时:下止点前 98°开启,下止点后 108°关闭,排气延续角为 206°曲柄转角。③汽缸启动阀开启与汽缸排气阀开启的重叠角度为 13°曲柄转角。④启动空气共同作用在发火顺序相邻的两个汽缸活塞顶部的重叠角度为 16.5°曲柄转角。

2.2 启动空气分配器正时提前对主机正车启动的影响

当正车启动时,启动空气分配器正时提前了14.5°,为上止点前 9°,在启动空气分配器供气延续供气角内,汽缸排气阀还没有开启,有效供气角度变为 89.5°曲柄转角,比说明书规定的 76.5°曲柄转角增加了 13°曲柄转角。汽缸启动阀开启与汽缸排气阀开启的重叠角度消失。启动空气共同作用在发火顺序相邻的两个汽缸活塞顶部的重叠角度为31°曲柄转角,比说明书规定的 16.5°曲柄转角增加 14.5°曲柄转角。启动空气分配器有效供气角度增大、汽缸启动阀开启与汽缸排气阀开启的重叠角度消失、启动空气共同作用在发火顺序相邻的两个汽缸活塞顶部的重叠角度增加,结果是增加了启动空气的能量,减少启动空气的消耗,有利于启动转速提高。虽然启动空气分配器在上止点前 9°开始向汽缸启动阀供气,会对主机产生一定的制动作用,但实际上启动空气进入汽缸的时刻要稍为滞后些,这是因为汽缸启动阀不是瞬时全开的,在开启的初期由于开度极小对启动空气起到节流作用,启动空气并未真正进入汽缸,只有汽缸启动阀的开度较大时压缩空气才进入汽缸,这时曲柄已经接近上止点,实际产生的制动力矩很小。这就是该主机正车启动顺利的原因。

图3 启动空气分配器正时提前 14.5°的配气正时图

2.3 启动空气分配器正时滞后对主机倒车启动的影响

当倒车启动时,启动空气分配器正时滞后了14.5°,为上止点后 20°,从汽缸启动阀开启到汽缸排气阀开启时的有效供气角度变为 62°曲柄转角,比说明书规定的 76.5°曲柄转角减少了 14.5°曲柄转角。汽缸启动阀开启与汽缸排气阀开启的重叠角度为 27.5°曲柄转角,比说明书规定的 13°曲柄转角增加了 14.5°(增加了一倍),大量的启动空气从汽缸排气阀排走。启动空气共同作用在发火顺序相邻的两个汽缸活塞顶部的重叠角度只有 2°曲柄转角,比说明书规定的 16.5°曲柄转角时间少了 14.5°曲柄转角。启动空气分配器有效供气角度减小、汽缸启动阀开启与汽缸排气阀开启的重叠角度增大、启动空气共同作用在发火顺序相邻的两个汽缸活塞顶部的重叠角度减小,结果导致启动空气能量不足,致使倒车启动时既消耗了大量的启动空气又不利于启动转速提高,这就是该主机倒车启动困难的原因。

图4 启动空气分配器正时滞后 14.5°的配气正时图

3 解决办法

按该主机说明书配气正时图将正倒车的启动空气分配器正时调整到上止点后 5.5°。在主机没有暖缸情况下作正倒车启动试验。启动空气初始压力为 2.5 MPa,正倒车交替启动各 6次,连续 12次启动均成功,平均每次启动耗气量为 0.14 MPa。试验结果符合船舶规范要求,确保了船舶航行安全。

4 结束语

船舶经常在各种复杂的条件下航行,例如:在进出港口和靠离码头时,要求船舶多次改变航速及航向;在紧急情况下,船舶为了避碰而要求紧急刹车,强迫主机迅速停车、倒车。目前,各港口国政府严格和广泛地采取措施,对抵港外轮实施 PSC(Port State Control,港口国监控),这就对船舶机动操作性能和主机的技术状态提出更严格的要求。

在日常的轮机管理和维修过程中,要按照说明书准确地调整主机的各项技术参数,才能使主机处于良好的技术状态,满足各种工况要求,确保船舶航行安全。