某船6L23/30HZ型发电柴油机增压器喘振故障分析

文/ 中海发展广州油轮分公司 邹 炳 欧阳龙

某船6L23/30HZ型发电柴油机增压器喘振故障分析

文/ 中海发展广州油轮分公司 邹 炳 欧阳龙

近期在处理一起发电机增压器喘振故障时，发现相关人员长期采取调节油门的方式来消除排烟温度偏差，造成超速停车装置动作引起喘振现象。该案例比较典型，通过故障分析，为新型超速保护装置的发电柴油机遇到故障问题提供借鉴。

发电机；增压器；喘振；调节油门；超速停车机构

一、相关的基本技术参数

本机为镇江柴油机厂引进MAN B&W公司技术生产的6L23/30HZ型、新式增压、四冲程柴油机作为船上发电机，单机额定功率710 kW ，转速720 r/min，WOODWARD型电液调速器，2004年出厂。发电机使用的燃油和主机一致，目前使用180cSt燃油。

二、故障简述

较长一段时间以来，该船1#发电机在增加负荷时增压器均会产生一次猛烈的喘振。观察发现：故障发生时，增压器废气端的烟迅速膨胀，而压气端会有气流反冲出来，然后恢复正常，此时1#机各缸排烟温度均比同负荷下2#、3#机的高。在此期间的一段时间内，船舶主要在渤海湾等低温地区航行，1#机则恢复正常，各参数与其他两台发电机基本一致，喘振现象也消失了，可以在420 kW常用高负荷下单机运行。近期南下在气温较高地区航行时，喘振现象又出现，而且负荷在300 kW左右时只要外围有设备启动即会产生强烈喘振，无法单机运行。同时，向1#机增加负荷时在机旁会听到一股明显的气流声，加载的负荷稍大即有强烈的喘振抨击声。

三、故障原因分析及采取的措施

1. 供油系统方面

针对增压器喘振问题，首先从容易分析的表象着手，结合排烟温度高的现象，对供油系统、喷油器和爆压三方面进行调整：测量爆发压力，更换全部油头，调整排烟温度使之平均。调整后排温虽略有好转，但喘振现象仍然存在。于是观察高压油泵并活络齿条，同时观察齿条刻度，发现其中2号、4号缸的高压油泵齿条刻度偏大，齿条不灵活，加负荷时有迟滞现象。遂更换相应两台高压油泵，调节油门使排温平均，而喘振现象依然如故。

2. 增压器自身方面

1#发电机曾有过气阀断裂、碎屑损坏增压器的历史，事后经厂家修理恢复正常，但是否有残留的硬物杂质等损伤增压器本身呢？于是对该机增压器进行拆检，发现喷嘴环槽以及叶轮烟灰较多，清洁干净后再拆检轴承发现其状况良好，但为保险起见仍将其换新。装复以后使用正常，排温有所好转，但向该机增加负荷时仍然有增压器喘振现象，并且负荷变动时在机旁仍能听到很清晰的气流冲刷声。

3. 喷油定时方面

由于该机启动时常会发出“喷射系统故障”报警，故再在喷油系统定时方面查找原因，是否由于喷油的不平衡或者喷油定时提前或滞后过多造成气流脉冲呢？于是检查、调节气阀间隙，检查并调节燃油凸轮转角微调喷油定时，运行试验各参数没有明显变化，但加负荷时增压器仍然发出强烈的喘振声响。

4. 进排气系统方面

经过前面的原因查找和处理，1#发电机正常运行时各相关热工参数与2#、3#机已基本一致，如表1所示。比照该机空冷器、各缸排烟温度以及增压器前后排温未发现异常。

表1 1#发电机运行时各缸相关热工参数

1#与2#机并联使用时观察烟囱排烟情况，发现1#机从排烟管排出的烟没有2#机的饱满且略微泛白。拆检1#机的空冷器后发现腔里有积水，且其连接处漏气，将其处理以后装复正常使用。空冷器气腔里有积水，是因为本船长期以来低温淡水设置太低（在26 ℃），使得增压后空气中的水蒸气凝集在里面所致。故调高低温淡水至33～35 ℃试用，空冷器气道积水消除，排烟烟色正常，其他参数未变化。据了解，本机长久以来均有启动困难伴随“喷射系统故障”报警的问题，查阅说明书均无对此报警的描述和解决办法，故以为是系统探头误报且不影响工作而没有太在意。

观察发电机排烟管的走向和布置，发现1#机排烟管有一段小于90°的弯头，且有段时间发现烟囱有积水沿1#机排烟管流入机舱，曾怀疑1#机排烟管的消音器是活页结构，其内的部件经腐蚀脱落后卡阻甚至堵塞烟道造成该机排烟不畅。决定拆检1#机排烟管的消音器，却发现无法进行。后询问某船厂监造人员，得知该消音器结构简单，因腐蚀或其他原因导致内部部件脱落堵塞烟道的可能性极小。按照说明书的介绍，排气正常背压为1961～2942 Pa（200～300 mmH2O），实测1#与2#机排气背压，1#机的稍高，但也不至于高到引起增压器喘振的地步。所以，该机进、排气方面导致增压器喘振的原因也被排除了。

5. 调速器方面

因为负荷稳定时使用不存在问题，各参数也正常，只是在负荷变动时才有气流声以及增压器强烈喘振声，于是观察增加负荷时调速器的动作情况，对比2#、3#机的调速器执行动作，发现1#机的调速器动作较平稳，但是调速杆的角度与2#、3#机的有明显差异，330 kW负荷时调速杆基本达到最大角度。于是微调1#机调速杆的调节螺钉，参照2#、3#机增大启动油门，发现启动容易了，并且“喷射系统故障”报警也没有再出现，但在高负荷时启动锅炉等大负荷设备，增压器仍然会发出喘振声响。

6. 超速停车装置方面

该分析的问题似乎都考虑到了，一切似乎没有了头绪，但是问题不可能凭空而来，一定还有某方面尚未查到的原因存在。故障原因查找又回到了起点，这需要轮机技术人员具备透过现象看本质的能力，才能发现问题的源头。再次详细观察1#机增压器喘振时候出现的现象，考虑到该增压器曾发生过故障，是否修理后安装间隙未达到要求呢？或者是某个小部件被忽略造成气封不良致使烟反冲呢？于是，从其结构入手，再次拆开增压器，发现进气喷嘴环槽末端的一圈小孔原来是通过电磁阀连接到启动空气管的。查阅说明书发现此空气管为超速停车装置的组成部分，于是将目标锁定在气源过来至增压器的补气电磁阀上。

当时分析可能是因为电磁阀关不严造成的，拆检电磁阀发现膜片、阀芯等均完好无漏，于是怀疑是增加负荷时系统给了电磁阀一个错误的脉冲信号。为验证此推断，运行时关闭了补气阀前的截止阀，但却产生了“喷射系统故障”报警，所以不能关。再对照说明书，找到此电磁阀的控制部件，原来在油门总杆上超速停车机构下面极隐蔽处有一个小小的λ发射器探头，运行时用螺丝刀触拨此发射器发现增加负荷时出现的气流声原来就是这里产生的，原因就是其与超速停车汽缸顶杆距离太近，增加负荷时超速停车汽缸顶杆触碰到λ发射器探头造成补气电磁阀开启。

此λ发射器探头装置是用销固定在油门总杆上的，只可作微调。于是将超速停车汽缸的管路吹通清洁，并松开该机全部六个缸油门杆，顺时针转动油门总杆，与2#、3#机的调速器杆角度对比调整至合适位置，然后按照说明书要求将各缸油门（即启动油门）固定在17位置，启动1#发电机顺畅无报警；再试验增加负荷，未听到气流声，增压器也未发生喘振。多次试验故障均未再出现，将该机恢复到单机常用大负荷（420 kW）下使用，且运行了300 h左右，在各相应负荷下其工况正常。至此这个长期遗留的故障得以彻底解决。

四、故障成因解析

长期以来，该船发电机燃油的油质、油温（180cSt进机温度连100 ℃都不到）以及燃油添加剂等处理不当，造成高压油泵、喷油器等过度磨损，导致燃油供油效果变差，且该船航线短，长期双机低负荷并联运行，使得发电机各缸排烟温度偏差较大。同时，由于多任主管轮机员在处理该机单缸排烟温度偏差较大的问题时，都采用单缸调节油门的方法，使得油泵齿条和油门总杆发生相对位移。当油泵齿条往增大油量的方向调节相对较多时，油门总杆即会顺时针转动，带动限位器与停车顶杆越来越靠近，当加负荷时油门增大，其间距更小甚至碰到一起，触发λ发射器探头发出超速信号，一方面打开补气电磁阀释放空气反冲增压器防止其超速，另一方面由于整机油门加大瞬间排烟量增加，导致废气端排气不顺畅形成猛烈的冲击声。这就是增压器喘振时观察到废气端迅速膨胀、压气端有气流反冲出来，且在机旁会明显听到一股气流声的原因。反之，当油泵齿条往减小油量的方向调节相对较多时，可能导致油门总杆向逆时针方向发生相对位移，造成启动油门减小而启动困难。

五、经验和教训

1. 打开思路，理清查找故障的方向

针对发电机排烟温度偏差大现象，动辄调节单缸油门是极不可取的，这会导致各缸功率和受力不均，长期如此操作和管理易导致设备损伤和缩短检修周期。正确的做法是：从排烟管自身、燃油温度及质量、喷油器、高压油泵、气阀和进排气系统、供油定时以及汽缸内各部件的状况等方面入手来查找原因，然后采取相应的处理措施。遇到问题，相关的管理人员应周全考虑，不能被某些表面现象禁锢住思路，需正确理清查找问题的方向，从现象到本质、从简单到复杂，全面系统地加以分析，才能少走弯路，少做无用功。

2. 船舶轮机管理人员应具有敢于面对任何问题的信心

本文提及的1#发电机长期启动困难以及“喷射系统故障”报警问题，若能引起相应轮机管理人员足够重视，耐心地、极具信心地去查找原因，相信问题也不至于拖延那么久才得以解决。

3. 充分利用相同设备做参照比较

船上有许多设备是配备了相同的两套甚至更多套，完全可以将出现问题的设备与正常的加以比较，及早发现产生问题的原因所在。比如本文中的船舶上就有三台同样的发电机，将出现故障的1#机的调速器杆角度、启动油门杆齿条刻度、超速停车汽缸顶杆露出部分的长度等与正常的2#、3#机进行比较，找出故障的原因后处理起来就会容易得多了。

4. 有效地利用船舶现有技术资料

船舶的设备说明书、试验记录、修理记录等技术资料对轮机技术人员发现问题、处理问题具有很好的指导作用。船上各职相关管理人员须认真阅读理解这些技术资料，以帮助自己在处理问题的关键时刻理顺思路和指明方向，尤其是针对近年新造船上的新设备，轮机技术管理人员更是离不开这些船舶现有的一手技术资料的指导。本文中提及的设备故障问题能得以有效解决，实际上最终也是在相关人员认真阅读说明书后才发现了问题的根源，确保了设备的安全运行 。

六、管理上采取的改进措施

1. 适当提高燃油进机温度

船上将燃油日用油柜的油温从原来设定的75 ℃提高到90 ℃， 燃油单元加热器出口温度在保证黏度的前提下从110 ℃提高到115~120 ℃（180cSt燃油）。当船舶航行于寒冷区域时，机舱环境温度保持在不低于25 ℃，尽量减小燃油系统管路的温降，保证燃油进机温度不低于110 ℃。

2. 提高燃油添加剂的效果

鉴于该船没有添加剂滴定装置，加装燃油时添加剂（油泥分散剂）是从量油孔倒入油舱的，其无法与燃油充分有效混合。船舶采取转换燃油舱之前用驳运泵将油舱燃油进行循环，加强添加剂（油泥分散剂）与舱内燃油的有效混合，提高燃油的燃烧品质。

3. 加强对燃油喷射部件的监控

定期对喷油器进行起阀压力和雾化试验，及时更换工况差的喷油器。加强高压油泵状况监测，视情况更换柱塞偶件或新高压油泵，尽量避免以调节单缸油门的方式来平衡热工参数。

Surge cause analysis on type of 6L23/30HZ generator turbocharger

ZOU Bing，OUYANG Long