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如何有效調整船舶主機各缸負荷不均勻

時間:2018/4/12 10:49:49 點擊:

  內容提示:本文主要分析了主機各缸負荷分布不均的表現,主機各缸負荷分布不均的危害以及船舶主機由于結構設計、制造誤差、供油不均勻、供油提前角變化、噴油不均勻、進氣不均勻等造成的各缸負荷不均勻的原因,并對造成負荷不均勻的現象進行了調整,將對整個機器的經濟性,動力性,可靠性,壽命等得到改善,提高整個機器的性能。...
  主機各缸工作負荷不均勻會使柴油機有異常噪音并伴隨劇烈震動將直接影響多缸柴油機的經濟性及使用壽命,本文主要分析了主機各缸負荷分布不均的表現,主機各缸負荷分布不均的危害以及船舶主機由于結構設計、制造誤差、供油不均勻、供油提前角變化、噴油不均勻、進氣不均勻等造成的各缸負荷不均勻的原因,并對造成負荷不均勻的現象進行了調整,將對整個機器的經濟性,動力性,可靠性,壽命等得到改善,提高整個機器的性能。
  柴油機作為船舶上非常重要的動力來源,其性能的好壞是決定船舶航行性能的重要因素,柴油機作為造福于海上船舶的動力設備,已經被廣泛應用,在全球經濟發展中發揮著巨大的作用,我們身為輪機員要時刻保持著主機的正常運轉。主機就好比船舶的心臟,維持主機的正常運轉是船舶安全航行的前提,也是保證我們自身安全的前提。柴油機作為船舶的重要組成部分,分析及了解其故障對我們航海人有很大的好處。以下對引起主機各缸負荷不均勻的原因及調整方式作一簡單介紹。
 
1.主機各缸負荷分布不均的表現 
 有一個主機各缸負荷分布不均勻的表現實例:在中燃集團中燃21輪上值班期間,主機是DU-SULZER大型柴油機,型號6L28/32A,它的軸功率11504kw,工作轉速120rpm, 正常排氣溫360℃。在一次大管輪值班期間,發現船舶主機有異常的噪音并伴隨劇烈的震動,總轉速下降到500rpm,第三缸與第六缸的排氣溫度是250℃。在遇到上述狀況時,需要馬上緊急處理,調整整機轉速,使其降低到正常范圍,加強主機的冷卻并查找具體原因。
 
2.主機各缸負荷分布不均的危害 
  由于主機各缸負荷不均勻,主機的個別缸內燃燒較為嚴重或者有些缸內燃燒不充足,導致在主機的輸出功率上有一定的差別。由上述的情況下,會出現這樣的現象:主機的某一個缸內燃燒過于劇烈導致異常的噪音和劇烈震動,從而影響缸的耐久性與可靠性,產生非常嚴重的撞擊并引發變形,增加機件的磨損率使機件磨損加快,在嚴重時使機件產生大的裂紋甚至造成損壞,從而降低了主機的動力性能和經濟性能。 
  負荷分布不均勻造成的振動消耗了大量的能量,改變了柴油機的噴油最佳正時和氣閥的最佳正時,導致柴油機的動力性和經濟性直線下降,損害船員在上面的舒適性。
  各種振動使輪機管理人員的工作條件惡化,既損害健康又因疲勞而釀成事故。各缸負荷不均勻還會使渦輪增壓機出現問題,使渦輪增壓機氣流不均而造成喘振并且使增壓機無法正常運行,不間斷發出短促的類似放炮的聲音,繼而不能給柴油機正常供應氣體,影響柴油機正常運行;各缸負荷不均勻還會使柴油機的輸出功率不穩定,從而影響其傳動系統,使其受力不均勻,然而長期受到不均勻的交變應力的影響,在嚴重時會造成軸系的膠著與損壞。柴油機負荷不均,對于那些消耗大、負荷過高的缸會造成燃油的過度浪費,使用不經濟從而浪費燃料。對于那些燃燒過于劇烈的缸,還會造成噴油嘴的噴油不均,冷卻不均使噴嘴燒蝕結碳,造成霧化不良,嚴重的影響噴油質量。上面所述各缸負荷不均勻而造成危害中的任何一條都會極大程度的影響到船舶的正常航行,有甚至于威脅到船舶的航行安全,所在船的船員們的人身安全。我們要認識了解這些危害的嚴重性,時時刻刻把這些事情關注起來,在船舶值班中要重視到各個機器的細節變化,加強維護、注意觀察,來預防和減少柴油機各缸負荷分布不均勻出現的可能性。
 
3.船舶主機某缸負荷不均的原因
  導致船舶主機某缸負荷不均勻的原因主要有:
  3.1結構的設計跟制造誤差  從柴油機設計的角度考慮。總是希望設計的柴油機各個缸都完全一致,但是那是存在于理想中的狀態。首先,柴油機的進氣系統,空氣從進氣口到各個氣缸入口的距離不能保證完全一致,還有截面的彎度形狀和各個參數也不能保證完全一致,所以進入各個氣缸的進氣量不能保證完全相同;其次,由于進入進氣管中的燃油流動方向流動狀態都不盡相同,這勢必導致燃油在各個缸中的分配的也是不均勻的;另外,在柴油機結構設計上,也無法滿足相同的冷卻效果、冷卻條件于各個氣缸表面,即具有相同的冷卻面積大小和導熱率等。柴油機各缸冷卻不同即熱力狀態上存在差異,這一因素也說明了在結構設計上不能保證柴油機各缸的負荷處于相同狀態。從柴油機的制造誤差角度考慮,比如制造的凸輪軸、進氣道和燃燒室等都存在一定的出廠制造誤差,即不能保證各個缸完全相同,也不能保證具有相同的表面光潔度,這將會導致進入柴油機各個缸的進氣量和壓縮比之間存在微小的差異。然而各缸的進氣量和壓縮比的大小會對燃燒狀態產生不同的影響,進氣量大的和壓縮比大的缸,其缸所承受的負荷較大,從而導致缸與缸之間負荷不均勻性。

  3.2供油不均勻  在柴油機的供油系統中,供油的好壞占據著重要的地位。供油不均勻會影響供入各個氣缸的油量或多或少的變化,使燃燒也受到不均勻的影響,從而導致缸與缸之間負荷不均勻。從下面幾個方面具體來解說一下供油不均勻的原因。  
  首先,由于柴油機噴油泵驅動聯軸節之間存在差異,之間的間隙不同。驅動齒輪使用過程中導致磨損不均或者使側間隙變大,會影響到缸與缸之間的供油均勻性。另外,由于高壓油管接頭的捆綁力過大使金屬接頭變形,或者因為過度的振動或捆綁力不夠而出現的滲漏,都會引起各缸供油量的不均勻,從而導致缸與缸之間負荷的不均勻。  
  噴油泵齒條刻度設計不均等,油量控制桿工作時松動,都會使各缸供油量不精準或者不穩定從而造成燃燒不均勻,使柴油機各缸負荷不均勻。
噴油泵的柱塞套支承面被出油閥底座壓緊后導致的其歪斜,便跟泵體不同心了,并且因為柱塞套上端面受到的力不均勻,使柱塞歪曲變形并造成堵塞,導致供油中斷,這種情況也會造成各缸負荷不均勻。  
  柴油機的供油系統密封性不好,如出油閥漏油,高壓油管接頭漏油等都會使供油脈動不正常,然而管路堵塞會造成供油中斷,使各缸負荷不均勻而導致各缸負荷不均勻。
  由于柱塞、套筒、凸輪軸之間的相對位置發生改變,傳動齒輪的傳動比發生變化,都會影響柱塞的有效行程,使供油量發生變化,繼而導致各缸負荷不均勻。
  導致供油不均勻的原因是多種多樣的,是由各種內在的外在的原因綜合響應的結果,其原因還有:輸油泵供油壓力脈動或者低;油路中混有空氣;出油閥錐形密封面磨損,噴油泵的出油閥偶件與柱塞偶件不是一套,都會導致密封性不良;油量控制機構的配合間隙不均或者缸與缸之間的柱塞油量控制機構的配合間隙之間的差值過大。然而對于多缸噴油泵,其柱塞和出油泵的密封必須用相同的處理,保持其一致而且是同一分組號的偶件。偶件必須配套使用,如果使用不是同一組的偶件,就不能保證其配合間隙一致,也不能保證各缸的供油特性一致,也就不能保證在不同供油位置時應有的供油均勻度,影響柴油機的供油均勻性。  在機件的維護與修理中,如果更換組件時,不能置換一個,也不能新舊搭配,要換必須全部同時更換成同一組的,這樣才能保證其配合間隙處于允許范圍內。燃油中含有顆粒性或者腐蝕性的雜質,經過較長時間的沖刷管路系統,就會造成柱塞偶件配合面之間的較大程度的磨損,導致供油通道漏油滴油,使其油路供油不均勻。供油不均勻將會導致各缸燃燒的不均勻,從而影響到各缸負荷的不均勻。

  3.3各缸供油提前角不同
  柴油機的各缸供油提前角不同,將導致燃料在各個氣缸內燃燒的時間不盡相同,或者 提前燃燒或者滯后燃燒,這種差異將會導致氣缸的負荷不均勻。  常見的機型的供油提前角的數值為:
  相對于正常數值從下面幾個方面來分析了解一下造成各缸供油提前角變化的原因。  柱塞行程的改變,由于柱塞的長時間使用,經過高壓燃油的沖刷而導致一些部件過度磨損,使柱塞的行程變短,開始供油的時刻變晚,影響供油的提前角。然而柱塞旋轉也會導致柱塞位置的改變,使柱塞行程發生變化。柱塞行程的改變將會導致供油壓力改變,從而導致供油提前角的改變,從而導致各缸負荷的不均勻。凸輪由于長時間的工作,也會產生較為明顯的磨損,使其相對位置發生改變,在其運行期間,柱塞的行程也會發生變化,不再按其原來軌跡運轉。然而由于啟閥壓力沒有變動,而柱塞行程發生改變,勢必會導致供油提前角發生改變,進而導致各缸負荷的不均勻。
  凸輪軸傳動齒輪由于在運行期間的過度磨損或者傳動件之間的松動,也會造成傳動比的不穩定或者不準確,不能夠讓柱塞達到正確的標定要求的行程,進而影響柴油機的供油量并且使供油提前角發生變化,從而導致各缸負荷的不均勻。  套筒與柱塞的配合位置發生改變同時也會使柱塞的有效行程發生改變,進而影響柴油機供油量和供油壓力的變化,從而導致噴油器噴油供油提前角的變化,這也是導致各缸負荷不均勻的原因之一。噴油器啟閥彈簧經過長時間的運行,其彈簧的彈力會變小進而使啟發壓力也相應變小,從而導致供油提前角變大。供油提前角的變大,會使燃燒提前,然而要是彈簧設置的過于收緊,其彈簧的啟閥壓力也相應過大,進而導致供油提前角過小,會使燃燒滯后,進而會導致各缸負荷的不均勻。供油提前角的改變是由多種原因綜合變化而造成的,比如柴油機的轉速發生變化,燃油的溫度發生變化等等都是其原因之一。

  3.4各缸噴油不均勻  
  噴油泵是柴油機機件當中非常重要的部件之一,各缸噴油的不均勻性將會導致進入各個氣缸的燃料不盡相同,使燃料在各缸中的燃燒也不盡相同,從而導致氣缸負荷不均勻。這些將直接影響到柴油機運行的經濟性能、動力性能和可靠性能。一般噴油器故障是造成噴油不均勻的的主要原因,所以主要從下面幾個方面來做一下具體的了解和分析。  
  其一是噴油嘴發生了故障。由于油料含有雜質或者濾清器出現問題,比如在燃燒時使用劣質的柴油、濾清器的濾芯經過長期的使用也不更換也不清洗、不更換長期使用而過度磨損的噴油嘴,噴油嘴的噴孔變化將會導致各缸噴油的不均勻,進而將會導致各缸負荷的不
  其二是燃油的噴油壓力太低了。這種情況大多是由于啟閥彈簧的長時間使用,使彈簧發生塑性變形,失去了彈力或者造成斷裂,這都將會導致啟發壓力過低,使柴油機的燃料燃燒提前,進而導致各缸負荷的不均勻。
  其三是噴油霧化不良或者有明顯的油流下射。由于柴油機的霧化不良而使噴嘴被不正常燒蝕,或者不好的燃油的長時間沖刷,這些都會使噴油孔發生磨損或者堵塞,使其噴油孔發生變化(或大或小),進而導致燃油的霧化不良,造成燃料的燃燒不完全,不能產生足夠的熱量使其中某缸的負荷下降,進而造成各缸負荷的不均勻。
  其四是噴油嘴滴油。由于精密配合的針閥偶件磨損,使其密封性能下降,在其高壓下,導致柴油機的噴油嘴漏油。過多的燃油滴進氣缸,會使燃燒增加而導致氣缸負荷增加,進而造成各缸負荷的不均勻。
  其五是噴油嘴針閥卡住或者燒死。大量的燃油漏入氣缸,使燃氣倒流至噴油器中,進而造成燒蝕或者使氣缸黏著,以至于使噴油器噴入氣缸的燃油減少,或者更甚于不能噴射燃油。進入氣缸的燃料不足,使氣缸的負荷下降,進而造成各缸負荷的不均勻。各個缸的噴油不均勻也是由種種原因組成,調試或者狀態不同等等都會對其造成影響。

  3.5進氣不均勻 
  柴油機進氣的不均勻性也是由種種原因綜合導致,比如進氣管的流動損失,壓力不同,增壓機出現故障或者掃氣口出現故障等等。下面主要從增壓機故障還有掃氣口故障方面做一下分析及了解。
  增壓機發生故障會使進入柴油機氣缸的氣體不均勻,進而會使燃燒室中的燃料燃燒不充分,產生不盡相同的能量,導致柴油機各缸負荷的不均勻。主要從以下幾個各方面來了解一下增壓機發生故障的原因。增壓器的增壓壓力降低。壓力過低將會使進入氣缸的氣體量減少,不足的氧氣使燃
  料不充分燃燒,導致各個氣缸負荷的不均勻。一般造成增壓壓力降低的主要原因有:中冷器、葉輪、擴壓器有污垢,壓氣機濾清器阻塞,增壓器渦輪內有較多臟垢,
  增壓器的軸承磨損等。這些原因使增壓器的旋轉阻力增加,排氣管壓阻增大或者局部變 形等引起轉子轉速減小,進而造成各缸負荷的不均勻。  增壓器過熱和排氣溫度過高。高溫將會造成增壓機增壓壓力發生變化,影響燃料的燃燒,進而導致負荷的變化。燃油霧化質量差或者出現滴油現象、柴油中含有雜質、燃油噴射過量(出油閥關閉不嚴,高壓油泵調整不良),這些都會促使滯燃期加長。空氣濾清器濾芯臟堵,供氣系統管路或者墊片之間漏氣,使進入柴油機氣缸的氣體量不足,都會導致各缸負荷的不均勻。  增壓器的進氣壓力過高。過高的壓力主要是由于排氣閥密封不嚴或者柴油機的配氣相位不精確,使驅動柴油機渦輪的能量增加,增加了柴油機的增壓器的轉速,進氣壓力增加。增壓器進氣壓力過高將會導致氣缸內燃料燃燒過于劇烈,使氣缸負荷增加,以至于造成各缸負荷的不均勻。
  增壓機出現喘振。由于氣體流量小于設定值很多,在葉輪進口和擴壓器葉片內產生強烈的氣流分離,同時產生強烈的震動,并有氣流倒流,引起壓氣機工作不穩定,從而 導致增壓機供氣不均勻,進而影響各氣缸內燃燒不均勻,導致各缸負荷不均勻。
  掃氣口一般出現的故障有:掃氣口處堆積結碳,掃氣口燃氣腐蝕等等。掃氣口故障會造成進入氣缸的氣體不均勻,進入的氣體量不均勻將會導致氣缸內燃油燃燒不的均勻,進而導致各缸負荷的不均勻。柴油機在長時間的工作使用過程中,由于在氣缸更換氣體時總是有一部分燃氣與新氣在掃氣口處混合,然而燃氣中含有許多成分復雜的雜質,在溫度較高的狀況下會非常容易導致掃氣口腐蝕,掃氣口被腐蝕后開口會變大,導致進入氣缸的氣體量不均勻,燃油的燃燒也就不均勻,進而導致各缸負荷的不均勻。柴油機氣缸的換氣系統在換氣時,掃氣口處的高溫燃氣在被新鮮空氣冷卻時,會在表面形成較多的結碳,堆積在掃氣口的出口,長時間的堆積就會造成掃氣口堵塞,使掃氣口的截面減小,進而使進入氣缸的進氣量減少,就會導致氣缸燃料燃燒的不充分,進而導致各缸負荷的不均勻。

  3.6冷卻水傳熱不均勻性
  在柴油機冷卻水系統傳導熱量方面,冷卻系統占據著非常重要的地位,這一點早就被人們熟知。冷卻系統用冷卻水帶走氣缸上的高溫熱量,使氣缸的熱負荷降低,保證氣缸的正常工作。如果氣缸的大量熱量得不到冷卻而傳導出去,使氣缸的熱負荷增加,就會導致柴油機氣缸過熱,并且使各個閥件冷卻不良,致使氣缸不能正常運行,進而導致各缸負荷的不均勻。在柴油機的冷卻系統中,冷卻水泵出現故障,中央冷卻器管路出現泄漏,管子發生斷裂,冷卻水量過少或者各種控制閥出現故障,都會導致冷卻不良,造成氣缸熱負荷增加,進而導致各缸負荷的不均勻。
 
4.調整方法  
  根據上述的了解分析,導致主機各缸負荷不均出現的原因,我們輪機員在值班時對各個有可能導致負荷不均勻的原因進行排查,確保主機處于正常工作的運行狀態。從下面幾方面來調整。  
  4.1 我們可以通過對照各個部件的說明書等有關資料,來進行對設計上的結構誤差進行排查。
  
  4.2 對于柴油機的供油系統,知道濾清器之中的沉積物,在加注燃油時必須了解燃油的變化,必須保證供油系統的密封性良好,按規定時間更新濾芯,清洗油管。因為柱塞偶件是非常精密的元件,如果柱塞偶件配合面之間磨損,應該成套更換柱塞偶件并且在油泵實驗臺上進行調校,才能繼續使用。如果出油閥磨損,其主要磨損部位應該在出油閥密封錐面以及減壓環帶和閥座孔處,也應該更換出油閥偶件。在噴油泵中,傳動機構中相互運動件(如凸輪,調整墊塊以及滾輪體)的磨損也應更換磨損嚴重的零件。調整噴油泵的調整螺釘,增加或者減少在機體與噴油泵之間的銅墊片,或是調整花鍵接盤與噴油泵傳動齒輪之間的相對位置,進而來調整正確的供油提前角。

  4.3 我們在對噴油器氣閥彈簧的啟閥壓力進行檢測時,要檢查其閥芯與閥座之間的密封性能。我們在油泵實驗臺上進行霧化實驗以及密封性試驗時,要參照說明書上的數據來進行對比,確保其處于允許范圍內。在對密封性進行檢查時,要確保高壓管路的密封性。齒條刻度不能出現泄漏不能出現磨損。
  
  4.4 柴油機的增壓器在長時間使用過程中,在出口端容易使帶有雜質的燃氣進入軸封,它的軸承以及軸封可能由于那些雜質的污染或者磨損使其運動阻力增加。拆檢增壓器時,如果發現軸承有不同程度的磨損,它的轉子上下級左右跳動值超過說明書的規定值時,軸承應該換新。如果增壓器渦輪相鄰的六片葉片頂部撓曲變形,要把變形的葉片進行換新。在清理增壓機的內部時,要保證排氣閥和進氣閥處于良好的狀態。我們還要清洗掃氣箱,檢查掃氣口的掃氣壓力,保證各個氣缸進的氣正常,進而保證各缸負荷的均勻。  

  4.5 打開柴油機的空冷器,如果發現空氣端的換熱器上著約2毫米厚的油污,需要用化學清洗劑來清洗。我們還要清洗壓氣機的空氣濾網。在上面的實例表現中,值班員對噴油進行了檢查,最終發現是第三缸和第六缸的噴油器噴嘴結碳嚴重導致噴油不均勻,從而氣缸負荷不均勻導致主機異常震動。更換了噴油器后主機的運行也恢復了正常。

船舶主機各個缸負荷不均勻的原因非常多,其危害也較為嚴重。只要我們能夠根據主機表現出來的現象來找到原因,并及時按照正確的方法做出調整就能排除故障,進而保證我們船舶的正常航行。

作者:不詳 來源:船管網

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