电喷柴油主机蓄压器的管理

2009年11月3日
中远集运在韩国现代船厂定造的四条万箱船，主机都选用MAN-B&W 12K98ME型（其中的ME是英文电喷主机“Engine Program Electronically Controlled”的缩写），额定功率（MCR）68 640 kW，最高转速94 r/min，服务功率61 776 kW，服务转速90.8 r/min。该型主机现已较多装置于超大型集装箱船。
与MC机型相比，ME机型主机仍保留高压油泵（未采用燃油共轨）和液压驱动排气阀，区别在于用高压动力滑油替代凸轮轴传动机构提供喷射燃油和开启排气阀的动力。
1 ME型主机的燃油喷射和排气阀开启
（1）动力提供单元（HPS）
动力提供单元（Hydraulic Power Supply，缩写HPS），系用油泵将主机系统滑油升压至175~220 bar，称为动力油，提供驱动喷射燃油和开启排气阀的动力。
HPS有7台油泵升压主机系统滑油，包括：
·主机曲轴，通过链轮/链条，带动五台机带液压泵，用于主机15%以上负荷运转。其中，1号和2号泵是轴向定向定量柱塞泵，3号、4号和5号泵是轴向变向变量柱塞泵。
·两台电动液压泵，用于主机启动和15%以下负荷运转。
（2）液压控制单元（HCU）
液压控制单元（Hydraulic Control Unite，缩写HCU）的作用，是在HPS提供动力油（经专用的自动清洗滤器净化）的基础上，通过FIVA阀（Fuel Injection and the Valve Activation Valve的缩写）控制，分别驱动高压油泵和排气阀的液压驱动泵，实现预定的燃油喷射和排气阀开启。
（3）燃油喷射和排气阀开启
高压油泵提供燃油喷射的动力，但原来驱动高压油泵的滚轮和凸轮改用燃油升压器，高压油泵柱塞底部与燃油升压器的液压活塞匹配，便于传递驱动力。
排气阀液压驱动泵提供开启排气阀的动力，但是原来驱动液压驱动泵的滚轮和凸轮改用排气阀执行器，排气阀液压驱动泵底部与排气阀执行器的液压活塞相匹配，便于传递驱动力。
燃油喷射定时和排气阀定时，由FIVA阀控制，有专门的控制程序，与本文主题无关，这里不讨论。
（4）HCU与HSU的连接如图1。



①HCU的BLOCK（B），是一个钢质长方体：
·内部开有多种孔道用于动力油流动；
·上面安装燃油升压器和排气阀执行器；
·右侧（相对于D而言）安装FIVA阀、阀420
（HCU动力油进口阀）、阀421（HCU动力油泄放阀）、四只控制阀件（其他用途，与本文主题无关不作讨论）；
·左侧（相对于A而言）安装三只蓄压器（图中没有示出）；
·后端（相对与船的纵向中心线而言）装有气缸油注油器（图中也没有示出）。
这些部件组合在一起，就是单缸HCU。
②各缸HCU之间通过双层管壁结构的钢质管连接,形成整机的HCU系统（图中只示出两只缸）。
③E包括5台由D驱动的机带泵和三只蓄压器（图中只画出局部）。
从图1可以看出，E产生的动力油，通过C传送至HCU，喷射燃油，开启排气阀，注入气缸油。
2蓄压器的功能
ME型主机，HCU和HPS油压高达175~220 bar，一旦压力波动过大或波动频繁，可能导致主机运转不正常，甚至损坏控制阀件。
为保持油压稳定，HCU和HPS系统安装足够的冲入适量氮气的膜片式蓄压器。
造机厂经过计算认为，该机型：
·每个气缸的HCU系统，各需3个每只容积10 L（重55 kg）的蓄压器，分别用于燃油喷射、排气阀开启、气缸油泵的动力油稳压，满足单缸HCU系统稳压的需要。
·HSU，需3个每只容积4 L（重24 kg）的蓄压器。
3蓄压器的结构
蓄压器的结构如图2。



（1）外壳，是两个钢质半球构成的密闭球体，上半球外壳中心孔用来充注氮气，下半球外壳的中心孔通动力油。
（2）碗型橡胶膜片，夹在两个半球中间，分隔上部的氮气空间和下部的动力油空间；膜片中心部位镶嵌钢质圆盘，以防膜片处于极端位置贴紧钢质半球的孔时被孔的边缘切开。
图中虚线，是膜片工作的两个极端位置；当中的两个箭头，表示膜片的运动方向。
4蓄压器氮气的压力
蓄压器中氮气压力，等于HCU和HPS系统油压。因为碗型橡胶膜片是柔性的，可以上下移动。
蓄压器中氮气，过多可能导致膜片中心的圆盘撞击蓄压器底部的钢质壳体，过少可能导致膜片中心的圆盘撞击蓄压器上部的钢质壳体，都可能导致膜片中心的圆盘碎裂，蓄压器功能失效。
保持蓄压器中氮气的一定数量，需要：
·适时填充氮气，和
·合适的填充压力。
4.1适时填充氮气
蓄压器中氮气，不可避免的会轻微泄漏，经验表明正常情况每月压力降2~5 bar，必须适时填充。
适时，就需要测量蓄压器中氮气压力。
4.1.1测量周期
一般是三个月。若排除故障需要当然可以提前测量，但其后三个月内必须进行下一次测量。
4.1.2测量仪表
必须使用主机制造厂家提供的专用压力检测表（见图2中的“C”）。
4.1.3测量方法
必须确认HCU和HPS系统动力油压力为零。
（1）测量HCU系统蓄压器中的氮气压力
①检查确认主机处于完车状态。虽然説明书注明可以在主机减速情况下测量，但服务工程师强烈建议在主机停车状态下进行，因为他们一位很有经验的同事就是主机运行中检修HCU被高压油击中手而致残。
②停主滑油泵，且将电动液压升压泵控制开关置于“手动”位置，以防止他人意外触碰“备车”按钮而启动电动泵。
③将专用检测表连到HCU本体上的压力检测接头“Pos.455”。
④关闭为HCU提供动力油的阀420，打开泄放HCU中动力油的阀421，待专用检测表上的读数为“0”确认HCU系统动力油压力为零，以防测量时蓄压器膜片受意外压力而油液喷射。
⑤检查确认蓄压器充注阀处没有泄漏且其盖帽完好，因为这个盖帽起到附加密封作用。用止回式快速接头连接专用检测表与蓄压器的氮气充注阀，上紧无漏，读取专用检测表上的读数，即为HCU系统蓄压器中的氮气压力。
（2）测量HPS系统蓄压器中的氮气压力
①检查确认主机至于完车状态。
②停主滑油泵，并将电动液压升压泵控制开关置于“手动”位置，以防止他人意外触碰“备车”按钮而启动电动泵。
③压力检测表连接到压力检测接头“Pos.339”。
④打开系统泄放阀315（该阀有两只，分别位于1#缸和12#缸的HCU两端），直至专用检测表读数为“0”确认HPS系统动力油压力为零，以防测量时蓄压器膜片受意外压力而油液喷射。
⑤检查确认蓄压器的充注阀处于关闭状态且无严重泄漏，用止回式快速接头连接专用检测表与蓄压器的氮气充注阀，上紧无漏，读取专用检测表上的读数，即为HPS系统蓄压器中的氮气压力。
4.1.4分析测量结果
压力为零，説明蓄压器中的膜片破裂。
压力值达不到表1经过温度修正后的规定值，需要充气。
4.2合适的填充压力
氮气填充压力，基准是：20℃，90~95 bar。
不同温度，填充氮气压力的推荐值见表1。
表1填充氮气压力的推荐值
温度/℃
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100

氮气压力/bar
89
92
95
98
101
105
108
111
114
118
121

例如某轮，环境温度约40℃测得各缸蓄压器中气体压力均在71~79 bar，对照表1明显偏低，均需要填充氮气。
5蓄压器充氮气方法
（1）充氮管路连接
图3示出充氮管路连接。其中：
A，储气瓶出口阀；
B，调压阀；
C，专用压力检测表；
D，充气泄放阀；
E，蓄压器。
（2）充氮操作条件
充氮气前，必须：
·泄放HCU或HSU中动力油的压力，原因与测量蓄压器氮气压力时相同。
·测量充氮处所当时的环境温度，查表1确定此次充氮预定压力。
（3）充氮操作步骤
检查确认各管接头处清洁，按图2装妥充氮管路，然后按下列步骤依次操作。
①检查确认阀A和阀D处于关闭位置，旋松B阀调节杆。
②缓慢开启阀A至全开，调节阀B，直至减压阀上的压力表显示高出此次充氮预定压力1~2 bar，氮气就会缓缓充入。
③直到专用压力检测表C显示蓄压器内氮气压力达到此次充氮预定压力为止，表明蓄压器充氮达到预定压力。
④关闭A阀，等约5分钟待蓄压器内温度稳定，再次测量蓄压器内氮气压力：若低于此次充氮预定压力，再次充氮；若高于此次充氮预定压力，微开D阀适当泄放；至等于此次充氮预定压力，充氮结束。
⑤检查确认蓄压器上的充注阀没有漏泄（若有，必须修理或换新），上紧阀的帽盖（也有密封作用），拆除相关连接管路。
6蓄压器的紧固检查
某轮投入营运不久，一只蓄压器的两根固紧螺丝因松动而断裂，导致蓄压器松脱滑出，大量的滑油漏入机舱，主机立即失压停车；取出断裂的螺丝，重新装复后，恢复正常。还有一艘船某缸HCU系统某蓄压器的一支固紧螺丝断裂，却无法取出，被迫封缸运行；待抵港后造机厂服务工程师上船，使用专用工具取出断裂的螺栓并换新，才恢复正常。为防止类似情况，我们公司还为选用ME型主机的四条万箱船配备了专用台钻。这都说明，必须定时检查蓄压器螺栓的紧固。
（1）检查周期
检查蓄压器座螺栓的紧固情况的时间间隔：
·主机投入运行满一周，第一次检查；
·主机投入运行满4个月，第二次检查；
·以后，每隔6个月检查一次。
当然，若蓄压器泄漏，必须及时更换。
造机厂推荐，每次检查的结果都要记入轮机日记，供以后参考。这也是管理工作文件化的要求。
（2）检查方法
检查在用蓄压器座的固紧螺栓，使用专用的力矩扳手，用150 N-m的力矩，对角上紧检查。个别因位置原因难以用力矩扳手的蓄压器，经验做法是用通用工具代替，但事先要在外面感受一下150 N-m的力矩该用多大的力。
7蓄压器的拆装
蓄压器，安装在HCU本体上，位置狭小，检查和修理不便，主机说明书也没有介绍如何使用专用工具。下面根据实际经验简单介绍HCU系统蓄压器的拆装步骤，拆装HPS系统蓄压器也可参照。
（1）准备工作
·检查确认主机处于完车状态。
·停主滑油泵，电动液压升压泵控制开关置于“手动”位置以防止他人意外触碰“备车”按钮而启动电动泵。
·专用检测压力表接至待拆装蓄压器所在HCU系统本体的压力检测接头“Pos.455”上，关闭阀420切断动力油供应，打开阀421泄放油压，检查确认专用检测表读数为零即系统内部压力已泄放。拆下专用检测压力表。
·专用检测表接到蓄压器上，若有余压也放光。拆下专用检测压力表。
（2）拆下蓄压器
①拆除蓄压器上的充注阀。
②将专用吊环（螺纹是与蓄压器充注接头上螺纹相匹配的细牙螺纹）装到蓄压器充注孔上（见图4）。
③用绑扎带系好专用吊环，再用行车和手动葫芦相配合吊住。
④拆下蓄压器的紧固螺栓，缓慢移出蓄压器，注意不要损伤密封橡皮圈。
（3）解体蓄压器
①将蓄压器移至专用工具（见图4）上，将蓄压器外壳体上的三个凹槽对准并嵌入专用工具上的三只凸起部分，放下蓄压器，稳固放置以利于解体操作。
②用“解体蓄压器专用工具”套住蓄压器，并用三个脚固定住。
③查验并记下蓄压器上下压盖原来的相对位置记号后，旋松并卸下蓄压器上部压盖。
④然后，可以检查内部、更换膜片和密封圈。
（4）装复
步骤与拆下和解体相反。
上紧蓄压器上下压盖前，一定要对准上下压盖上原来的相对位置记号。
蓄压器座螺栓必须是专用的（应有适量备件）。
安装蓄压器，必须使用专用的力矩扳手。先随手上紧最上面两根螺栓，再随手上紧最下面两根螺栓，然后先后用70 N-m和150 N-m力矩分别对角上紧。
8结束语
MAN-B&W 12K98ME型主机，总共装有39只蓄压器。主机工作时，蓄压器中的压力高达175~220 bar，并直接影响主机运行质量。因此：
·当值人员，巡回检查应高度关注主机振动对蓄压器的影响；
·主管轮机员，应严格按要求维护保养蓄压器。
参考文献
[1]HYUNDAI-MAN B&W 12K98ME INSTRUCTION BOOK.
[2]HYUNDAI-MAN B&W 12K98ME MAINTENANCE MANUAL.
[3]MAN B&W．ACCUMULATOR CHARGE PRSSURE OVERHAUL AND
MAINTENANCE ME ENGINES．SERVICE LETTERS FOR ME ENGINES:SL06-469.

作者：陈立春  来源：航海技术