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震惊!ME-B敲缸事故里还有这么多故事…(二)

 善良的鲨鱼tjrg 2018-07-01

 

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 导读:本文原标题《关于一起ME-B敲缸事故的流水账》,来自机器人kk,由资深机务李亚林编辑。感谢kk的投稿!

紧接震惊!ME-B敲缸事故里还有这么多故事…(一),今天重点围绕汽缸油来分析:气缸注油器是Alpha ACC注油器,运转中提前设定的注油率(g/KWh)不变,根据负荷来改变注油频率从而达到节油的目的。注油率(basic feed rate)的选择是基于含硫量设定的(sulphur content depending feed rate:basic feed rate=fuel sulphur X feed rate ACC factor),实际注油率和设定值会略有出入,因为系统对功率的估算(load%=speed % X fuel index %)不一定精确。现在大多数船舶都是经济转速以维持最低运输成本,关于本轮出现的问题,很多声音表示低转速就需要加大注油率,究竟有没有道理,下面按照低转速燃烧情况和汽缸油功能来剖析他们是否有绝对关联。

汽缸油的三大主要功能:1,在摩擦副之间形成油膜 2,清洁活塞环,活塞头,缸壁 3,中和气缸内酸性物质,防止酸腐蚀。Maker早在2009年就自信的宣布0.6g/kwh的注油率对小缸径低速机能保证油膜的形成和达到应有的清洁目的,当然这是针对于完成500小时磨合的机器。对于汽缸注油率的选择他们更倾向于控制酸腐蚀,这也是为什么对于ACC注油器要求最小注油率为0.6g/kwh且使用sulphur content depending feed rate的原因。

先谈一谈什么时候需要调节feed rate ACC factor?说明书一直在强调根据扫气口和活塞环的检查结果决定Feed rate factor,说的更直白点就是根据摩擦副的表面状态来决定的。摩擦副充分润滑所需要的最小油量和表面粗糙度直接相关,表面粗糙度达不到设计要求的时候,为了确保充分润滑就需要加大注油量来保证摩擦副的金属隔离,那么此时feed rate ACC factor 就需要加大。而缸内运转的负荷高低主要体现的是爆压的不同,爆压越大在上止点时会产生更大的油膜压力,而对油膜的厚度需求依然是能够隔离金属即可满足充分润滑。如此分析,MCR运转时对油膜要求更为苛刻。所以对于同一台主机,就油膜的维持而言,高负荷时的注油率一定能满足低负荷时运转。Alpha 注油器在机动运转或者负荷突变时自动加大25%注油率(LCD功能)是为了防止转速与负荷突变引起油膜破坏。机械注油器在机动用车时人为调大注油量也是同样的目的,两者并不是为了所谓的低负荷加大注油,而是为应付转速与负荷突变。就汽缸油的油膜形成这一功能来说,低负荷的运转并不需要增大注油率。

对于汽缸油第二个清洁冲刷的作用,很多人认为在低负荷的时候因为积碳形成过多而清洁不足,所以对比于MCR时需要增大注油率。这其实是由传统的认知以及惯性思维带来的错误想法。关于Low steaming:机器在部分负荷下工作扫气压力降低,爆发压力降低,缸壁尤其是下部温度低。不过因为是电喷主机以及slide type injection valve,燃油喷射效果并不会随转速低恶化。尤其是从电喷主机的SFOC曲线图来看,50%的低负荷时燃烧情况依然很好。所谓低负荷的积碳过多主要是因为扫气压力低,废气压力低,换气时颗粒物不能完全被吹走而附着在排气系统,并非因为负荷低燃烧不完全造成过多颗粒物。这一点从排烟、机器低负荷燃油效率都能看出,同时部分负荷依然保持高效率也是电喷主机优势之一。近年来关于low steaming运转的关注重点也只是放在排气阀、透平以及废气锅炉上,厂家更多的建议是围绕排气系统提出的。活塞头部以下的过多积碳主要还是油头及活塞环功能下降造成的,并不能完全归咎于低负荷燃烧,因此让汽缸油来为他们埋单也是不合理的。如此看来,低负荷加大注油来增加冲刷力度是否合理还有待商榷。

对于汽缸油第三个平衡酸碱的功能,因为本身注油率的调节就将含硫量纳入考虑,在MCR时足够平衡燃油燃烧带来的酸性产物。而部分负荷时,Alpha ACC注油特性依然是 Load dependent regulation。此时Qpart=QmcrX LOAD%(Qpart:部分负荷汽缸油消耗量,QmcrMCR汽缸油消耗量)。而机器计算负荷百分比又是根据燃油消耗量(油门刻度百分比)来计算的,所以说在部分负荷的时候汽缸油消耗量和燃油燃烧后酸性物质产量依然是正比关系,足够平衡。但是考虑到部分负荷缸套温度较低,促进了酸性产物的形成,此时低负荷相比于MCR来讲,低温腐蚀的风险的确会加大。不过硫酸的形成增多还有一个重要因素是缸内水分的含量增多,所以在高温高湿地区低负荷运转需要格外关注。

终上所述,低负荷运转并不一定需要加大ACC注油率,更不会造成如此严重拉缸事故。查阅大量厂家技术资料,也并未正式提出过Part Load 时需要加大ACC注油率。

那么在回到本轮的拉缸问题上。最近查找了7000hrs以后近5000小时的汽缸油消耗记录。负荷主要保持在50%-80%之间,汽缸注油率约为0.74g/kwh,feed rate factor设定0.24g/kwhS%,汽缸油BN值100,而在SECA区期间注油率为0.6g/kwh,BN=40。虽说实际注油率还要看实际运转情况,不过要对缸内情况准确评估并非易事。对于习惯了机械注油器的人来说,对于缸内情况的评估容易忽视,因为机械注油器的注油率大很多。而现在大多数新机器都是电子注油器,有了类似于下表的调节指导,剩下的要做的就是在MOP上完成设定。当然对于顺利完成磨合期的新设备来说一点问题都没有,前面也提到了,表面状态达到设计要求,0.6g/kwh 足够形成油膜。下表在十年前已经提出,肯定经受住了市场的考验。对于Alpha 注油器机动运转时自动加大注油率,刚停车检查油量总是显得充足。至于磨损状况判断,个人认为频繁检查和多次照片对比才能看出端倪,仅凭单次检查很难判断缸内润滑情况,传统说法“首环半干半湿,下部湿润,缸内湿润”更适合放在教材里面做考题,与实际有脱节。

 

根据以前的保养照片比对可以看到自8000hrs以后缸内wave cut machining mark从气口附近开始慢慢消失,而且可以清晰看到各道环之间慢慢出现积碳,积碳先聚集在首环以下,逐渐往下面的环间发展。虽说缸套上部看不到,但是从下部依然可以推测临近保养期的缸内正在发生异常变化。所以对于厂家给予的10000~12000的保养间隔一定要重视,这个间隔是基于实际使用情况而决定的,12000并不是固定期限!对于燃烧室和气缸来讲,超期运转首先带来的就是缸内气密性下降。保养中发现CPR-CL环的control leakage groove磨损超标,某些缸已经消失,而在不久前检查的时候CL槽还在,只是不知道厚度如何。CL槽的设计就是为了减小环内外压差,降低磨损。一旦CL槽深度低于使用极限值,活塞环和缸套磨损也会大大加剧。磨损后燃烧室的高温气体下串除了破坏润滑油膜,还将漏入环间的燃油烧结成碳,环槽的碳被运动的活塞环挤压磨碎就形成了我们看到的颗粒,产生大量纵向拉痕,积碳严重就卡死活塞环了。而各环之间的积碳高度超过磨损的活塞环后会像海绵一样吸收缸壁的油膜,不仅破坏了油膜的覆盖,上下运动的时候摩擦抛光缸套,形成亮斑块。所以,在检查活塞环状况时,除了观察所谓的环干湿状态,更要关注环的活动情况和环间是否积碳:环间开始积碳预示着不仅喷油不正常,活塞环也封不住了,再不吊缸下一步就是环卡死。而上述的油头问题,只是为后期的恶化火上浇油。这是造成活塞环卡死,刮断的主要原因。不过根据最近几个月实际表现,油头的确存在问题,在首次保养NO.2cyl的时候换了六个运转时间超过8000小时的油头,那说明剩下的油头运转时间并不长,为什么在后来14个备用油头中难以找到几个适用的?是这一批次材料不行还是其他原因就不得而知了。

摩擦副形成油膜的必要条件之一就是彼此贴合,适合的形貌。为什么厂家多次强调:发现异常磨损的时候需要加大注油率重新磨合?因为异常磨损的时候摩擦面形貌改变了,表面粗糙度变大,金属表面的微凸体开始接触,所以油膜破坏了。这个时候适当加大注油率既可以继续维持油膜形成又能冲走磨粒。running in又叫breaking in,先把不适合的磨掉,再形成一个彼此贴合的工作面就是重新磨合,形貌改变后不加大供油只能不停的磨掉材料,留下的磨粒又造成下部二次伤害,逐渐发展成拉缸状态。

那么本轮拉缸到底是磨损和燃烧的异常破坏了油膜,还是因为油膜破坏导致了剧烈磨损?从现象发展的时间来看,这不是一个先有鸡还是先有蛋的问题!只有润滑的失效才会导致活塞环的加速磨损!从气口检查的照片看出8000小时以前缸内是正常的,所以对于本轮的情况,0.74g/kwh注油率,至少对于8000hrs以前的气缸状态是足够用的。而长久积蓄的磨损在8000hrs以后开始体现出来,表面粗糙度慢慢达到了0.74g/kwh注油量能维持油膜的极限值。时而穿插SECA区的航次,注油率进一步下降到0.6g/kwh(S含量极低,此时按照Min. feed rate 注油),充分润滑变成贫油润滑,继续发展,金属表面微凸体开始接触、黏着,活塞环的串气与油膜的破坏恶性循环着,继而发生拉缸事故。

所以,在临近保养周期的时候,环和缸套的形貌经过长期运转已经逐步恶化,此前较低水平的注油率在这种情况下难以继续维持油膜。尤其对于长期运营在SECA区域的船舶,使用低硫油增加了拉缸的风险。一旦油膜破坏又不增加注油量重新磨合,上面提到的情况就接踵而至。主机在长期运转以后需加大电子注油器注油率,这个“长期”是多长,要根据实际运转情况确定,也许是在8000hrs 也许是10000hrs。“实际运转情况”重点关注扫气口和注油口以上的wave cut machining mark(减磨纹),总会在第一时间出现征兆。

Alpha注油器的节油效果显而易见,可是精打细算很久省下来的汽缸油价值还不及一个缸套的运输费用。在享用先进科技设备的同时绝不能弱化管理者的作用,人员的更替以及工作时间的不可预见,很难去追究到底是哪个时期的责任。对于相对主观的推理,也没有明确证据去佐证,更多的是凭借管理者从业的经验,只能说我们获取经验的代价十分昂贵。

为了高效又安全的节油,对于配备电子注油器的主机,应该考虑定期做汽缸油的Drain oil analysis和Sweep Test来验证汽缸油是否合适,从而提高船舶安全系数,否则,发生异常磨损之后用过量的加大汽缸油来应对,又回到了机械注油器时代。

 

                          (完)

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