1.2.1 ME电控柴油机的发展（柴油机的三次技术革命）7.1.1 解读：6S46ME-B 8.3主机的HPS No.2 pump 运行电流小7.1.2 解读：6S46ME-B 8.3主机的HPS No.2 pump 运行电流小7.1.3 解读：6S46ME-B 8.3主机的HPS No.2 pump 运行电流小MAN B&W ME-C电喷主机排气阀最初采用HIGH FORCE型式，随后经过第一代LOW FORCE的短暂过渡，升级到第二代LOW FORCE,设计上不断优化，极大提高了可靠性，大修周期大幅延长。较长的大修周期，要求管理者定期进行一些检查试验，以确保排气阀各方面状况良好，避免小问题发展成大故障。1 故障现象某轮主机运行中，主操作面板(Main Operating Panel, MOP)界面偶发性出现No.2缸排气阀关闭过慢警报，且警报很快自行恢复。查看MOP界面，电子噪声计数无变化，警报时间点MOP自动记录的排气阀工作曲线未见明显异常(见图1)。此外，机旁检查未发现异常，排烟温度等参数均正常。
2 第二代LOW FORCE结构特点及工作原理第二代LOW FORCE排气阀结构组成见图2,HIGH FORCE排气阀结构组成见图3。2.1 结构特点1)去掉了中间阻尼活塞，减小了空气弹簧活塞及气缸直径，从而有效降低相应部件的运动惯量，因此排气阀整体尺寸和质量得以减小。2)去掉了安装在阀杆上的锥形套，将阀杆直接加工成锥形，用于传感器探测排气阀位置。
3)旧型排气阀采用密封油控制单元(Sealing Oil Control Unit)对阀杆及阀杆密封令进行润滑，同时起密封作用。此方式供油量固定，一些情况下，可能出现供油量不足，造成阀杆和密封令磨损；此外，一旦油路堵塞，出现缺油，极易造成阀杆及密封令过度磨损，进而导致密封性能下降。第二代LOW FORCE采用可控油位系统替代密封油控制单元，可控油位系统使得空气弹簧的气缸底部始终保持合适的油位，确保良好密封性能，也为阀杆及密封令提供有效润滑。2.2 工作原理2.2.1 排气阀开启行程1)驱动油进入排气阀上部，在油压作用下，活塞带动阀杆向下运动；阀杆锥形面与传感器探头之间的距离增大(不同的距离对应排气阀不同的位置);由于开阀过程极短，排气阀工作曲线陡升。2)排气阀开启到正常行程时，阀杆等运动部件由于惯性继续下行，工作曲线继续升高。3)空气弹簧气缸内的空间F被压缩，空气压力升高，产生缓冲作用。5)在空气弹簧的气压作用下，空气活塞带动阀杆上行，之后在惯性力和空气弹簧的共同作用下，阀杆在正常行程位置轻微窜动，工作曲线呈衰减波形状。2.2.2 排气阀关闭行程1)控制程序设定的排气阀开启时间完成后，排气阀上部驱动油油压下降，空气活塞及阀杆在空气弹簧作用下，克服重力上行关阀；阀杆锥形面与传感器探头之间的距离减小，排气阀工作曲线陡降。2)当自调阻尼柱塞封住排气阀上部油路时，空间B中的油液无法直接排至空间A,而是由活塞上的开孔D进入活塞内部，再经自调阻尼柱塞上的节流孔C流入空间A。孔A的节流作用对排气阀的关闭起到缓冲作用，在工作曲线上呈现一小段相对平滑的转角线。2.2.3 可控油位系统1)排气阀初装时，会在空气弹簧底部添加一定量滑油，油量以盖过孔E为准；此时，阀杆密封令浸泡在油液之中，保证了润滑效果和密封性能。2)当主机运行时，空气弹簧底部的油液会存在消耗，但空气活塞的上下往复运动，又会带入少量滑油至气缸内进行补充。正常情况下，空气活塞带入的油量始终大于滑油的消耗量，底部油位会逐渐升高。3)空气活塞下行时，空间F被压缩，假设压缩后的空气压力为P,容积为V,由于空气弹簧底部油液的不断增多，油位不断上升，容积V逐渐缩小，P逐渐增大；当油位上升到一定高度，压力P超过安全阀设定值时，安全阀开启，过多的滑油经安全阀排出，于是容积V增大，压力P减小，空气弹簧恢复到正常的工作状态。由于孔E的位置较高，空气弹簧底部的滑油不会被排空，始终能维持一个最低液位，确保滑油能浸没阀杆密封令。3 故障原因分析1)控制系统线路问题，比如线路虚接、线缆磨损裸露。通常线路问题都会伴随电子噪声计数的增加，相应部件的工作曲线也会出现异常，见图4。而本案例中，电子噪声计数没有变化，工作曲线也未见明显异常，基本可以排除线路问题。
2)FIVA阀或执行器故障导致排气阀动作异常。如果此类故障发生，相应部件的工作曲线通常会出现异常。3)排气阀位置传感器故障或传感器松动，此类情况同样会导致工作曲线出现异常。如果是传感器失效，工作曲线会出现持续的高位或低位信号；如果是传感器松动，工作曲线会出现异常波动。4)氮气蓄压器泄漏，压力不足。排气阀的开启由高压系统油驱动，蓄压器压力不足会导致驱动力不足，影响排气阀开启行程，而排气阀的关闭由空气弹簧驱动完成，蓄压器的状况不会对排气阀关闭造成直接影响；此外，燃油升压泵的工况对驱动油压力变化更为敏感，如果蓄压器压力不足，燃油升压泵柱塞位置曲线必然先出现异常。5)空气弹簧设定压力过低，导致空气弹簧关阀力不足，关阀过慢。6)空气弹簧单向阀不能止回，致使空气活塞下行时空气泄漏，压力不足。7)空气弹簧安全阀关闭不严，空气泄漏，空气压力不足。9)自调阻尼柱塞节流孔堵塞，致使油路阻尼过大，排气阀落座受阻。以上故障原因，第1)～3)条通常在工作曲线上表现得比较直观，比较容易判断；第4)条可以结合排气阀曲线和升压泵柱塞工作曲线来判断；第5)条只需要检查供给空气压力，也容易解决；而第6)～9)条，在情况不是很严重的时候，对工作曲线的影响不大，难以直接判断。4 故障排查某轮通过比对工作曲线，排除控制线路、FIVA阀、执行器及传感器等故障因素，同时检查供给空气压力正常，认为故障为排气阀本身。1)为进一步确认故障是排气阀本身的问题，首先对排气阀进行“DROP DOWN TIME(掉落时间)”测试。停主机滑油泵，关闭排气阀和空气供给阀，拆除空气弹簧单向阀前管路，泄放管路中空气，在MOP界面中观察并记录阀杆下落的时间，见图5。
图中CH-34即排气阀位置传感器反馈信号，No.2缸排气阀关闭位置6.9 mA,全开位置12.6 mA。“DROP DOWN TIME”的要求：阀杆下落时间1 h以上为正常，30 min至1 h排气阀可以继续使用但需持续观察，30 min以内则必须拆检相关部件。实际测试后，No.2缸排气阀5 min内就已经下落到底(CH-34显示12.6 mA),由此确认气缸活塞相关部件存在泄漏。2)对空气弹簧进气单向阀试漏，结果证实单向阀存在泄漏。更换新的单向阀，再次做“DROP DOWN TIME”测试，阀杆下落时间并没有明显改善，说明还存在其他泄漏位置。3)拆检排气阀安全阀，试验安全阀启阀压力正常(23 bar, 1 bar=0.1 MPa),无泄漏。4)拆检空气弹簧，发现阀杆密封令损坏，从损坏情况看，应该是安装不到位，密封令挤压变形，导致异常磨损，见图6。
5 排气阀故障预防及工作曲线分析本案例中，虽然故障最终得以解决，但所有的措施都是警报发生后的被动应对。作为管理者，更多的应该考虑如何提前发现问题，防止小毛病演变成大故障。1)定期测试排气阀“DROP DOWN TIME”,提前发现排气阀潜在的问题。2)本案例中，空气弹簧一定程度的泄漏、自调阻尼柱塞节流孔堵塞不严重时，通过MOP上的工作曲线并不能直观地判断出排气阀是否有问题。但将MOP中的工作曲线数据导出，通过MAN B&W厂家提供的配套软件“LDE Plot”,可以对曲线进行量化分析，能更准确地发现问题。图7中，横坐标为时间轴，单位ms。在曲线上选定排气阀开始关闭和完全关闭的时间点，两者横坐标差值(方框标记的数值)即为气阀关闭行程所用时间，计算如下(取2位小数):①设定转速57 r/min时的报警曲线中，排气阀关闭所用时间T1=115.72 ms。②设定转速31 r/min时，正常曲线中排气阀关闭所用时间T2=89.08 ms。③设定转速57 r/min时，正常曲线中排气阀关闭所用时间T3=79.58 ms。④设定转速72 r/min时，正常曲线中排气阀关闭所用时间T4=75.65 ms。
图7 软件“LDE Plot”中排气阀不同运行状态下的曲线
图7 软件“LDE Plot”中排气阀不同运行状态下的曲线 从以上数据可以看出：①正常情况下，T2>T3>T4,主机转速越高排气阀关闭时间越短；②报警曲线中排气阀关闭时间T1明显大于其他3个值，说明排气阀关闭太慢。此外，曲线中BC段为阻尼线，代表的是自调阻尼柱塞起缓冲作用时的排气阀行程。通过计算、比较阻尼线的时间差(B1—C1)(B2—C2)(B3—C3)(B4—C4),可以判断出阀杆顶部的自调阻尼柱塞是否存在堵塞。定期对主机进行工作曲线采样，并进行量化分析，可以持续检测主机工况的微小变化，验证主机工况是否正常，有助于提前发现隐患，有效避免小问题拖成大故障的被动局面。6 结束语电喷机的应用，大幅延长了设备保养周期。作为管理者需要意识到，保养周期的延长，一方面得益于设计、结构、材料的优化，另一方面却是以日常的持续监测和试验为基础。管理人员要充分利用电喷机先进的监控技术和配套的分析工具，才能更加准确高效地提前发现问题，达到预防维修的目的，从而保证船舶设备安全可靠地运行。参考文献： [1]周卓建.sss某轮排气阀关闭过慢处理及主机工作曲线分析[J].航海技术,2022,No.255(03):41-44. 周卓建，轮机长，中远海运船员管理有限公司广州分公司
|
