【电喷：案例】MAN B&W ME-B型主机定时活塞故障实例

0 引言

2015年底投入营运、载质量为6.1万t的某散货船, 使用MAN B&W 6S50 ME-B 9.3型电喷主机, 最大持续功率为8 130 k W, 行程缸径比2 214 mm/500 mm=4.4, 最高爆压高达180 bar, 是典型的超长冲程机。该主机有2台电动液压泵, 不自带液压泵, 液压系统压力初始设为225 bar, 随着主机负荷的增加而自动增加液压油压力, 最大可达300 bar。

1 ME-B系列主机机型特点

ME-B系列与ME-C系列机型有共同特点, 即液压驱动燃油增压器、电子控制 (ELFI) 燃油喷射、喷油定时精准、燃烧充分等;但ME-B系列机型排气阀驱动油缸的动力依然为传统的凸轮驱动, 因此排气阀定时的准确性和可控性相对较差。

为更好地控制主机工况、提高经济性, ME-B系列机型改进排气阀的凸轮设计, 将凸轮设计得“更短”“更陡”, 见图1。凸轮设计“更短”的目的是缩短排气阀的开启时间, 有效提高扫气压缩比, 从而在不同负荷阶段都可有效提高爆压;凸轮设计“更陡”的目的是使排气阀开、关更迅速, 有效提高换气质量。

图1 改进前后的凸轮示意

为使排气阀定时有一定的可控制性, 从而可以有效控制主机的爆压, 该机型同时增加液压控制的可变排气阀定时 (Variable Exhaust Valve Timing) 装置, 简称ME-V阀。该装置类似于MC系列机型的VIT机构, 即:在部分负荷下提高爆压 (经济性目的) , 在高负荷下限制爆压 (安全性目的) ;由于该机型凸轮的改进已整体提高爆压, 因此ME-V阀最主要的目的就是在高负荷阶段限制爆压。

2 ME-B 9.3型ME-V阀工作原理

ME-V阀安装在排气阀的执行机构上, 见图2。凸轮28推动液压油缸活塞32, 驱动液压油打开排气阀11;同时, 在气缸控制单元 (CCU) 的控制下电磁阀69得电接通, 液压油驱动ME-V阀定时活塞52向上运动 (活塞52面积大于复位活塞56的面积) ;当凸轮返回基圆时, 排气阀驱动油缸14腔的压力逐步下降;当定时活塞53腔中的压力大于驱动油缸14腔的压力时, 部分液压油流到驱动油缸14腔, 保持其压力, 使得排气阀延迟关闭;排气阀开启时间增加, 降低压缩压力和扫气压缩比, 可有效地降低最大爆压, 实现ME-V阀的定时功能。

图2 ME-V阀工作原理示意 

当电磁阀69失电时, 驱动定时活塞52的液压油被泄放, 但该液压油压力一直作用在复位活塞56上。推动活塞52下行复位, 然后等待下一个循环的工作。ME-V阀随电磁阀69的动作而动作。电磁阀69受控于CCU, 只有在高负荷 (高于最大持续功率的55%) 时CCU才发出动作指令。此外, 排气阀延时关闭的实际时间除与电磁阀69的动作有关外, 还与驱动定时活塞53的液压油压力、主机功率和速度、弹簧空气的压力等有关。

对于固定螺距螺旋桨的主机, 倒车时主机承受的机械负荷更大。为减少该机械负荷, 降低爆压, 主机一旦倒车ME-V阀就开始工作。

3 ME-V阀监控

在ME-V阀上安装电感式的传感器, 带有凹槽的定时活塞运动时会使传感器产生电流变化, 据此可以判断ME-V阀活塞的动作是否正常。传感器输送的信号连接到CCU, 若定时活塞卡阻或传感器失效灯将发出报警, 主机自动减速以保护其安全。报警动作在高负荷 (最大持续功率的65%或扫气压力达到2.0 bar以上) 时才被执行。

ME-V阀是否动作涉及主机安全, 有必要对其工况进行监控。除自动报警监控外, 还可通过集控室MOP操作面板 (见图3) 对该阀的动作进行实时监控。

图3 ME-V阀定时活塞运动示意