【故障】船舶主机排气温度异常升高分析

导读

某多用途船主机型号为MITSUBISHI 6UEC50LSII，额定转速124r／min，额 定功率8250kW，采用NabtescoM-800-III型控制及电子调速器系统。

该船出厂后不久，主机发生过排气温度偏 高的故障，现分享故障现象及处理过程，供同人参考。

一、故障现象及初步排查

该船出厂后在国内港口装载一批工程机械设备首航红海——地中海航线,当时主机转速115 r/min ,负荷约为额定负荷的75% ,各缸排气温度都比较均匀,最大温度偏差在10℃以内,平均排气温度为345℃。

随着运行时间的增加,陆续出现排气温度上升的现象,且各缸之间的排气温差越来越不均匀:当船舶进入印度洋海域时,排气温度最低的第一缸为350℃,排气温度最高的第五缸为385 ℃。

起初认为排气温度升高由海水和大气温度上升及温度表自身误差所致,但随着温度升高的缸数增加,才觉得问题并没有那么简单。

在主机转速115r/min,负荷约为额定负荷75%的工况下,测取各缸的 p-V示功图及手拉展开图,并与船厂试航时测得的示功图进行比较,发现在几乎相同的负荷下,各缸的示功图膨胀线都较光滑,因此排除喷油器雾化不良的可能性。

第一缸的示功图面积大于其他缸,压缩压力为10.0 MPa,最大爆炸压力为13.1 MPa;其他各缸压缩压力为9.3 ~9.8 MPa ,最大爆炸压力为12.5 ~12.7 MPa,比试航时测得的数据略小。

从测得的数据来看,第一缸的工作状况是正常的,其他缸很可能存在不同程度的空气不足情况,可通过排除法进行排查。

首先,该主机仅运行525h,活塞环窜气的可能性很小,因为活塞环窜气会引起扫气温度上升,而各缸扫气温度都正常,所以排除此可能性,那最有可能的就是排气阀问题。

排气阀关不严、落座慢或者排气阀密封面的麻点、烧蚀都会引起燃烧室压缩终点的空气压力不足,温度达不到油气的自燃点,在运行中产生排气温度升高的现象。

由于该主机活塞环窜气或排气阀密封面有麻点、烧蚀的可能性很小,猜测是排气阀关不严、落座慢。

在缸头附近倾听各缸排气阀落座声音时发现，第一缸的排气阀落座声音跟出厂时几乎无变化,而其他缸却比出厂时小;用手触摸各缸排气阀驱动液压油管,发现只有第一缸的周期性脉冲振动较弱,其他缸都较强。

因此,确定故障的原因在排气阀的液压驱动机构上。

二、液压驱动排气阀结构工作原理

该船主机排气阀结构如图1所示。

图1 主机排气阀结构

排气阀由液压驱动,液压油使用系统滑油,由凸轮轴油泵增压到0.4MPa后,经过止回阀进入到凸轮轴排气凸轮上方的柱塞泵。

柱塞泵与排气阀驱动机构之间由一根液压油管连接。

当排气凸轮由基圆向凸轮运动时，液压排气阀活塞上部的油压逐渐升高,驱动活塞向下运动,排气阀打开,同时气动活塞下部的空气弹簧被压缩,积蓄能量;当排气凸轮由凸轮向基圆运动时,液压排气阀上部活塞的压力逐渐降低,排气阀在空气弹簧的作用下驱动排气阀杆上行,排气阀关闭。

图2 排气阀液压驱动机构结构

排气阀液压驱动机构结构如图2所示,其顶部安装有一个节流空心螺栓11,节流孔直径8mm,该螺栓与液压油腔顶部相通，上部通过钻孔至与布司外圆的下部空间。

该节流螺栓除为活塞与布司的摩擦面提供润滑外，还可以减缓排气阀落座时的速度，以减轻排气阀落座的撞击力度，延长阀座和排气阀的使用寿命。

三、故障分析及处理过程

由上述分析可知,故障在排气阀液压驱动机构上部的节流螺栓(见图3)上。

图3 排气阀液压驱动机构上部节流螺栓

在排气阀关闭过程中,由于排气凸轮由凸轮向基圆运动,液压油腔的油压迅速下降,排气阀在空气弹簧的作用下驱动排气阀杆上行,液压油回流,同时产生脉冲振动。

当排气阀杆继续上行时,阀杆顶上的活塞将液压油管进口关闭,随着活塞的继续上行,活塞顶部狭小油腔的油压急速上升,同时部分液压油通过节流螺栓流向布司外圆的下部空间,这种设计的目的是在降低排气阀落座速度的同时又不致排气阀关不严。

若该节流螺栓的节流孔部分或全部堵塞,则会引起排气阀关闭正时滞后或关不严等情况,这样就导致气缸内空气质量下降,压缩压力和最大爆炸压力略有下降,排气温度略有上升。

当船舶抵达也门亚丁港后,将6个缸的排气阀液压驱动机构上部的节流螺栓拆下检查,发现除第一缸外,其他缸的节流孔都被白色的金属磨屑堵塞,清理完毕后用压缩空气吹洗后装复。

开航后,各缸排气温度恢复正常,在相同转速下,平均排气温度为350℃左右,排气阀落座声音以及排气阀液压油管的脉冲振动也恢复到出厂状态。

四、结束语

本次故障的直接原因是主机某些部件因摩擦而产生的金属屑。

因为船舶尚在磨合期内,产生的磨屑较多,所以务必加强对系统滑油的循环分滤,及时拆洗滑油滤器,密切关注滑油系统油压及油温的变化,及早拆检排气阀液压驱动机构上部的节流螺栓。

总之,磨合期内故障高发,轮机管理人员须尽心尽责,不断提高轮机管理能力。

本文原创作者系：钦州学院  蓝广林   

来源：航运精英圈