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淺談船舶老齡副機的管理
2024-07-23
作者：浙江國際海運職業技術學院 徐惠華
導讀：輪機員在管理新副機時總會覺得很難體現出技術水平高低,因為新設備故障率低,維修保養的東西少,特別是現在的機艙自動化程度高,輪機員管理起來更加輕松方便。
但是,老齡副機的管理會遇到許多棘手的問題,輪機員管理水平的差異可能會導致副機狀況的天壤之別。
下面就筆者在管理某船的三臺老齡副機時所遇到的排溫高、滑油消耗大而污染重和啟動困難三個問題比較有代表性,予以分析,供同行探討。
三臺副機的型號為WARTSIL.A6l20,轉速900r/min,額定功率1040kW,透平為ABB公司生產的TPS52。
一、排溫高,吃不上負荷
1、危害
排煙溫度高,吃不上負荷,不但浪費了能源,更大的問題是對副機的安全造成重大威脅。
許多船上在正常航行時為了滿足船舶設備正常的運行,不得不采用兩臺副機并聯運行的辦法來降低單機的負荷,這樣就造成了燃油的消耗大大提高。
排溫高歸根到底是燃油沒有完全燃燒。
這一方面對燃油造成浪費并污染大氣;另一方面,沒有燃燒的燃油經過透平,使透平內部結碳,進而使透平的輸氣效率降低，加劇了燃燒工況,造成燃燒的惡性循環。
而且排溫高不但會引起排氣閥燒蝕,還會因油膜蒸發而引起副機拉缸的事故。
2、原因分析
根據燃燒理論,燃燒不良造成排煙溫度高有油、氣、水和壓縮比的原因。
油主要由油的品質差、霧化不良、噴油定時滯后和噴油規律的改變引起排煙溫度變高的。
對于油的品質,只要能滿足柴油機產品的說明要求,對新老副機都一樣可以正常使用。
但是本船副機由于磨損問題嚴重,造成霧化不良、噴油定時滯后和噴油規律改變的現象突出。
首先,高壓油泵和噴油器偶件的磨損大,使噴油壓力降低,造成霧化不良,供油延遲角增大,造成噴油定時滯后。
其次,凸輪的磨損也有很大的影響,磨損后的凸輪改變了型線和有效工作段,進而改變了噴油規律。
最后,傳動齒輪的磨損使曲軸和凸輪軸的傳動產生誤差,也影響了柴油機的噴油規律和噴油定時。
這些老齡副機不可避免的磨損問題都最終形成油的原因導致副機的排煙溫度的升高。
氣主要通過換氣質量和過量空氣系數來影響副機的排煙溫度的。
本船副機活塞頭部有不同程度的燒蝕和結碳,這樣就改變了淺盆型活塞頭部的形狀，進而改變了進氣流的運動軌跡,對油氣的混合和換氣質量產生不利的影響。
由于燃燒不良高排溫的影響下,透平受到污染結碳,特別是噴嘴環和渦輪葉片,使透平效率降低,進氣量少,掃氣壓力低又使過量空氣系數降低,在燃燒中形成油多氣少的狀況,特別是高負荷和剛啟動時會冒黑煙。
掃氣壓力低還會引起進氣閥開啟時刻的燃氣倒灌現象,使進氣總管發熱,同時使進氣道堵塞,更加劇了燃燒條件的惡化。
這些由氣的原因造成本船副機的排煙溫度大幅升高。
壓縮比小也是對本船副機排煙溫度高有著很大的影響。
由于連桿大端上瓦的磨損和活塞頭部的燒蝕,使壓縮比降低,壓縮比降低又使壓縮溫度和壓縮壓力降低,在燃燒過程中,壓縮壓力和壓縮溫度降低就意味著滯燃期增加,整個燃燒過程出現滯后,導致后燃嚴重,排煙溫度升高。
同時,壓縮溫度和壓縮壓力降低還將導致整個燃燒過程的最大爆炸壓力降低,進而造成燃氣推動活塞做功的能力下降了,意味著在相同噴油量的情況下,整臺副機的輸出有效功率降低,在外界負荷不變的情況下,副機的轉速將降低,而本船副機采用WOODWARD全制式調速器，為了保持轉速不變,調速器自動增大油門以增加燃氣的做功能力,這樣就增加了燃油的消耗,由于增加了噴油量,加劇了空氣量的不足,這樣排煙溫度就大大的提高了。
還有活塞環和氣缸套內壁的磨損和氣閥關閉不嚴也都使壓縮溫度和壓縮壓力降低,產生的后果和壓縮比降低一樣,又加劇了這一現象,使排煙溫度繼續升高。
由于冷卻不良,氣缸套內壁的溫度升高,對進氣加溫,造成進氣密度減少,進而造成過量空氣系數減少,燃燒不充分使排煙溫度升高。本船副機的冷卻水壓2Par,進口溫度73°C,出口溫度85°C。
冷卻水的壓力和溫度都在正常范圍,所以水的因素可以排除。
3、措施
針對副機由油、氣和壓縮比而引起的排溫高,吃不上負荷現象,采取了以下措施:
首先,對噴油器進行全面的霧化實驗,正確的調節啟閥壓力320Par,出現霧化差的采用換新的方法,勉強可以用的采用研磨修復提高霧化質量。
對高壓油泵的偶件進行密封實驗,磨損嚴重的采用換新,磨損小的采用適當的增加柱塞下部的噴油定時調節墊片,以增大噴油提前角。
對凸輪和傳動齒輪的磨損總的影響都是使噴油滯后,所以對所有各缸都采用適當增加1度左右的噴油提前角,以彌補磨損所造成的影響。
其次,對掃氣系統進了徹底的清潔,對透平進行解體,噴嘴環、渦輪進行清潔,提高透平的效率;對空冷器的氣面水面都進行了清洗,以提高冷卻效果,降低空氣溫度提高密度,實踐證明,掃氣溫度降低1℃,排煙溫度可以降低2.5℃。
同時對活塞頭的積碳進行清除,燒蝕嚴重的活塞頭采用換新。
最后,對連桿大端軸承間隙和壓縮比進行測量,間隙超標的,特別是上瓦磨損嚴重的采用換新軸瓦,壓縮比減小的采用薄的缸頭床,使壓縮比符合說明書的要求;同時對每缸的氣缸套內徑、搭口間隙、天地間隙進行測量,超磨的活塞環換新。
4、效果
通過上面采取的一些措施,在相同的工況下各缸的排煙溫度都得到了明顯的下降,測得各缸的壓縮壓力和最大爆炸壓力都得到了提高,透平轉速提高,掃氣壓力提高,掃氣溫度下降。
在正常運行時，單機已經完全可以滿足船舶設備負載的需要。
同時,在相同的輸出功率情況下,油門的刻度減少,這些都大大減少了燃油的消耗,提高了船舶的經濟性。
二、滑油消耗大且污染大
1、危害
滑油價格昂貴,是船東成本控制的主要對象。
滑油污染造成潤滑效果降低,加劇了運動部件的磨損,滑油的總堿值降低加劇部件的腐蝕,嚴重時還會堵塞油孔,造成軸瓦燒融、拉缸等重大事故。
2、原因分析
滑油消耗大主要由漏泄和燒滑油引起。
漏泄發生在各類油封密封不良的地方,會直接漏到副機周圍,這一目了然;還有滑油壓力5Par,比冷卻水壓力高,可能漏到冷卻水系統,這在膨脹水柜表面會有滑油,也較容易查找;如果高壓油泵的橡皮密封圈老化,用來潤滑柱塞與套筒的這路滑油將會漏出高壓油泵,最終隨漏泄的燃油一起流到燃油漏泄柜中,從而增加了滑油的消耗。
燒滑油從排煙的顏色可以看出,如果嚴重,排煙顏色會從淺灰色變成藍色。
造成燒滑油的原因有很多。
如果在吊缸時把活塞上的刮油環安裝反了,那就會造成刮油環把滑油刮到燃燒室隨燃油一起燃燒。
在氣閥導套內的橡皮密封圈如果老化,或者在安裝時被戳破,就會導致潤滑搖臂的這路滑油順著氣閥進入燃燒室燒掉。
還有本船副機的透平也采用一路單獨的系統滑油對軸承進行潤滑, TPS52型透平的油密封采用兩根piston ring,這種密封效果較差, piston ring很容易失去彈性而降低了密封效果，造成滑油漏入渦輪端被高溫的廢氣所燃燒。
這種現象在運行中油壓高,漏泄更嚴重。
在停止狀態,由于預潤滑油的壓力只有不到2Par,所以漏泄不是很明顯,如果漏泄嚴重,可以通過打開透平放殘閥檢查，會有滑油流出。
滑油的污染大主要由燃油漏泄到滑油、燃氣下竄到曲軸箱和水漏入滑油中引起。
燃油漏泄到滑油中的途徑只有通過高壓油泵，如果高壓油泵內的橡皮圈老化,燃油將通過其內部漏到曲軸箱,這時的滑油總堿值降低,粘溫特性改變,輪機員只要打開凸輪軸道門用經驗法就可以判斷哪個高壓油泵出現漏泄。
由于活塞環和氣缸套磨損嚴重造成燃氣下竄，高溫的燃氣使滑油結碳,同時燃氣中的顆粒融入滑油中,使滑油酸性變大,顆粒變多。
出現燃氣下竄還會造成最大爆炸壓力降低,排溫升高,并在曲軸箱透氣孔會有嗆鼻的煙氣。
水漏入滑油會使滑油乳化,造成滑油變質。
對于水漏入滑油的途徑有很多,有缸套的密封圈老化,冷卻水從缸套水腔漏入曲軸箱;有滑油分油機在分離過程中水封水漏泄,造成水進入滑油系統;還有曲軸箱的透氣孔也有可能會有污水漏進曲軸箱。
3、措施
在吊缸過程中,對密封環、刮油環進行了更換，確保裝環的方向正確,同時對兩個磨損超標的缸套也采取了換新,加上氣閥導套上的密封圈都采取換新。
在透平解體時對透平的密封部件兩根pistonring 進行了更換,消除了透平內滑油的漏泄。
打開凸輪軸道門,對凸輪上有燃油較多的高壓油泵進行密封圈換新,以消除滑油在高壓油泵上的泄漏。
這樣就消除了漏泄的可能。
在保持滑油質量的問題上,對污染嚴重的滑油采用換新,把污染程度較輕的滑油駁到澄清柜進行循環分離,在分離過程中滑油溫度控制在85°C左右,根據滑油的污染程度控制滑油的進機流量,對滑油分離后含水量進行跟蹤監測,確保最佳的分離效果。
同時,充分利用自帶的離心分油機進行分離,在副機運行中根據滑油質量及時對其進行清洗。
4、效果
滑油從原來每天單機消耗25L降到18L,控制在公司給的單機每天消耗20L的指標內,燒滑油的現象已經消除。
曲軸箱內沒有很高的氣壓和嗆鼻的煙氣,由活塞環密封不嚴而造成的燃氣下竄現象得到控制。
通過一個航次后,對滑油進行質量檢測,滑油的總堿值、粘度、顆粒含量和含水量都在標準范圍。
二、啟動困難
1、危害
自動化機艙中,都會把停機不需檢修的副機放在隨時備用的狀態,啟動困難就會造成自動化機艙的不正常運行,嚴重時會造成全船失電。
2、原因分析
對于啟動困難可以把原因分為兩種,第一種是在啟動過程達到了發火轉速;第二種是啟動過程沒有達到發火轉速。
對于第一種現象,原因是由油引起的,比如油中進入空氣,或者噴油定時錯誤、霧化不良造成多缸不發火;第二種是 由氣引起的,比如氣壓不足,氣動馬達故障(本船副機由氣動馬達啟動，無空氣分配器)或者曲軸變形。
從本船副機啟動現象看,在啟動過程副機很難達到發火轉速,所以斷定是由氣的原因引起的,再加上已經對副機進行了吊缸,油的原因可以排除。
首先對副機的曲軸臂距差進行測量,可以確定,副機曲軸的變形量在允許范圍。
最終就確定了是副機的啟動馬達有問題,通過解體,發現馬達上的嚙合齒輪磨損嚴重,嚴重的已經在打滑。
所以對較輕的采用修挫,對嚴重的只有換新嚙合齒輪。
四、結束語
老齡船出現的問題會很多,輪機主管人員一定要養成發現問題及時處理的習慣,同時重要的儀表損壞要換新,不然問題多了,會給故障的判斷帶來很大的困難,甚至會危及設備和人身安全。
只要輪機員多動腦,手勤眼快,用我們扎實的專業技術一定會在老齡船舶管理中給船東帶來可觀的經濟效益。
來源：《天津航海》
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