..發電柴油機排溫過高故障分析和處理摘要本文主要敘述了MANB&W5L23/30型發電柴油機工作過程中排氣溫度過高這一實際故障,分析了能夠導致這一故障現象主要的原因：燃油質量、霧化質量、進氣質量、運動部件狀況,然后根據分析的這些原因進行逐一的排查。隨后簡述了燃油系統及噴油器的工作原理及噴油器的檢查方法和其故障處理方法,并簡述最終解決問題的方法。最后提出了自己對于防止柴油機排溫過高的一些管理方面的建議,并且結合此次故障敘述了機械設備日常管理注意事項和心得體會,以及實習的收獲。關鍵詞：發電柴油機排氣溫度噴油器AbstractThispapermainlynarrativesthetroubleoftoohigherexhausttemperatureofMANB&W5L23/30dieselgenerator,analyzemainlyreasontothetrouble,suchasthequalityoffueloil,atomizationquality,enteringairqualityandthemovingpartscondition,andtheninvestigatetherealreasononebyone,describetheworkingprincipleoffuelsystemandfuelinjectorandinjectorinspectionmethodsanditsfailuretreatment,thenintroducefinalsolutiontotheproblem.Finally,proposesomerecommendationsofmanagementtopreventdieselengineexhausttemperatureistoohigh,andcombinethetroubletonarrateeverydaymanagementattentivemattersofmechanicalequipmentandgainsindepthofcomprehension,andthepracticedharvest.Keywords:Dieselgenerator、exhausttemperature、oilinjector.目錄TOC\o"1-3"\h\u19716第一章緒論1180501.1選題背景及研究的意義1238961.2本文研究的主要內容2284第二章發電機原動機排溫過高故障現象33665第三章故障原因及分析5196883.1進氣質量515343.2霧化質量6216653.3運轉工況624963.4燃油質量714899第四章故障的查找及處理措施9113144.1測量爆壓1054054.2運動部件的檢查10173914.3增壓器的清洗12237264.4燃油噴射系統故障處理1217911燃油噴射設備1213885燃油的霧化1222199噴油器和噴油泵的檢查1387噴油定時的檢查1318038第五章故障的最終處理解決及日常維護管理建議1318090總結1420791致謝1516295參考文獻16..第一章緒論1.1選題背景及研究的意義柴油機一直被譽為船舶的"心臟"。對同一臺柴油機而言,排氣溫度的高低在一定程度上反映了缸內負荷的大小與燃燒質量的好壞。柴油機排氣溫度。不但標志熱負荷過高,而且還會引起經濟性和可靠性下降因此,排氣溫度通常用來衡量柴油機熱負荷的大小,是柴油機運行管理中須重點監測參數,也是柴油機性能分析的重要依據。船舶柴油機排氣溫度過高影響柴油機的正常工作,如造成排氣管變形破裂漏氣,成為火災的隱患;破壞潤滑油膜,加劇發動機活塞與氣缸的磨損;同時造成機艙環境污染,影響工作人員的正常工作。為了保證柴油機的可靠運轉,排氣溫度的數值不應該超出說明書的規定值,并且各缸的排氣溫度應該基本保持一致。1.2本文研究的主要內容本文主要是以船舶發電柴油機為研究對象。研究的主要內容包括以下幾點：〔1發電機原動機排溫過高故障現象；〔2發電機原動機排溫過高故障原因分析；〔3發電機原動機排溫過高故障查找；〔4>發電機原動機排溫過高故障解決。第二章發電機原動機排溫過高故障現象某輪有三臺發電柴油機,機型為MANB&W5L23/30四沖程柴油機,氣缸數為5、缸徑為225mm、沖程為300mm、額定功率為650KW,額定轉速為720rpm,其使用的增壓器是PBSTurbo.s.r.o生產的NR15/R151。在錨地拋錨待泊,早上當班機工抄表時發現No.1號發電機原動機排溫不太正常,當班機工發現此情況后立刻告知二管輪,二管輪下到機艙發現No.1排溫和相同負荷下的No.2號發電機原動機相比平均高出約40℃〔電機日志中的數據,如表1,雖然排溫過高現象不是十分嚴重,但為了安全起見還是決定對一號機進行檢查和維修〔注：電機排氣溫度抄表時末位均為"5"或"0"。表1No.1、No.2號發電機原動機排溫對比〔負荷均為400KW缸數1#2#3#4#5#〔NO.1溫度〔℃395415400400400〔NO.2溫度〔℃370360360365360第三章故障原因及分析排氣溫度是了解燃燒情況的重要指標,排氣溫度過高直接導致柴油機熱負荷增加,不僅使熱應力增大,材料的機械性能下降,而且高溫破壞了柴油機的潤滑條件,致使柴油機磨損加劇,甚至還會使燃燒室周圍零件損壞〔如排氣閥,最終可能會影響柴油機的平穩運轉,縮短維護周期以及工作壽命。排氣溫度主要受到進氣質量,燃油的質量,霧化的質量,柴油機的運轉工況等的影響。正常情況下的每臺發電柴油機排溫在相同負荷時差別應不大,且有個極限值<本輪發電機排氣溫度報警值為500℃>,排氣溫度過高是發電柴油機經常出現的故障,導致這一故障的原因也是多種多樣的,但并不是無跡可尋,下面對可能導致柴油機排溫過高的主要原因作些簡要分析。3.1進氣質量氣缸的進氣質量差,進入氣缸的空氣量不足,燃油燃燒時就沒有足夠的氧氣與之化合,燃油不能完全燃燒便會造成排氣溫度過高。而進氣質量變差的主要指標有兩個,一是進氣壓力低,其主要原因有：=1\*GB3①增壓器淤堵〔包括濾網堵塞、壓氣機端或透平端積污,=2\*GB3②發電柴油機所在場所大氣負壓<如現在我輪11月份在北方時,機艙門關閉且為了保溫未開風機>,=3\*GB3③機械方面的原因〔活塞環泄漏、進排氣閥泄漏或間隙不當或增壓器故障。二是進氣溫度過高,對于增壓柴油機來說：空氣進入柴油機之前要在壓氣機中被壓縮,隨著空氣壓力的上升,其溫度也會升高,對于5L23/30H柴油發電機來講,一般情況下增壓器壓氣機出口溫度高達180℃,而進入空冷器冷卻后的溫度僅為55℃左右,這就對空冷器的冷卻效率和阻力系數要求較高,隨著運行時間的增加,空冷器容易出現污染問題,即空氣側積灰,水冷側結水垢,這些均會導致進氣溫度升高從而使排氣溫度也升高。如果是進氣質量導致的排溫過高,則可以通過檢查機旁的通風情況,進氣溫度,進氣壓力,以及透平前后的壓差來判斷。3.2霧化質量霧化質量不好會使燃油顆粒不夠細,導致燃油不能與空氣混合均勻,從而造成噴入氣缸的燃油無法完全燃燒或滯燃致使排氣溫度升高,其主要受燃油噴射系統的影響〔燃油質量也會影響霧化,例如高壓油泵齒條臟污、油尺卡死在最大位置或超出最大位置使氣缸處于多供油位置。再如噴油器使用一段時間后,噴油壓力下降,噴油嘴針閥密封環帶密封不良,針閥與噴嘴體的配合間隙太大,噴孔堵塞、針閥不能落座卡死在開啟位置等都會使霧化質量變差。霧化質量的檢查首先可以通過觀察排氣煙色來判斷,正常情況下排氣煙色應該為淺灰色或者接近無色透明,霧化質量不良時容易在排煙管內發生二次燃燒而導致排溫過高,排氣會冒黑煙,其次可以通過對噴油設備的拆檢來判斷,后文會有詳細的介紹。3.3運轉工況柴油機如果超負荷運轉,則會造成過大的扭矩,致使排氣溫度過高,再者如果柴油機運動部件有阻力〔如拉缸也是導致排溫過高故障發生的原因。3.4燃油質量燃油的好壞程度是由其特性指標決定的,當燃油的特性〔如進機粘度和溫度不能滿足柴油機的要求時,會發生燃燒惡化致使柴油機排氣溫度過高,柴油機燃油進機粘度一般要求在10-15cST〔運動粘度。"XX發展1"輪柴油發電機進機粘度一般控制在13cST左右,使用的是180cST的燃油,因為粘度計一直有問題不能正常工作,靠手動調節燃油溫度確定進機粘度,根據燃油粘度/溫度曲線圖〔圖1確定進機溫度一般為115℃左右。燃油質量的檢查可以通過檢查濾器,燃油加熱情況等來判斷,如燃油的品質不佳濾器會臟的很快,溫度方面主要是檢查燃油柜的溫度,燃油管路蒸汽伴行管加溫的情況。圖1燃油粘度/溫度曲線圖第四章故障的查找及處理措施通過以上對排溫過高的原因分析,我首先想到去檢查一下排氣的煙色,發現冒黑煙的情況并不嚴重。隨后我又檢查了透平壓差、空冷器的溫度〔冷卻水溫和空氣溫度、燃油溫度等參數,除了增壓壓力略低以外其余均在正常范圍之內,然后我打開機艙水密門并加開一臺風機,然而排氣溫度并未好轉。霧化質量方面,讀取油門齒條刻度分別為17//17//16.5//17//17,并檢查齒條活動情況未見異常,而就理論上講,五個缸同時因為噴油器故障導致的排溫都過高幾乎不太可能,所以我認為可以排除霧化和進氣這兩方面的原因。但二管輪卻認為引起排氣溫度過高這一現象的原因太多,不能通過簡單查看系統參數來判斷,而且2#缸排溫很高不能排除其噴油器完全沒有故障,還是要通過拆檢等詳細檢查才能確定到底是什么原因導致的這一故障,所以除了空冷器之外〔上一航次拆檢過,我們對能導致排溫過高的原因進行逐一的排查。4.1測量爆壓柴油機的最大爆發壓力和排氣溫度都是了解燃燒情況的重要指標,兩者互有關聯,爆壓可以作為確認排氣溫度過高故障原因的參考,爆壓的測量步驟如下=1\*GB3①如〔圖2所示安裝爆壓表A前,用示功閥專用扳手打開示功閥B,然后,輕松開啟1-2次后關閉示功閥〔目的是為了吹掉內部污物以免造成爆壓表損壞=2\*GB3②將爆壓表安裝到示功閥接頭C部位,并擰緊鎖緊螺帽D將爆壓表固緊在示功閥上=3\*GB3③關閉爆壓表上的排氣閥E,打開示功閥,記下爆壓表上的壓力讀數如表2所示,爆壓比正常略有偏高。表2爆壓表上的壓力讀數缸數1#2#3#4#5#爆壓〔bar8.68.48.48.48.3圖2測量爆壓示意圖4.2運動部件的檢查盤車,發現運動部件并無卡阻等異常情況,而電機也沒超負荷的情況,檢查氣閥間隙發現氣閥上下啟閉靈活無卡死現象,頂桿搖臂傳動機構也正常,基本也可排除運動部件以及運轉工況對排氣溫度的影響。4.3增壓器的清洗4.3.1固體污染物的控制通過對進氣壓力的檢查,發現比起柴油機說明書規范所對應的值略有降低,清洗了增壓器透平濾網排除了機器處所大氣負壓的原因之后發現進氣壓力沒有改善,為了保險起見,還是對增壓器壓氣機進行清洗,增壓器的清洗步驟如下：=1\*GB3①清洗前,要確認柴油機負荷在75%或以上。=2\*GB3②將專用清洗液倒入注射器A中〔如圖3所示。=3\*GB3③將注射器接口與另一端連接在增壓器進口的注入管相連。=4\*GB3④操作注射器使用其噴射清洗液。=5\*GB3⑤注入清洗液3-5分鐘后,按上述步驟注入等量的淡水,清洗后要在該負荷狀況下運轉1小時以上。圖3增壓器壓氣機清洗示意圖4.4燃油噴射系統故障處理因燃油的燃燒情況與燃油噴射系統有極大的關聯,以下首先對燃油噴射系統,燃油噴射設備及燃油噴射規律進行簡介,幫助我們分析排氣溫度過高的故障原因。本文所研究的發電柴油機采用的是傳統的柱塞泵式噴射系統,高壓油泵由一個密封式的柱塞筒和穩壓閥組成,并采用柱塞潤滑方式,噴油器的進口管通過鍛鋼制成的燃油噴射體與高壓油泵相連即所謂的泵-管-嘴系統,其系統簡圖如下〔圖4圖4柴油機噴射系統簡圖1-凸輪；2-滾輪；3-柱塞；4-出油閥；5-出油閥彈簧；6-高壓油管；7-噴油器彈簧；8-噴油器；9-針閥；10-噴油孔柴油機工作時,柱塞3由噴油泵凸輪1經滾輪2驅動上下往復運動。凸輪1固定在凸輪軸上,并通過由曲軸帶動凸輪軸傳動機構。凸輪按一定時刻頂動滾輪,從而保證了噴射定時要求。柱塞3上行其上端面封閉孔A時,泵腔中的燃油受到壓縮,當油壓升高到克服彈簧5的彈力和高壓油管中的殘余壓力時,出油閥4開啟,壓力油泵入出油閥空間B,此為供油始點。高壓燃油沿高壓油管6傳遞至噴油器8端空間C,當其油壓大于噴油器彈簧7的預緊力時針閥向上跳起,高壓燃油經噴孔10噴入氣缸。當柱塞3下部的斜槽邊緣開啟油孔A時,泵腔高壓燃油經斜槽回油至進油空間,出油閥相繼落座,此為供油終點。此后當空間C的油壓低于彈簧7預緊力時,針閥落座,噴油結束。柱塞下行時泵腔內為充油過程。在這種系統中,每個柱塞元件對應一個氣缸,小型多缸柴油機所用的柱塞數和氣缸數相等且合為一體,構成組合式噴油泵；對小型單缸機和大型多缸機,常采用每個柱塞元件獨立組成一個噴油器,稱之為單體噴油器。4.4.1燃油噴射設備〔1噴油器的結構及原理介紹圖5所示為我輪柴油發電機所用噴油器簡圖,其主要部件有針閥偶件〔針閥與針閥體、調壓裝置及噴油器體。圖5噴油器結構示意圖圖6針閥偶件針閥偶件〔圖6是噴油器中的精密偶件,其內部有高壓油腔、承壓錐面、密封錐面、噴孔等,它由針閥和針閥體構成,一般采用耐磨性好,韌性好、疲勞強度高以及高溫下有足夠硬度的材料制成〔本輪柴油發電機噴油器針閥偶件用優質軸承鋼制造而成其相互配合的滑動圓柱面間隙僅為0.02-0.04mm,,不同針閥偶件不可互換,配合間隙如果過大會造成噴油壓力下降、噴霧質量變差。間隙過小又會使針閥易卡死。針閥中部的環形錐面〔承壓錐面位于環形油腔中,作用是承受由油壓產生的軸向推力,使針閥上升。針閥下端的錐面〔密封錐面與針閥體相配合,起密封噴油器內腔的作用,密封錐面的密封環帶不宜太寬或太窄,通常以0.3mm-0.5mm為最佳。針閥上部有凸肩,當針閥關閉時,凸肩與噴油器體下端面的距離為針閥的最大升程,升程增大會使針閥落座時撞擊增大,一般為0.4mm-0.5mm,針閥體與噴油器體的結合處有定位銷防止針閥體轉動,以免進油孔錯位。調壓裝置決定針閥的開啟壓力〔噴油壓力,它是由調壓彈簧,調整螺栓,頂桿等構成,可通過調壓螺栓改變噴油壓力。噴油器體的組成是進油管〔帶縫隙式濾清器回油管接頭、定位銷等組成。當噴油器工作時,來自高壓油泵的高壓燃油經油管接頭進入噴油器體上的進油道,再進入針閥體中部的環形油腔作用在針閥的承壓錐面上,對針閥形成一個向上的軸向推力,此推力一旦大過噴油器調壓彈簧的預緊力時,針閥立即上移,打開噴孔,高壓燃油從噴孔中噴入氣缸霧化,當噴油泵停止供油時,高壓油道內的壓力迅速下降,承壓錐面上的推力不足以克服調壓彈簧的預緊力時,針閥在調壓彈簧的作用下及時復位,將噴孔關閉,停止噴油。〔2高壓油泵的結構及原理介紹本輪發電柴油機采用的是回油孔式的噴油泵<如圖7所示>主要部件有柱塞偶件、調油機構〔調節齒條與調節齒圈、出油閥總成構成。柱塞偶件是由柱塞和套筒組成,其為一對精密偶件,經配對研磨后不能互換、要求有高的精度、光潔度和耐磨性,柱塞頭部圓柱面上有斜槽,套筒上部有回油孔,因本輪采用的是終點調節式,柱塞頭部上斷面為平面,斜槽在下部,轉動柱塞調節油量時,供油終點不變而始點變化。調油機構包括調節齒條和調節齒圈,調節齒條有刻度線,指示噴油泵的供油量,每個缸噴油泵的調節齒條與油門拉桿相連接,通過調速器拉動油門拉桿帶動齒條移動使齒圈轉動從而拉動柱塞轉動,讓柱塞上的螺旋槽與柱塞套油孔之間的相對位置發生變化,改變了柱塞的有效行程實現對供油量的調節。出油閥總成包括出油閥,閥座與出油閥彈簧,出油閥和出油閥座也是一對精密偶件。出油閥在噴油泵停止供油時,泵腔油壓小于出油閥彈簧力與高壓油管殘余油壓之和時被緊壓在閥座上,防止燃油的回流,并保持高壓油管一定的殘余油壓。當柱塞上行壓油時,泵腔油壓大于出油閥彈簧壓力與高壓油管殘余油壓之和后,出油閥離開閥座,打開高壓油路。當柱塞開始回油時,泵腔壓力迅速下降,出油閥下行落座,隔斷高壓油路,這樣,出油閥的卸載容積使高壓油管油壓迅速降低,有助于消除高壓油管剩余壓力過高而引起的重復噴射現象。圖7高壓油泵結構圖a-泵體b-柱塞c-柱塞偶件d-挺柱總成e-止脫銷f-彈簧承碟g-彈簧座h-彈簧l-調節齒條j-彈簧座k-調節齒圈m-安裝螺栓n-出油閥總成柱塞在套筒內由凸輪頂動上下往復運動,當柱塞位于凸輪基圓位置最低時,套筒上部的進油孔開啟,燃油進入泵腔〔圖8a所示。當柱塞上行關閉回油孔后,泵腔燃油受到壓縮,油壓迅速升高,推開出油閥,高壓燃油經出油閥進入高壓油管〔圖8b所示。柱塞繼續上行,當柱塞頭部的斜槽打開回油孔時,柱塞上方的燃油經柱塞頭部的直槽和環形槽與回油孔相通而流回進油空間,出油閥關閉,供油結束〔圖8c所示。圖8柱塞泵工作原理4.4.2燃油的霧化在柴油機中,燃油在高壓下噴入氣缸,并分散成細細小油滴的過程稱燃油的噴霧或霧化。其目的就是要大大增加燃油蒸發的表面積,從而加速燃油的吸熱與氣化過程,進而加速燃油與空氣的混合。例如一臺柴油機全負荷時的循環供油量為130mm3,如果形成1個油滴的話,油滴直徑為3.14mm,表面積為124mm2,如果將這么多燃油霧化成直徑為24μm的油滴,那么油滴個數將達到3.1×107個,表面積為3900mm2,增加約314倍,這就意味著燃油與空氣的接觸面積大大增加了,對混合氣的形成和燃燒十分有利。油束的形成與油束特性燃油在很大的壓差〔10MPa～60MPa作用下,以高速〔100m/s～300m/s噴入氣缸。由于燃油高速流經噴孔時的擾動作用以及缸內壓縮空氣的阻力作用,使噴出的油流分裂成由細小油粒組成的近似圓錐形油束,如圖9所示。這些油粒〔直徑大多在5μm～50μm在燃燒室中進一步分散和細化形成細微的油滴。這一過程稱為燃油的霧化。在油束的中間部分油粒較大,運動速度大,霧化較差；而油束外部油粒分布較散,油粒直徑較小。通常在油束外部的細小油粒最先蒸發并與空氣混合成可燃混合氣。圖9油束的形成〔1油束的射程L圖9油束的形成油束的射程也稱為油束的貫穿距離,表示油束的貫穿能力。射程越長,貫穿能力也越強。但油束射程的長短應與燃燒室相匹配,缸徑大的燃燒室要求油束射程長,如小缸徑燃燒室配以長射程,則大部分燃油將噴射到缸壁,并聚集在缸壁,不能與空氣很好混合。〔2油束錐角β油束外緣之間的夾角稱為油束錐角,表示油束的緊密程度。〔3霧化質量霧化質量可用油滴平均直徑和霧化均勻度表示。油滴平均直徑表示霧化顆粒的大小,霧化均勻度表示不同油粒直徑的油粒占油粒總量的百分數X04.4.3噴油器和噴油泵的檢查通過以上介紹可知,燃油噴射系統引起的排溫過高主要是由于噴油設備故障導致的霧化不良從而使燃油不能完全燃燒,產生排氣溫度過高的現象。從常理上講噴油器故障只會影響單缸的排氣溫度而且有時會伴有聲音的異常,所有缸的排溫過高往往是增壓器和空冷器方面的原因所致,但柴油機排溫過高有時有可能會是幾個因素共同作用的結果,所以二管輪決定,作為預防和補救措施,還是對噴油設備進行檢查。1噴油器啟閥壓力的檢查啟閥壓力是噴油器開始噴射時的最低壓力,對霧化質量影響很大,噴油器長期使用后,啟閥壓力可能因調節螺釘松動、彈簧折斷或卡滯、頂桿與針閥磨損或卡滯等原因而變動,我輪發電柴油機噴油器正常啟閥壓力在27.4-29.4Mpa之間,其檢查步驟如下：=1\*GB3①清除噴嘴頭部的積碳后,將噴油器安裝在噴射試驗裝置上〔如圖10。圖10噴射試驗步驟=2\*GB3②用試驗用的高壓軟管連接噴油器和試驗泵。=3\*GB3③快速的操作試驗泵的杠桿數次,排除空氣直到壓力指針擺動并開始噴油。=4\*GB3④緩慢操作試驗泵杠桿〔大約每秒一次,檢查壓力讀數。通過檢查發現五個缸的噴油器啟閥壓力均在說明書規定的正常范圍內,考慮到排氣溫度過高的故障,二管輪將噴油器的啟閥壓力稍微調高了一點達到正常設定壓力的上限即29.4Mpa,方法是用松開調節螺栓上的鎖緊螺母后用螺絲刀旋入調節螺栓升高啟閥壓力,最后緊固鎖緊螺母。2密封性的檢查噴油器密封性檢查包括針閥與針閥體柱面和針閥與閥座兩處密封性檢查。此項檢查也是再噴油器實驗裝置上進行,按啟閥壓力檢查的方法將噴油器置于噴油器試驗裝置上,試驗時噴油油壓控制在稍低或稍高于啟閥壓力,停止泵油后觀察油壓降落速度。我輪發電柴油機噴油器要求泵壓至啟閥壓力在5S內壓力降不大于5MPa。若此速度大于規范時,說明針閥與針閥體圓柱面間隙大,因密封不良而產生漏油致使壓降較快。在檢查圓柱面面密封性的同時,亦可檢查錐面的密封性,即在上述停止泵油時,若噴孔處只有輕度潮濕而無燃油滴漏為密封性良好。檢查下來發現噴油器密封性良好。3霧化質量的檢查此項檢查也是在噴油試驗裝置上進行,操作步驟如下：=1\*romani按上述方法將噴油器安裝在噴油試驗裝置上。=2\*romanii讓噴油器對準一張空白紙噴射,以方便檢查。=3\*romaniii快速操作測試泵桿數次〔大約每分鐘兩三次檢查燃油噴射情況,觀察噴柱的形狀、數目、油滴細度和分布情況,正常工作狀態下的噴油器噴射情況如圖11所示,且整個噴射過程伴有清脆的"吱吱"聲。圖11噴油器噴射情況=4\*romaniv檢查噴射試驗后,是否從噴嘴頭部滴油。通過噴油器霧化質量的檢查,發現五個缸除No.2缸外均霧化良好,對No.2缸噴油器的噴嘴進行了更換,裝復后,No.2缸排氣溫度下降明顯,但總體來說排溫還是偏高,繼續對噴油泵進行檢查。4.4.4噴油定時的檢查噴油泵主要檢查為供油量及噴油定時,因前面已經檢查過油門齒條刻度,并無異常,所以對噴油泵的檢查只檢查噴油定時,我輪發電柴油機噴油泵檢查噴油定時按照說明書是用標記法,如圖12所示,手動盤車當高壓油泵的起噴線與高壓油泵挺柱的線對齊時從飛輪上的刻度盤上讀出起噴角度,發現角度與柴油機說明書規范值僅相差1°在誤差允許范圍內,排除噴油定時所造成的排氣溫度過高。圖12噴油定