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如何有效调整船舶主机各缸负荷不均匀
发布时间:2018-4-16 10:25:00       阅读次数:485    发表人:sun
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主机各缸工作负荷不均匀会使柴油机有异常噪音并伴随剧烈震动将直接影响多缸柴油机的经济性及使用寿命,本文主要分析了主机各缸负荷分布不均的表现,主机各缸负荷分布不均的危害以及船舶主机由于结构设计、制造误差、供油不均匀、供油提前角变化、喷油不均匀、进气不均匀等造成的各缸负荷不均匀的原因,并对造成负荷不均匀的现象进行了调整,将对整个机器的经济性,动力性,可靠性,寿命等得到改善,提高整个机器的性能。
  柴油机作为船舶上非常重要的动力来源,其性能的好坏是决定船舶航行性能的重要因素,柴油机作为造福于海上船舶的动力设备,已经被广泛应用,在全球经济发展中发挥着巨大的作用,我们身为轮机员要时刻保持着主机的正常运转。主机就好比船舶的心脏,维持主机的正常运转是船舶安全航行的前提,也是保证我们自身安全的前提。柴油机作为船舶的重要组成部分,分析及了解其故障对我们航海人有很大的好处。以下对引起主机各缸负荷不均匀的原因及调整方式作一简单介绍。
 
1.主机各缸负荷分布不均的表现
 有一个主机各缸负荷分布不均匀的表现实例:在中燃集团中燃21轮上值班期间,主机是DU-SULZER大型柴油机,型号6L28/32A,它的轴功率11504kw,工作转速120rpm, 正常排气温360℃。在一次大管轮值班期间,发现船舶主机有异常的噪音并伴随剧烈的震动,总转速下降到500rpm,第三缸与第六缸的排气温度是250℃。在遇到上述状况时,需要马上紧急处理,调整整机转速,使其降低到正常范围,加强主机的冷却并查找具体原因。
 
2.主机各缸负荷分布不均的危害
  由于主机各缸负荷不均匀,主机的个别缸内燃烧较为严重或者有些缸内燃烧不充足,导致在主机的输出功率上有一定的差别。由上述的情况下,会出现这样的现象:主机的某一个缸内燃烧过于剧烈导致异常的噪音和剧烈震动,从而影响缸的耐久性与可靠性,产生非常严重的撞击并引发变形,增加机件的磨损率使机件磨损加快,在严重时使机件产生大的裂纹甚至造成损坏,从而降低了主机的动力性能和经济性能。
  负荷分布不均匀造成的振动消耗了大量的能量,改变了柴油机的喷油最佳正时和气阀的最佳正时,导致柴油机的动力性和经济性直线下降,损害船员在上面的舒适性。
  各种振动使轮机管理人员的工作条件恶化,既损害健康又因疲劳而酿成事故。各缸负荷不均匀还会使涡轮增压机出现问题,使涡轮增压机气流不均而造成喘振并且使增压机无法正常运行,不间断发出短促的类似放炮的声音,继而不能给柴油机正常供应气体,影响柴油机正常运行;各缸负荷不均匀还会使柴油机的输出功率不稳定,从而影响其传动系统,使其受力不均匀,然而长期受到不均匀的交变应力的影响,在严重时会造成轴系的胶着与损坏。柴油机负荷不均,对于那些消耗大、负荷过高的缸会造成燃油的过度浪费,使用不经济从而浪费燃料。对于那些燃烧过于剧烈的缸,还会造成喷油嘴的喷油不均,冷却不均使喷嘴烧蚀结碳,造成雾化不良,严重的影响喷油质量。上面所述各缸负荷不均匀而造成危害中的任何一条都会极大程度的影响到船舶的正常航行,有甚至于威胁到船舶的航行安全,所在船的船员们的人身安全。我们要认识了解这些危害的严重性,时时刻刻把这些事情关注起来,在船舶值班中要重视到各个机器的细节变化,加强维护、注意观察,来预防和减少柴油机各缸负荷分布不均匀出现的可能性。
 
3.船舶主机某缸负荷不均的原因
  导致船舶主机某缸负荷不均匀的原因主要有:
  3.1结构的设计跟制造误差  从柴油机设计的角度考虑。总是希望设计的柴油机各个缸都完全一致,但是那是存在于理想中的状态。首先,柴油机的进气系统,空气从进气口到各个气缸入口的距离不能保证完全一致,还有截面的弯度形状和各个参数也不能保证完全一致,所以进入各个气缸的进气量不能保证完全相同;其次,由于进入进气管中的燃油流动方向流动状态都不尽相同,这势必导致燃油在各个缸中的分配的也是不均匀的;另外,在柴油机结构设计上,也无法满足相同的冷却效果、冷却条件于各个气缸表面,即具有相同的冷却面积大小和导热率等。柴油机各缸冷却不同即热力状态上存在差异,这一因素也说明了在结构设计上不能保证柴油机各缸的负荷处于相同状态。从柴油机的制造误差角度考虑,比如制造的凸轮轴、进气道和燃烧室等都存在一定的出厂制造误差,即不能保证各个缸完全相同,也不能保证具有相同的表面光洁度,这将会导致进入柴油机各个缸的进气量和压缩比之间存在微小的差异。然而各缸的进气量和压缩比的大小会对燃烧状态产生不同的影响,进气量大的和压缩比大的缸,其缸所承受的负荷较大,从而导致缸与缸之间负荷不均匀性。

  3.2供油不均匀  在柴油机的供油系统中,供油的好坏占据着重要的地位。供油不均匀会影响供入各个气缸的油量或多或少的变化,使燃烧也受到不均匀的影响,从而导致缸与缸之间负荷不均匀。从下面几个方面具体来解说一下供油不均匀的原因。 
  首先,由于柴油机喷油泵驱动联轴节之间存在差异,之间的间隙不同。驱动齿轮使用过程中导致磨损不均或者使侧间隙变大,会影响到缸与缸之间的供油均匀性。另外,由于高压油管接头的捆绑力过大使金属接头变形,或者因为过度的振动或捆绑力不够而出现的渗漏,都会引起各缸供油量的不均匀,从而导致缸与缸之间负荷的不均匀。 
  喷油泵齿条刻度设计不均等,油量控制杆工作时松动,都会使各缸供油量不精准或者不稳定从而造成燃烧不均匀,使柴油机各缸负荷不均匀。
喷油泵的柱塞套支承面被出油阀底座压紧后导致的其歪斜,便跟泵体不同心了,并且因为柱塞套上端面受到的力不均匀,使柱塞歪曲变形并造成堵塞,导致供油中断,这种情况也会造成各缸负荷不均匀。 
  柴油机的供油系统密封性不好,如出油阀漏油,高压油管接头漏油等都会使供油脉动不正常,然而管路堵塞会造成供油中断,使各缸负荷不均匀而导致各缸负荷不均匀。
  由于柱塞、套筒、凸轮轴之间的相对位置发生改变,传动齿轮的传动比发生变化,都会影响柱塞的有效行程,使供油量发生变化,继而导致各缸负荷不均匀。
  导致供油不均匀的原因是多种多样的,是由各种内在的外在的原因综合响应的结果,其原因还有:输油泵供油压力脉动或者低;油路中混有空气;出油阀锥形密封面磨损,喷油泵的出油阀偶件与柱塞偶件不是一套,都会导致密封性不良;油量控制机构的配合间隙不均或者缸与缸之间的柱塞油量控制机构的配合间隙之间的差值过大。然而对于多缸喷油泵,其柱塞和出油泵的密封必须用相同的处理,保持其一致而且是同一分组号的偶件。偶件必须配套使用,如果使用不是同一组的偶件,就不能保证其配合间隙一致,也不能保证各缸的供油特性一致,也就不能保证在不同供油位置时应有的供油均匀度,影响柴油机的供油均匀性。  在机件的维护与修理中,如果更换组件时,不能置换一个,也不能新旧搭配,要换必须全部同时更换成同一组的,这样才能保证其配合间隙处于允许范围内。燃油中含有颗粒性或者腐蚀性的杂质,经过较长时间的冲刷管路系统,就会造成柱塞偶件配合面之间的较大程度的磨损,导致供油通道漏油滴油,使其油路供油不均匀。供油不均匀将会导致各缸燃烧的不均匀,从而影响到各缸负荷的不均匀。

  3.3各缸供油提前角不同
  柴油机的各缸供油提前角不同,将导致燃料在各个气缸内燃烧的时间不尽相同,或者 提前燃烧或者滞后燃烧,这种差异将会导致气缸的负荷不均匀。  常见的机型的供油提前角的数值为:
  相对于正常数值从下面几个方面来分析了解一下造成各缸供油提前角变化的原因。  柱塞行程的改变,由于柱塞的长时间使用,经过高压燃油的冲刷而导致一些部件过度磨损,使柱塞的行程变短,开始供油的时刻变晚,影响供油的提前角。然而柱塞旋转也会导致柱塞位置的改变,使柱塞行程发生变化。柱塞行程的改变将会导致供油压力改变,从而导致供油提前角的改变,从而导致各缸负荷的不均匀。凸轮由于长时间的工作,也会产生较为明显的磨损,使其相对位置发生改变,在其运行期间,柱塞的行程也会发生变化,不再按其原来轨迹运转。然而由于启阀压力没有变动,而柱塞行程发生改变,势必会导致供油提前角发生改变,进而导致各缸负荷的不均匀。
  凸轮轴传动齿轮由于在运行期间的过度磨损或者传动件之间的松动,也会造成传动比的不稳定或者不准确,不能够让柱塞达到正确的标定要求的行程,进而影响柴油机的供油量并且使供油提前角发生变化,从而导致各缸负荷的不均匀。  套筒与柱塞的配合位置发生改变同时也会使柱塞的有效行程发生改变,进而影响柴油机供油量和供油压力的变化,从而导致喷油器喷油供油提前角的变化,这也是导致各缸负荷不均匀的原因之一。喷油器启阀弹簧经过长时间的运行,其弹簧的弹力会变小进而使启发压力也相应变小,从而导致供油提前角变大。供油提前角的变大,会使燃烧提前,然而要是弹簧设置的过于收紧,其弹簧的启阀压力也相应过大,进而导致供油提前角过小,会使燃烧滞后,进而会导致各缸负荷的不均匀。供油提前角的改变是由多种原因综合变化而造成的,比如柴油机的转速发生变化,燃油的温度发生变化等等都是其原因之一。

  3.4各缸喷油不均匀 
  喷油泵是柴油机机件当中非常重要的部件之一,各缸喷油的不均匀性将会导致进入各个气缸的燃料不尽相同,使燃料在各缸中的燃烧也不尽相同,从而导致气缸负荷不均匀。这些将直接影响到柴油机运行的经济性能、动力性能和可靠性能。一般喷油器故障是造成喷油不均匀的的主要原因,所以主要从下面几个方面来做一下具体的了解和分析。 
  其一是喷油嘴发生了故障。由于油料含有杂质或者滤清器出现问题,比如在燃烧时使用劣质的柴油、滤清器的滤芯经过长期的使用也不更换也不清洗、不更换长期使用而过度磨损的喷油嘴,喷油嘴的喷孔变化将会导致各缸喷油的不均匀,进而将会导致各缸负荷的不
  其二是燃油的喷油压力太低了。这种情况大多是由于启阀弹簧的长时间使用,使弹簧发生塑性变形,失去了弹力或者造成断裂,这都将会导致启发压力过低,使柴油机的燃料燃烧提前,进而导致各缸负荷的不均匀。
  其三是喷油雾化不良或者有明显的油流下射。由于柴油机的雾化不良而使喷嘴被不正常烧蚀,或者不好的燃油的长时间冲刷,这些都会使喷油孔发生磨损或者堵塞,使其喷油孔发生变化(或大或小),进而导致燃油的雾化不良,造成燃料的燃烧不完全,不能产生足够的热量使其中某缸的负荷下降,进而造成各缸负荷的不均匀。
  其四是喷油嘴滴油。由于精密配合的针阀偶件磨损,使其密封性能下降,在其高压下,导致柴油机的喷油嘴漏油。过多的燃油滴进气缸,会使燃烧增加而导致气缸负荷增加,进而造成各缸负荷的不均匀。
  其五是喷油嘴针阀卡住或者烧死。大量的燃油漏入气缸,使燃气倒流至喷油器中,进而造成烧蚀或者使气缸黏着,以至于使喷油器喷入气缸的燃油减少,或者更甚于不能喷射燃油。进入气缸的燃料不足,使气缸的负荷下降,进而造成各缸负荷的不均匀。各个缸的喷油不均匀也是由种种原因组成,调试或者状态不同等等都会对其造成影响。

  3.5进气不均匀
  柴油机进气的不均匀性也是由种种原因综合导致,比如进气管的流动损失,压力不同,增压机出现故障或者扫气口出现故障等等。下面主要从增压机故障还有扫气口故障方面做一下分析及了解。
  增压机发生故障会使进入柴油机气缸的气体不均匀,进而会使燃烧室中的燃料燃烧不充分,产生不尽相同的能量,导致柴油机各缸负荷的不均匀。主要从以下几个各方面来了解一下增压机发生故障的原因。增压器的增压压力降低。压力过低将会使进入气缸的气体量减少,不足的氧气使燃
  料不充分燃烧,导致各个气缸负荷的不均匀。一般造成增压压力降低的主要原因有:中冷器、叶轮、扩压器有污垢,压气机滤清器阻塞,增压器涡轮内有较多脏垢,
  增压器的轴承磨损等。这些原因使增压器的旋转阻力增加,排气管压阻增大或者局部变 形等引起转子转速减小,进而造成各缸负荷的不均匀。  增压器过热和排气温度过高。高温将会造成增压机增压压力发生变化,影响燃料的燃烧,进而导致负荷的变化。燃油雾化质量差或者出现滴油现象、柴油中含有杂质、燃油喷射过量(出油阀关闭不严,高压油泵调整不良),这些都会促使滞燃期加长。空气滤清器滤芯脏堵,供气系统管路或者垫片之间漏气,使进入柴油机气缸的气体量不足,都会导致各缸负荷的不均匀。  增压器的进气压力过高。过高的压力主要是由于排气阀密封不严或者柴油机的配气相位不精确,使驱动柴油机涡轮的能量增加,增加了柴油机的增压器的转速,进气压力增加。增压器进气压力过高将会导致气缸内燃料燃烧过于剧烈,使气缸负荷增加,以至于造成各缸负荷的不均匀。
  增压机出现喘振。由于气体流量小于设定值很多,在叶轮进口和扩压器叶片内产生强烈的气流分离,同时产生强烈的震动,并有气流倒流,引起压气机工作不稳定,从而 导致增压机供气不均匀,进而影响各气缸内燃烧不均匀,导致各缸负荷不均匀。
  扫气口一般出现的故障有:扫气口处堆积结碳,扫气口燃气腐蚀等等。扫气口故障会造成进入气缸的气体不均匀,进入的气体量不均匀将会导致气缸内燃油燃烧不的均匀,进而导致各缸负荷的不均匀。柴油机在长时间的工作使用过程中,由于在气缸更换气体时总是有一部分燃气与新气在扫气口处混合,然而燃气中含有许多成分复杂的杂质,在温度较高的状况下会非常容易导致扫气口腐蚀,扫气口被腐蚀后开口会变大,导致进入气缸的气体量不均匀,燃油的燃烧也就不均匀,进而导致各缸负荷的不均匀。柴油机气缸的换气系统在换气时,扫气口处的高温燃气在被新鲜空气冷却时,会在表面形成较多的结碳,堆积在扫气口的出口,长时间的堆积就会造成扫气口堵塞,使扫气口的截面减小,进而使进入气缸的进气量减少,就会导致气缸燃料燃烧的不充分,进而导致各缸负荷的不均匀。

  3.6冷却水传热不均匀性
  在柴油机冷却水系统传导热量方面,冷却系统占据着非常重要的地位,这一点早就被人们熟知。冷却系统用冷却水带走气缸上的高温热量,使气缸的热负荷降低,保证气缸的正常工作。如果气缸的大量热量得不到冷却而传导出去,使气缸的热负荷增加,就会导致柴油机气缸过热,并且使各个阀件冷却不良,致使气缸不能正常运行,进而导致各缸负荷的不均匀。在柴油机的冷却系统中,冷却水泵出现故障,中央冷却器管路出现泄漏,管子发生断裂,冷却水量过少或者各种控制阀出现故障,都会导致冷却不良,造成气缸热负荷增加,进而导致各缸负荷的不均匀。
 
4.调整方法 
  根据上述的了解分析,导致主机各缸负荷不均出现的原因,我们轮机员在值班时对各个有可能导致负荷不均匀的原因进行排查,确保主机处于正常工作的运行状态。从下面几方面来调整。 
  4.1 我们可以通过对照各个部件的说明书等有关资料,来进行对设计上的结构误差进行排查。
 
  4.2 对于柴油机的供油系统,知道滤清器之中的沉积物,在加注燃油时必须了解燃油的变化,必须保证供油系统的密封性良好,按规定时间更新滤芯,清洗油管。因为柱塞偶件是非常精密的元件,如果柱塞偶件配合面之间磨损,应该成套更换柱塞偶件并且在油泵实验台上进行调校,才能继续使用。如果出油阀磨损,其主要磨损部位应该在出油阀密封锥面以及减压环带和阀座孔处,也应该更换出油阀偶件。在喷油泵中,传动机构中相互运动件(如凸轮,调整垫块以及滚轮体)的磨损也应更换磨损严重的零件。调整喷油泵的调整螺钉,增加或者减少在机体与喷油泵之间的铜垫片,或是调整花键接盘与喷油泵传动齿轮之间的相对位置,进而来调整正确的供油提前角。

  4.3 我们在对喷油器气阀弹簧的启阀压力进行检测时,要检查其阀芯与阀座之间的密封性能。我们在油泵实验台上进行雾化实验以及密封性试验时,要参照说明书上的数据来进行对比,确保其处于允许范围内。在对密封性进行检查时,要确保高压管路的密封性。齿条刻度不能出现泄漏不能出现磨损。
 
  4.4 柴油机的增压器在长时间使用过程中,在出口端容易使带有杂质的燃气进入轴封,它的轴承以及轴封可能由于那些杂质的污染或者磨损使其运动阻力增加。拆检增压器时,如果发现轴承有不同程度的磨损,它的转子上下级左右跳动值超过说明书的规定值时,轴承应该换新。如果增压器涡轮相邻的六片叶片顶部挠曲变形,要把变形的叶片进行换新。在清理增压机的内部时,要保证排气阀和进气阀处于良好的状态。我们还要清洗扫气箱,检查扫气口的扫气压力,保证各个气缸进的气正常,进而保证各缸负荷的均匀。 

  4.5 打开柴油机的空冷器,如果发现空气端的换热器上着约2毫米厚的油污,需要用化学清洗剂来清洗。我们还要清洗压气机的空气滤网。在上面的实例表现中,值班员对喷油进行了检查,最终发现是第三缸和第六缸的喷油器喷嘴结碳严重导致喷油不均匀,从而气缸负荷不均匀导致主机异常震动。更换了喷油器后主机的运行也恢复了正常。

船舶主机各个缸负荷不均匀的原因非常多,其危害也较为严重。只要我们能够根据主机表现出来的现象来找到原因,并及时按照正确的方法做出调整就能排除故障,进而保证我们船舶的正常航行。
 来源:网络

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