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主机排气温度高的故障浅析
发布时间:2016-10-21 14:11:00       阅读次数:2555    发表人:sun
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对同一台柴油机而言,排气温度的高低在一定程度上反映了缸内负荷的大小与燃烧质量的好坏。柴油机排气温度过高,不但标志热负荷过高,而且还会引起经济性和可靠性下降。因此,排气温度通常用来衡量柴油机热负荷的大小,是柴油机运行管理中须重点监测参数,也是柴油机性能分析的重要依据。船舶柴油机排气温度过高影响柴油机的正常工作,如造成排气管变形破裂漏气,成为火灾的隐患;破坏润滑油膜,加剧发动机活塞与气缸的磨损;同时造成机舱环境污染,影响工作人员的正常工作。为了保证柴油机的可靠运转,排气温度的数值不应该超出说明书的规定值,并且各缸的排气温度应该基本保持一致。

一、排气温度过高故障现象


举例说明:某轮船的主机是采用废气涡轮增压和直流扫气形式的单作用二冲程柴油机。在航行期间发现主机的排气温度逐渐上升,由原来正常运行时排气温度的360~ 380e升至400e,个别缸甚至达到了450e,平均升高40~ 50e,排气总管的温度达到500e甚至是510e,说明书排气总管的报警温度为515e。虽然该温度没有超过理论上船用柴油机排气温度的最高值,但根据该机的运行参数及实际的设定工况,排气温度如此升高,是一种不正常的现象。于是将主机微微降速,以稍低的速度航行到港。经过反复地检查排除,确定是增压器废气涡轮端脏污造成的,清洗后,主机整体排温下降。但在紧接着的航次,在热带海域航行时,1号缸与3号缸排气又出现了高温,温度分别是440e、430e。


二、排气温度过高故障原因分析

船舶柴油机排气温度过高的根本原因是燃烧不良而造成的后燃增加和在气缸中未能完全燃烧的燃油在排气管中的二次燃烧。排气高温分为两种情况,一种是整体排气高温,另一种是单缸排气高温。在举例的故障中就出现了两种情况。下面就两种不同情况进行分析。
1、整体排气高温
(1)环境因素
机舱温度上升,则进入压气机的空气温度上升。海水温度上升,使空气冷却器的冷却效果变差。这时进入气缸的空气温度升高,密度下降,空气实际量变少,燃烧变差,产生后燃或者是未燃尽的燃气在排气管中的二次燃烧,所以排气温度上升。
(2)柴油机超负荷
当船舶满载,顶风,污底严重时,因阻力增大,主机负荷增大。柴油机在低转速高负荷运转时,气缸耗气量降低而循环喷油量增加,使过量空气系数降低,燃烧不良造成后燃增加或燃油在排气管中发生二次燃烧,排气温度升高。
(3)燃油质量太差或燃油黏度太大
当燃油质量太差或黏度太大时,会造成喷油器雾化不良,使滞燃期变长,燃烧粗暴,后燃增加,排气温度上升。
(4)整体喷油定时错误
如果整体喷油定时错误,致使喷油提前角减小,因着火前缸内温度与压力已下降,而使滞燃期变长,最高燃烧压力降低,后燃增加,排气温度上升。
(5)空冷器故障
空冷器的传热主要是以对流、导热形式对来自压气机的增压空气进行冷却的。实际使用中,由于空冷器实际壁面随着使用时间而增厚,且增厚部分的主要成分几乎全是油性混合物,其导热系数很低,使热阻增大,传热系数降低,因而实际传热量大大减少,冷却效果变差,使进入扫气箱内的空气温度升高,有关试验表明,进气温度增加1e,则循环温度增加3e。同时,由于扫气箱容积是不变的,则在温度升高的前提下势必造成实际进机空气密度下降,空气质量减少,从而引起燃烧恶化(供油量不变,供气量少,达不到完全燃烧的过量空气系数),形成后燃,甚至后燃延续到排烟管内仍在进行,致使排烟温度大大升高。另一方面,因流道的脏堵,流经空冷器的空气流量大大下降,也导致供气量减少而更加剧上述状态的恶化。
(6)进气不畅和排气不畅
增压系统中容易脏堵的部件是进口滤器、压气机叶轮和扩压器、空气冷却器、气缸扫气口和排气门、涡轮的喷嘴环和叶轮。压气机进口滤器堵塞、压气机叶轮脏堵、扫气箱漏气、扫气箱单向止回阀失效、扫气箱放残阀常开等会造成进气不畅,使进气减少,从而使燃油燃烧不充分,造成后燃增加,甚至是在排气管继续燃烧,引起排气高温。增压系统中的增压器涡轮端脏污、喷嘴环受热变形、排气流道脏堵(废气锅炉烟道堵塞)等会造成排气不畅,使排气背压升高,减少新气的进气量。在这种情况下,燃油燃烧不充分,加上逐渐积累的排气,使排气温度逐渐地上升。

2、单缸排气高温
(1)单缸超负荷
高压油泵油量调节齿条调整不当,高压油泵齿条卡住等故障可能使单缸供油量增大,使单缸超负荷,单缸排气高温。
(2)喷油器故障
喷油器喷嘴滴漏或雾化不良,二次喷射会造成滞燃期变长,燃烧粗暴,使燃油喷入气缸后,不能立刻完全燃烧,造成后燃增加,甚至未完全燃烧的燃油在排气管中二次燃烧;喷油器启阀压力调整不当,若启阀压力过低,使喷入气缸的燃油过多,使过量空气系数下降,燃烧不充分,造成后燃增加或排气管的二次燃烧,使排气温度升高; 若启阀压力过高,则使喷油提前角变小,着火前缸内温度与压力已下降,而使滞燃期变长,最高燃烧压力降低后,燃增加,也有可能使排气温度上升。
(3)气缸压缩压力降低
活塞环失效、排气门密封不良或开度不足、排气门定时不正确、气门间隙调整不当、活塞头部烧蚀、气缸过度磨损等都会使气缸漏气,过量空气系数减少,燃烧不充分,同时压缩压力下降,也使最高燃烧压力降低,后燃增加,从而使排气温度上升。

三、排气温度过高故障处理


1、整体排气高温故障分析与处理


根据故障原因分析排除,首先,主机没有超负荷运行,船底刚刚被清理过,当天也没遇到大风浪。燃油是由正规厂家提供,质量一般不会出现太大的问题,燃油的黏度也在正常范围内。对扫气箱、扫气箱单向止回阀、扫气箱放残阀进行检查,未发现异常。对整个增压系统进行了如下冲洗:(1)对压气机进气滤网进行重新拆开清洗;(2)分别对空冷器的空气侧和水侧进行清洗。空气侧进行如下处理:将除炭剂与水按比例混合,然后加热至55e左右,将空冷器浸泡约24h,浸泡时用压缩空气吹搅,然后用清水冲洗,拆下空冷器下部专用盲板放净存水,最后再用压缩空气吹干。水侧进行了如下处理:关闭冷却水进出口阀,打开端盖上的泄放阀,将冷却器内的水泄放掉。打开端盖,仔细检查端盖、冷却水管、管板等部件的腐蚀情况,观察在正常范围内后,利用专用的清洁工具清洁。更换端盖上的防腐块,重新涂防腐层。(3)对扫气箱进行清洁,铲除积存的油污。(4)对废气锅炉的烟道进行检查,并对废气锅炉进行彻底地吹灰。(5)由于增压器解体清洗是由厂家进行的,所以对增压器只是进行了常规清洗,因为增压器的一些仪表例如转速探测器出现损坏,将无法准确判断清洗后的工作状态,但根据经验判断,增压器的工作状态不是很好,所以初步判断排气温度的主要原因就是增压器涡轮端的脏污所造成的。后来到了国内厂家对增压器涡轮进行解体清洗,发现涡轮端脏堵,一些喷嘴环部分叶片出现了变形。经过整修后,整体排气温度明显下降了。

2、单缸排气高温故障分析与处理

几种可能原因的检查:
(1) 检查排气阀的工作状态
在气阀机构中,气阀和阀座是工作条件最恶劣的零件。气阀阀盘和阀座底面是燃烧室壁面的一部分,受到燃气高温、高压的作用,特别是排气阀,由于受到排气气流的加热,温度很高。气阀在关闭时,与阀座发生撞击与磨损,在撞击中,由于阀和座的弹性变形、气阀的振动及气阀弹簧螺旋线的扭转作用,会使阀面和阀座产生锲入性和扭转性滑移。这种滑移使阀面和座面间产生干摩擦,阀面和座面上剥落的金属颗粒、灰分、碳粒又变成磨料加重磨损。燃烧产物对气阀和阀座有腐蚀作用,特别是燃用重油时,燃料燃烧后生成硫、钠、钒的氧化物及这些氧化物生成的盐和聚合物,在排气时其中一部分沉积到气阀和阀座上,使气阀和阀座接触不良,并对金属起腐蚀作用,使阀面和座面上出现凹坑,造成漏气和烧损。依照故障情况分析,排气阀存在问题的可能性较大,对1号和3号缸的排气阀予以换新,观测拆下来的排气阀,并没有发现明显的烧蚀、磨损现象,表明排气阀工作状态没有问题。
( 2) 喷油器的检查
从1号、3号缸喷油器的检查记录可知,这两缸的喷油器工作时间都没有超过期限。接着对喷油器进行了雾化试验,试验时,将启阀压力调到规定值,然后以40~ 80次/min的速度进行喷雾试验,喷雾质量要符合以下要求:(1)喷出的燃油应成雾状,无肉眼可见的飞溅油粒、连续油柱和局部浓稀不均匀的现象;(2)喷油开始和终了时声音清脆,喷油迅速利落;(3)喷油开始前和终了后不得有渗漏,但允许喷孔周围有湿润的现象。然后根据试验时雾化的形状、分布(如图1)等检验喷油器的质量。



图1几种喷油器的喷雾情况


试验发现1号缸喷油器完全正常,3号缸喷油器出现滴漏情况,雾化形状如图1中的c图。将3号缸的喷油器进行更换后,3号缸的排气温度明显下降。
( 3) 气缸、活塞密封状况检查
检查活塞环的工作状态有两种方法: 一是通过扫气口检查,二是吊缸检查。吊缸工作麻烦且劳动量大,而扫气口检查,既直接、简便又经济,而且能获得可靠的活塞环工作状况,所以采用通过扫气口检查的方法。其步骤如下:
(1)柴油机停车一段时间后,拆下扫气箱上操纵侧的气缸观察孔盖板并清洁检查孔。检查中应使冷却油保持循环,以便检查是否存在漏油现象。关闭主起动阀,起动空气啮合盘车机盘车,使活塞处于下止点位置,由此位置开始检查。
(2)做好照明准备工作、并且同时有人配合记录及准备盘车。
(3)当活塞上行,通过扫气口时,用布清洁活塞头,活塞环和活塞裙部,仔细观察活塞环的工作表面及工作情况。
(4)用木棒触动活塞环,检查有无故障( 黏着、咬死、折断)现象。检查结果: 3号缸用木棒触动活塞环,稍稍用力压缩活塞环,木棒远离后,活塞环弹回,环在环槽内活动自如,说明活塞环没有因为环槽内积炭较厚而黏着。并且,活塞环弹性良好,没有裂纹、折断及弹性丧失现象;再用肉眼观察,可见活塞与气缸套工作表面光亮湿润。说明3号缸活塞环与气缸的密封状况良好。而1号缸环表面干燥发黑且气缸壁上也有大面积干燥发黑现象,说明1号缸活塞环漏气,更换1号缸的活塞环后,1号缸的排气温度也恢复了正常。

小节


柴油机排气温度过高的原因较多也较复杂,多方位耐心分析排查,找出主要原因,是排除故障的有效途径。为了减少和及时地发现排气温度过高这个故障,建议:
(1) 注意控制柴油机负荷,尽量避免柴油机超负荷运行。
(2) 严格执行管理制度,定期检查清洗空气滤器、增压器压气机端和废气涡轮端、废气锅炉、空冷器; 定期拆验喷油器,进行压力试验,定期检查气阀机构,及时调整气阀间隙。
(3) 轮机管理人员应严密监视各缸排气温度,各缸温差按说明书规定在50 e 左右。
(4) 对监测仪表小心保养维护,对损坏的仪表应及时更换; 各种检修纪录及运行状况记录完善,这对故障的发现和分析排查非常重要。

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