上海遠(yuǎn)洋運(yùn)輸有限公司 齊文征

也談副機(jī)高溫水溫度偏低的原因

上海遠(yuǎn)洋運(yùn)輸有限公司 齊文征

針對(duì)瓦錫蘭副機(jī)的高溫水溫度偏低將影響機(jī)器工況和使用壽命的問(wèn)題，通過(guò)實(shí)例來(lái)分析溫控閥的工作原理以查找故障原因，總結(jié)以后管理中的注意事項(xiàng)，避免出現(xiàn)副機(jī)高溫水溫度偏低現(xiàn)象。

瓦錫蘭副機(jī)；高溫水溫度偏低；溫控閥

曾看過(guò)幾篇關(guān)于副機(jī)高溫水溫度偏低故障分析的文章，也碰到同類(lèi)型船舶發(fā)生副機(jī)高溫水溫度偏低的現(xiàn)象，本人有不同的見(jiàn)解供大家學(xué)習(xí)交流，有不足之處，敬請(qǐng)指正。

一、故障現(xiàn)象

某船配置三臺(tái)WARTSILA VASA 4R32E型副機(jī)，額定功率為1 620 kW，轉(zhuǎn)速為720 r/min。一臺(tái)副機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，高溫水出機(jī)溫度在80 ℃以下；高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，高溫水出機(jī)溫度在85 ℃左右。兩臺(tái)或三臺(tái)副機(jī)并聯(lián)運(yùn)行且負(fù)荷較低時(shí)，高溫水出機(jī)溫度在70 ℃以下，副機(jī)負(fù)荷逐漸增大后，高溫水出機(jī)溫度會(huì)略有上升。集控室電腦屏和現(xiàn)場(chǎng)溫度表相同，表明高溫水出機(jī)溫度確實(shí)偏低。長(zhǎng)時(shí)間的高溫水出機(jī)溫度偏低會(huì)給副機(jī)帶來(lái)不利影響，如燃燒不良、熱應(yīng)力增大和低溫腐蝕等。

為了便于分析故障，先簡(jiǎn)單介紹高溫水溫控閥、低溫水溫控閥和副機(jī)冷卻水系統(tǒng)。以上的低負(fù)荷指副機(jī)功率低于30%額定功率，高負(fù)荷指副機(jī)功率高于30%額定功率。

二、高溫水溫控閥

1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

高溫水溫控閥如圖1所示，它安裝于三通閥的內(nèi)部，里面有兩個(gè)溫控閥，主要部件有感溫元件、圓環(huán)形閥、閥蓋、閥座、彈簧、主軸、支架、銅套和橡皮圈等。

*感溫元件：利用熱脹冷縮的原理，感溫元件內(nèi)部的半固態(tài)物質(zhì)受熱膨脹，推動(dòng)中間主軸運(yùn)動(dòng)。感溫元件上注明86.5 ℃，也就是溫度超過(guò)此界限后促使中間主軸向下運(yùn)動(dòng)。

圖1 高溫冷卻水溫控閥結(jié)構(gòu)圖

* 圓 環(huán)形閥：它內(nèi)部中間有支架（三根加強(qiáng)筋）通過(guò)螺帽和彈簧等與感溫元件內(nèi)的主軸連接在一起。它的上下平面非常平。

* 閥 蓋：閥蓋位于圓環(huán)形閥上方。它內(nèi)部有支架（四根加強(qiáng)筋），中間有內(nèi)螺紋孔，與感溫元件裝配在一起，且有螺母鎖緊。它的下方有凸起的圓環(huán)形臺(tái)階與圓環(huán)形閥的上平面密封配合。

* 閥 座：閥座位于圓環(huán)形閥下方，通過(guò)螺釘固定在三通閥的本體上。它的上平面與圓環(huán)形閥的下平面密封配合。

* 彈 簧：在上方有一大彈簧，原始狀態(tài)受壓；在主軸下方有兩個(gè)小彈簧，常態(tài)受壓。

* 主 軸：主軸一端伸到感溫元件內(nèi)部，另一端和圓環(huán)形閥連接起來(lái)。

* 支 架：支架通過(guò)彈簧、掛鉤等部件使圓環(huán)形閥的上平面緊緊貼合在閥蓋的下平面。

*銅套：銅套（密封環(huán)）安裝于三通閥本體上，它內(nèi)部有一圈環(huán)形槽。銅套對(duì)圓環(huán)形閥有導(dǎo)向作用。

*橡皮圈：橡皮圈安裝到銅套的環(huán)形槽內(nèi)，密封銅套與圓環(huán)形閥之間的間隙。

高溫水溫控閥內(nèi)有三個(gè)通道：A通道用于來(lái)自冷卻副機(jī)后的溫度較高的淡水進(jìn)入溫控閥內(nèi)；B是旁通通道，當(dāng)高溫淡水溫度較低時(shí)，通過(guò)此通道又回到高溫淡水泵的吸口繼續(xù)冷卻副機(jī)（內(nèi)循環(huán)）；C通道用于溫度較高的淡水進(jìn)入中央淡水冷卻器進(jìn)行冷卻。

2.工作原理

高溫水溫控閥的工作原理見(jiàn)圖2，在這里介紹此閥在三個(gè)狀態(tài)時(shí)的工作原理：

圖2 高溫冷卻水溫控閥工作原理圖

（1）冷機(jī)狀態(tài)

副機(jī)停止或剛啟動(dòng)時(shí)，從副機(jī)來(lái)的高溫淡水溫度低于86.5 ℃，恒溫閥處于原始狀態(tài)。內(nèi)部?jī)蓚€(gè)溫控閥的圓環(huán)形閥在彈簧力的作用下，與上部的閥蓋緊密接觸，這樣就關(guān)閉了去冷卻器的通道C。高溫淡水從閥座與圓環(huán)形閥之間的環(huán)形間隙通過(guò)進(jìn)入到旁通口，高溫淡水又回到高溫水泵的吸口，進(jìn)行內(nèi)部循環(huán)，使高溫淡水的溫度快速升高。

（2）熱機(jī)狀態(tài)

副機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，從副機(jī)來(lái)的高溫淡水遠(yuǎn)高于86.5 ℃（一般情況90 ℃以上）時(shí)，感溫元件膨脹，克服彈簧力后，推動(dòng)主軸向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)圓環(huán)形閥向下運(yùn)動(dòng)，使其完全與閥座貼合，關(guān)閉去旁通的通道B，高溫淡水全部進(jìn)入冷卻器進(jìn)行冷卻。

（3）過(guò)渡狀態(tài)

副機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，從副機(jī)來(lái)的高溫淡水溫度越來(lái)越高，當(dāng)溫度超過(guò)86.5 ℃時(shí)，感溫元件內(nèi)部物質(zhì)開(kāi)始加熱膨脹，推動(dòng)主軸帶動(dòng)圓環(huán)形閥向下運(yùn)轉(zhuǎn)，旁通的水量變小，去冷卻器的水量開(kāi)始慢慢增加，高溫淡水泵吸入溫度較低的淡水，從而降低從副機(jī)來(lái)的高溫淡水。如果副機(jī)負(fù)荷穩(wěn)定，感溫元件會(huì)找到一個(gè)平衡，高溫水溫度保持在一個(gè)恒定范圍內(nèi)，部分水量進(jìn)旁通B，部分水量去冷卻器C。

WARTSILA 4R32E說(shuō)明書(shū)要求高溫水出機(jī)溫度為91～100 ℃，進(jìn)機(jī)溫度比出機(jī)溫度低5～8 ℃。

三、低溫淡水溫控閥

1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

低溫水溫控閥安裝于自動(dòng)調(diào)節(jié)三通閥的內(nèi)部，它的結(jié)構(gòu)與高溫水溫控閥完全不同（見(jiàn)圖3）。主要有以下部件：

圖3 低溫冷卻水溫控閥結(jié)構(gòu)圖

*感溫元件6：內(nèi)部有兩個(gè)感溫元件，一個(gè)是A 35℃時(shí)動(dòng)作，另一個(gè)是B 65℃時(shí)動(dòng)作。它們被止動(dòng)擋圈16固定在溫包架7上。溫包架外圓軸向方向有開(kāi)槽。

*控制活塞8：控制活塞8的外緣分中、左、右三段（見(jiàn)圖4），中段空，左右兩段都是圓筒，圓筒截面呈凹形，左右突緣與閥體上的密封銅環(huán)密封形成可以左右移動(dòng)的滑閥，以此來(lái)控制B口和C口的開(kāi)度。在控制活塞的中部有十字形支撐架，將控制活塞8的外緣組成一體，溫包架7可以在十字形支撐架中間滑動(dòng)。在其最右端通過(guò)止動(dòng)擋圈把導(dǎo)向銷(xiāo)與控制活塞8連接起來(lái)。最右端閥體上有固定擋銷(xiāo)，防止控制活塞旋轉(zhuǎn)。

* 活 塞3：安裝密封環(huán)13的活塞3可以在導(dǎo)向缸套4內(nèi)移動(dòng)。螺釘2可以指示活塞3的位置。

* 調(diào) 節(jié)螺帽1：用于調(diào)節(jié)彈簧12的預(yù)緊力，由固定螺釘11進(jìn)行鎖定。

*軸18：位于溫控閥的最右端，用于指示控制活塞8所在的位置。

*檢漏孔15：如有水或空氣溢出，則表明密封推桿5的橡皮圈失效。

2.工作原理

（1）初始狀態(tài)

低溫水溫控閥在初始位置（見(jiàn)圖3），此時(shí)無(wú)控制空氣進(jìn)入活塞3的右邊。由于最左端的大彈簧12的預(yù)緊力大于最右端兩個(gè)小彈簧的預(yù)緊力，大彈簧12的彈力作用在活塞3上，作用力依次傳遞給推桿5→溫包架7→導(dǎo)向銷(xiāo)17，導(dǎo)向銷(xiāo)帶動(dòng)控制活塞8一起向右運(yùn)動(dòng)。此時(shí)B口開(kāi)度較小，回到低溫水泵吸水的水量較少，C口開(kāi)度較大，大部分淡水進(jìn)冷卻器。

（2）控制系統(tǒng)

此系統(tǒng)加裝一個(gè)電磁閥1和壓力開(kāi)關(guān)7（見(jiàn)圖5）。掃氣空氣接在壓力開(kāi)關(guān)7上，壓力開(kāi)關(guān)輸出電信號(hào)來(lái)控制電磁閥1的動(dòng)作。壓力開(kāi)關(guān)可以利用調(diào)節(jié)螺釘4調(diào)節(jié)起始值，調(diào)節(jié)手輪6可調(diào)節(jié)幅差，防止在臨界狀態(tài)時(shí)電磁閥頻繁動(dòng)作。掃氣空氣壓力低于起始值時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)接通，電磁閥1得電后工作于左位，控制空氣通過(guò)電磁閥進(jìn)入溫控閥最左端。當(dāng)掃氣空氣壓力大于設(shè)定值時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電磁閥斷電后工作于右位，切斷控制空氣氣路。

（3）動(dòng)作原理

下面介紹副機(jī)在四種不同負(fù)荷狀態(tài)下，低溫淡水溫控閥的動(dòng)作原理（見(jiàn)圖5）：

Ⅰ低負(fù)荷冷機(jī)狀態(tài)。表示副機(jī)在低負(fù)荷（30%以下）且冷卻淡水出機(jī)溫度較低時(shí)的狀態(tài)，主要是指副機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)或遠(yuǎn)低于30%負(fù)荷的狀態(tài)。此時(shí)掃氣壓力低于設(shè)定初值，壓力開(kāi)關(guān)接通，電磁閥動(dòng)作，控制空氣進(jìn)入缸套2內(nèi)活塞的右側(cè)，活塞克服彈簧力后向左移動(dòng)?？刂苹钊谧钣叶藘蓚€(gè)彈簧力的作用下向左移動(dòng)，旁通B口開(kāi)度變大，C口開(kāi)度變小，從副機(jī)來(lái)的低溫淡水大部分進(jìn)行機(jī)內(nèi)循環(huán)。當(dāng)溫度超過(guò)35 ℃時(shí)，感溫元件A膨脹，內(nèi)部小軸伸長(zhǎng)，引起控制活塞向右側(cè)移動(dòng)，稍微關(guān)小B口的旁通水量。這個(gè)狀態(tài)下的低溫淡水的溫度在35～65 ℃。

圖4 低溫冷卻水溫控閥控制活塞

圖5 低溫冷卻水溫控閥工作原理圖

Ⅱ高負(fù)荷冷機(jī)狀態(tài)。表示副機(jī)在高負(fù)荷且冷卻淡水出機(jī)溫度較低時(shí)的狀態(tài)。副機(jī)負(fù)荷增大到一定程度，掃氣壓力相應(yīng)提高，當(dāng)掃氣壓力達(dá)到壓力開(kāi)關(guān)設(shè)定值時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電磁閥失電工作于右位，切斷控制空氣并釋放進(jìn)活塞的空氣。在左側(cè)大彈簧的作用力下，控制活塞向右移動(dòng)，B口關(guān)小，C口開(kāi)大。大部分低溫水進(jìn)冷卻器，從而降低低溫水的溫度。這個(gè)狀態(tài)下的低溫淡水的溫度在35 ℃以下。

Ⅲ低負(fù)荷熱機(jī)狀態(tài)。表示副機(jī)在低負(fù)荷且冷卻淡水出機(jī)溫度較高時(shí)的狀態(tài)。副機(jī)負(fù)荷達(dá)到30%左右，但掃氣壓力還是較低且沒(méi)有達(dá)到壓力開(kāi)關(guān)斷開(kāi)值，控制空氣進(jìn)入活塞右側(cè)，B口開(kāi)度較大，C口開(kāi)度較小，低溫水溫度逐漸上升，當(dāng)溫度達(dá)到65 ℃以上時(shí)，感溫元件A內(nèi)主軸已伸長(zhǎng)到最大量，此時(shí)感溫元件B也開(kāi)始膨脹，內(nèi)部小軸伸長(zhǎng)，繼續(xù)推動(dòng)控制活塞向右移動(dòng)，B口關(guān)小，C口開(kāi)大，溫度較高的淡水進(jìn)冷卻器冷卻。這個(gè)狀態(tài)下的低溫淡水的溫度在65～70 ℃。

Ⅳ高負(fù)荷熱機(jī)狀態(tài)。表示副機(jī)在接近滿負(fù)荷且冷卻淡水出機(jī)溫度較高時(shí)的狀態(tài)。此時(shí)掃氣壓力很高，壓力開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電磁閥失電，活塞右移，使閥體內(nèi)的控制活塞向右移動(dòng)，B口關(guān)小，C口開(kāi)大。如果溫度繼續(xù)上升超過(guò)35 ℃，感溫元件A膨脹，內(nèi)部小軸伸長(zhǎng)，帶動(dòng)控制活塞繼續(xù)向右移動(dòng)，使B口變更小，C口變更大，大量淡水進(jìn)冷卻器，降低淡水溫度。這個(gè)狀態(tài)下的低溫淡水的溫度在35 ℃以上。

綜上所述：副機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，低溫淡水的溫度應(yīng)控制在65 ℃左右，使它在較低負(fù)荷時(shí)有一個(gè)較高的冷卻水溫度；副機(jī)在高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，低溫淡水的溫度應(yīng)控制在35 ℃左右，使它在較高負(fù)荷時(shí)有一個(gè)較低的冷卻水溫度。

四、副機(jī)冷卻水系統(tǒng)

副機(jī)冷卻水系統(tǒng)分為低溫冷卻水系統(tǒng)和高溫冷卻水系統(tǒng)（見(jiàn)圖6）。

圖6 副機(jī)冷卻水系統(tǒng)原理圖

1.低溫冷卻水系統(tǒng)

從中央冷卻器14來(lái)的低溫水經(jīng)過(guò)副機(jī)自帶低溫水泵8增壓，依次經(jīng)過(guò)副機(jī)空冷器7和滑油冷卻器15，在滑油冷卻器的出口安裝有低溫水溫控閥10，由低溫水溫控閥來(lái)控制低溫水的流量，最后低溫水到中冷器冷卻。低溫水恒控閥的工作原理上面已介紹，在副機(jī)低負(fù)荷時(shí)，大部分水量經(jīng)B通道進(jìn)行內(nèi)部循環(huán)，低溫水溫度較高；在副機(jī)高負(fù)荷時(shí)，大部分水量經(jīng)C通道進(jìn)中冷器冷卻，低溫水溫度較低。

2.高溫冷卻水系統(tǒng)

高溫水的吸口安裝在低溫水出口管路上（見(jiàn)圖6），從低溫水溫控閥10的C口來(lái)的溫度升高的低溫水成為副機(jī)的高溫水，經(jīng)高溫水泵9增壓后，小部分高溫水進(jìn)增壓器進(jìn)行冷卻，大部分高溫水進(jìn)入副機(jī)冷卻缸套和缸頭附件后，經(jīng)副機(jī)頂部的放氣箱2和高溫水溫控閥11后進(jìn)中冷器冷卻。如高溫水溫度太低，將全部經(jīng)B口進(jìn)高溫水泵吸口進(jìn)行機(jī)內(nèi)循環(huán)，高溫水溫度迅速升高。

副機(jī)在備用時(shí)，從副機(jī)高溫水出口總管上接一路高溫水經(jīng)熱水泵13、加熱器12后進(jìn)入副機(jī)暖缸。

五、故障排除

1.低溫冷卻水系統(tǒng)故障

經(jīng)過(guò)檢查，發(fā)現(xiàn)三臺(tái)副機(jī)進(jìn)電磁閥的控制空氣氣源已關(guān)閉，減壓閥的膜片穿通，有一個(gè)壓力開(kāi)關(guān)不動(dòng)作，還有一個(gè)連接到壓力開(kāi)關(guān)的掃氣空氣管堵塞。這就造成副機(jī)啟動(dòng)或低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，低溫水的溫度一直較低。只有副機(jī)負(fù)荷較高時(shí)，低溫水的溫度才逐漸上升。副機(jī)啟動(dòng)或低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致高溫水的進(jìn)口溫度偏低，這是次要原因。

2.高溫水溫控閥故障

副機(jī)剛啟動(dòng)或低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)（多機(jī)并聯(lián)）時(shí)如從副機(jī)來(lái)的高溫淡水大量進(jìn)入冷卻器通道C，必然會(huì)導(dǎo)致高溫水溫度偏低。經(jīng)拆檢三臺(tái)副機(jī)高溫水溫控閥，發(fā)現(xiàn)引起高溫水溫度偏低的原因有：

（1）圓環(huán)形閥與三通閥本體間的密封失效或間隙過(guò)大。發(fā)現(xiàn)三臺(tái)副機(jī)高溫水溫控閥都有以下現(xiàn)象：銅套磨損過(guò)大、圓環(huán)形閥外圓表面磨損（見(jiàn)圖7）、銅套內(nèi)橡皮圈老化或不存在。這些都會(huì)導(dǎo)致副機(jī)啟動(dòng)或低負(fù)荷時(shí)，從副機(jī)來(lái)的高溫水經(jīng)高溫水溫控閥A到旁通口B后，高溫水經(jīng)此間隙泄漏到C口去冷卻器，引起高溫水的損失，必然會(huì)從低溫水出口管路上吸入高溫水進(jìn)行補(bǔ)充，泄漏量越大，補(bǔ)充的淡水就越多，高溫水溫度就會(huì)越低。這時(shí)，如果低溫水溫度過(guò)低則高溫水溫度更加偏低。這是引起高溫水溫度偏低的最主要原因。

拆卸下的高溫水三通閥先整體進(jìn)行密封試驗(yàn)來(lái)判斷它的工況。在常態(tài)下，從A口注水，C口應(yīng)無(wú)水流出，否則應(yīng)查找原因并解決；從A口注入95 ℃以上的淡水，大約2 min后，B口應(yīng)無(wú)水流出，否則應(yīng)查找原因并解決。

（2）圓環(huán)形閥與閥蓋之間的接觸面磨損過(guò)多或彈簧彈力不足。其中一臺(tái)副機(jī)有這種現(xiàn)象。這些會(huì)造成當(dāng)高溫淡水溫度遠(yuǎn)低于86.5 ℃時(shí)，此閥會(huì)打開(kāi)去冷卻器的通道C，引起高溫水溫度偏低。當(dāng)副機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，高溫水出機(jī)溫度升高，溫控閥的感溫元件沒(méi)有達(dá)到設(shè)定值就完全切斷B旁通口，引起高溫水偏低。通過(guò)以上的注水試驗(yàn)可判斷水溫達(dá)到多少度后，C口開(kāi)啟。如遠(yuǎn)低于設(shè)定值，則必須更換。

圖7 高溫冷卻水溫控閥新舊對(duì)比圖

（3）圓環(huán)形閥與閥蓋之間的接觸面腐蝕后凸凹不平。有一臺(tái)副機(jī)有此現(xiàn)象。此平面受高溫淡水的侵蝕后，密封面不平，造成副機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)，從副機(jī)出來(lái)的高溫水部分進(jìn)入冷卻器。圓環(huán)形閥與閥座之間的腐蝕或磨損只會(huì)使高溫水溫度升高。

六、管理要點(diǎn)

1.定期維護(hù)

* 平 時(shí)注意副機(jī)在低負(fù)荷和高負(fù)荷時(shí)高溫水溫度的變化，發(fā)現(xiàn)偏低要及時(shí)查找原因。

* 每 年解體檢查高溫水溫控閥，由于此閥工作環(huán)境較惡劣，必須定期進(jìn)行檢查清潔試驗(yàn)。

2.拆檢注意事項(xiàng)

* 檢 查試驗(yàn)溫控閥在多少溫度時(shí)開(kāi)啟，如溫度過(guò)低打開(kāi)，必須換新。

* 檢 查銅套和圓環(huán)形閥的外圓有無(wú)過(guò)度磨損，以及它們之間的間隙是否過(guò)大。

*檢查圓環(huán)形閥與閥蓋和閥座的接觸面有無(wú)腐蝕。

* 檢 查所有橡皮圈有無(wú)老化或失效現(xiàn)象，如有問(wèn)題，必須更換。

*解體組裝后的三通閥需進(jìn)行密封和功能試驗(yàn)。在常態(tài)下，從A口注水，觀察C口應(yīng)無(wú)水流出，否則應(yīng)查找原因并解決；從A口注入95 ℃以上的淡水，大約2 min后，觀察B口應(yīng)無(wú)水流出，否則應(yīng)查找原因并解決。