山東國際海運公司 孟慶泉 徐 峰

航運市場的嚴(yán)冬自2008年8月份至今仍未見任何好轉(zhuǎn)，許多船東在如此殘酷的市場情況下苦不堪言，另外占營運成本比例最大的燃油成本飛速提高，更是雪上加霜?；谶@種情況，很多船廠都選用了經(jīng)濟型設(shè)計，用來降低油耗。但是，對于已經(jīng)投入使用的數(shù)量巨大的營運船來講，降低燃油消耗顯然不能再通過高昂的設(shè)計和改造來實現(xiàn)，為了降低營運成本，大多數(shù)船舶都選用降速航行來達(dá)到目的。

船用主機長期在低負(fù)荷情況下運轉(zhuǎn)不可避免地會產(chǎn)生一些非正常設(shè)計工況下工作而引起的故障，本文中作者根據(jù)多年船上工作經(jīng)驗，分幾種情況闡述大型船用主機長期低負(fù)荷運行可能遇到的問題，分析問題產(chǎn)生的原因，并提出相應(yīng)的對策。

一、船舶柴油機低負(fù)荷運轉(zhuǎn)易出現(xiàn)的問題

實踐證明大多數(shù)主機部件不做任何改變，可以在25%至30%額定負(fù)荷下穩(wěn)定運行，但長期運轉(zhuǎn)會影響主機工況，因此需要在管理上采取一定措施，確保機器能夠正常運行。如果主機長期運行在25%額定負(fù)荷以下，甚至在10%額定負(fù)荷以下，則需要對某些部件進(jìn)行改造，否則可能會造成主機工況迅速惡化甚至機件損壞。

主機低負(fù)荷運轉(zhuǎn)時可能遇到的問題：（1）燃燒質(zhì)量降低造成主機燃燒室部件、增壓器噴嘴環(huán)和葉片、廢氣爐煙管和煙囪積炭加重，嚴(yán)重時會造成煙筒著火，可能造成廢氣爐管子因局部過熱變形而漏水；（2）主機汽缸潤滑情況變壞；（3）主機輔助鼓風(fēng)機出現(xiàn)故障；（4）主機軸承潤滑不良；（5）主機低溫腐蝕；（6）主機掃氣箱止回閥損壞；（7）汽缸下部掃氣室油渣增加，掃氣箱著火；（8）主機長期低負(fù)荷運轉(zhuǎn)使運動部件磨損加劇，維修保養(yǎng)周期縮短，增加維修費用和備件費用。

二、船舶柴油機低負(fù)荷運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生問題的原因分析

（1）燃燒質(zhì)量降低造成主機燃燒室部件、增壓器噴嘴環(huán)和葉片、廢氣爐煙管和煙囪積炭加重：由于轉(zhuǎn)速低，每個工作循環(huán)的注油量少，使得噴油霧化質(zhì)量變差；同時，由于負(fù)荷小，遠(yuǎn)離廢氣渦輪增壓器的最佳工作點，效率會大幅度降低，增壓壓力低，從而導(dǎo)致燃燒不充分；低負(fù)荷運轉(zhuǎn)時，汽缸和排氣閥漏氣量加大，壓縮壓力減小，汽缸內(nèi)溫度減低也會引起后燃。由于燃燒不好形成積炭在活塞、活塞環(huán)、增壓器噴嘴環(huán)、透平葉輪和廢氣管路管子內(nèi)沉積，加劇了活塞環(huán)、活塞和缸套的磨損，影響汽缸密封使漏氣加劇，主機排出背壓加大增壓器效率進(jìn)一步降低，使得主機工況逐漸惡化。

（2）主機汽缸過度潤滑：對于機械式汽缸油注油器，由于汽缸油的注油率是和轉(zhuǎn)速成正比的，而負(fù)荷的減少和轉(zhuǎn)速的三次方成正比，若注油器設(shè)定不變，主機低負(fù)荷運轉(zhuǎn)時的注油量會超出該負(fù)荷下的需要量，這樣會顯著增加主機燃燒室部件的積炭，增加運動件的磨損。對于ALPHA電子汽缸油注油器，當(dāng)主機負(fù)荷大于25%額定負(fù)荷時，汽缸油的注油率隨負(fù)荷減小而減??；但在主機負(fù)荷小于25%額定負(fù)荷時，注油率不隨負(fù)荷減小而減少，這時汽缸油的注油量會偏大。

（3）主機輔助鼓風(fēng)機故障：當(dāng)主機低于40%額定負(fù)荷運轉(zhuǎn)時，輔助鼓風(fēng)機可能長期運轉(zhuǎn)，如果保養(yǎng)檢查不及時，會使泄放孔堵塞，從而造成馬達(dá)軸和軸封磨損。如果輔助鼓風(fēng)機長期在接近停止運轉(zhuǎn)的主機負(fù)荷下運轉(zhuǎn)，輔助鼓風(fēng)機馬達(dá)工作電流會較大，當(dāng)主機負(fù)荷變化時還可能造成頻繁啟動，容易造成鼓風(fēng)機馬達(dá)繞組因過熱而燒壞。

（4）軸承潤滑問題：由于轉(zhuǎn)速低，軸承動力潤滑油膜建立相對困難，油膜容易被破壞，在低轉(zhuǎn)速下軸瓦的應(yīng)力點也會發(fā)生變化，容易在油楔邊沿產(chǎn)生疲勞破壞。

（5）低溫腐蝕問題：由于低負(fù)荷運轉(zhuǎn)時汽缸平均溫度會較低，如果掃氣溫度控制不好，會產(chǎn)生冷凝水并和燃燒產(chǎn)物中的SO2反應(yīng)生成亞硫酸，造成汽缸套低溫腐蝕。

（6）掃氣箱止回閥損壞：低負(fù)荷運轉(zhuǎn)時，由于掃氣壓力低，活塞運行中會產(chǎn)生壓力波，可能造成掃氣箱止回閥頻繁開關(guān)，容易使止回閥損壞。

（7）由于低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時未燃燒的炭粒增加，且汽缸漏泄加重，加上過量潤滑，導(dǎo)致掉到汽缸下部的掃氣室油性顆粒增加，如果檢查和清理不及時，容易出現(xiàn)掃氣箱著火事故。

（8）由于長期低負(fù)荷運轉(zhuǎn)造成燃燒不良，產(chǎn)生積炭，同時由于轉(zhuǎn)速降低，運動件相對運動速度降低，汽缸潤滑條件惡化，使活塞、活塞環(huán)和缸套的磨損加劇，軸瓦和軸的磨損也會變大，使得保養(yǎng)周期縮短維修費用增加。由于燃燒不好，排溫高，燃燒室、增壓器噴嘴環(huán)和鍋爐管子的積炭增加，使得高溫腐蝕加劇，也會造成機件的壽命縮短。

三、船舶柴油機低負(fù)荷運轉(zhuǎn)應(yīng)對措施

1.主機在45%額定負(fù)荷以上運轉(zhuǎn)時

針對船舶柴油機低負(fù)荷運轉(zhuǎn)時可能出現(xiàn)的上述問題，根據(jù)我們多年的工作經(jīng)驗及相關(guān)理論，建議采取以下方面的應(yīng)對措施：考慮選擇合適的經(jīng)濟航速，盡量使主機長期運轉(zhuǎn)在45%額定負(fù)荷以上，這種負(fù)荷下廢氣量能夠使主機渦輪增壓器正常運轉(zhuǎn)，主機輔助鼓風(fēng)機不會啟動，而且能夠保證輔助鍋爐有足夠的廢氣量來產(chǎn)生船舶需要的蒸汽，不必使輔鍋爐點火運行，以免產(chǎn)生額外的鍋爐油耗。在這種情況下，主機不需要采取特別措施，只是簡單地采取如下運轉(zhuǎn)管理措施就可保證正常工作：（1）適當(dāng)減少汽缸油注油量，防止過度潤滑；定期進(jìn)行掃氣箱污油取樣化驗，分析污油的剩余堿值間接判斷汽缸油注油率是否合適；根據(jù)掃氣口檢查結(jié)果判斷注油量是否合適；（2）保持掃氣溫度45～50 ℃，盡量提高冷卻水溫度，減少低溫腐蝕；（3）每天保證主機在設(shè)計工況下運轉(zhuǎn)1～2 h，沖洗增壓器和廢氣爐，防止煙灰沉積；（4）增加主機和增壓器的參數(shù)監(jiān)控頻次，注意廢氣鍋爐前后壓差的變化，以判斷廢氣鍋爐煙管的臟污程度，如壓差過大，應(yīng)及時清潔；（5）增加主機掃氣口的檢查次數(shù)和清潔次數(shù)；（6）大風(fēng)浪天航行，主機轉(zhuǎn)速和負(fù)荷劇烈變化時，采取措施防止主機輔助鼓風(fēng)機頻繁啟動。

2.主機在30%額定負(fù)荷以下運轉(zhuǎn)時

當(dāng)主機長期運轉(zhuǎn)在30%額定負(fù)荷以下時，除了采取上述常規(guī)措施外，還應(yīng)采取如下措施：（1）經(jīng)常檢查輔助鼓風(fēng)機的運轉(zhuǎn)狀況，尤其是檢查泄放孔有沒有堵塞，定期檢修輔助鼓風(fēng)機，防止主機輔助鼓風(fēng)機頻繁啟動。（2）汽缸潤滑：對ALPHA電子注油器，可以使用直徑小的活塞或減小柱塞行程，對機械式注油器可以根據(jù)掃氣口檢查結(jié)果適當(dāng)調(diào)小注油量。為保證潤滑注油率不能太小，汽缸油的剩余堿值就會偏大，尤其是20%負(fù)荷以下時，為減少積炭產(chǎn)生又能保證良好的潤滑，考慮采用低堿值汽缸油；因為如果汽缸油注油率過大，汽缸油的剩余堿值會偏大，在燃燒室內(nèi)和排氣通道內(nèi)會增加堅硬的白色沉積物，會加速運動件的磨損率，如果注油率過低則不利于汽缸良好潤滑。（3）改善燃燒質(zhì)量：對于有兩臺以上增壓器的主機，可以考慮切除一臺增壓器，以增加剩余增壓器的工作效率，從而增加掃氣壓力；可以采用變噴嘴環(huán)的增壓器和廢氣旁通，增加主機低負(fù)荷時的掃氣壓力；改進(jìn)噴油器噴油嘴的設(shè)計，比如更換直徑較小的噴油嘴，改善霧化質(zhì)量；適當(dāng)調(diào)整噴油提前角，減少后燃的發(fā)生?？梢钥紤]在連桿大端增加墊片，提高壓縮比；如果長期在低負(fù)荷下運轉(zhuǎn)還可以考慮更換增壓器改變主機最佳工況匹配點，提高主機整體效率。（4）增加白合金軸瓦的檢查頻率，用內(nèi)窺鏡對軸承狀況進(jìn)行附加檢查，注意觀察軸承溫度的變化。（5）到港后打開廢氣鍋爐道門進(jìn)行檢查，防止煙灰過量沉積及燃燒造成鍋爐管局部過熱而燒毀。（6）經(jīng)常進(jìn)行主機掃氣口檢查和掃氣道清潔，尤其注意檢查清潔止回閥有無裂紋，開關(guān)是否靈活。

四、結(jié)語

主機在低負(fù)荷運轉(zhuǎn)時，工況會發(fā)生改變，只要采取合理措施就能有效避免主機發(fā)生故障，保證主機正常運轉(zhuǎn)。同時，在不改變機件的情況下，船東應(yīng)盡量采取保持主機在40%額定負(fù)荷以上運轉(zhuǎn)的策略，同時給予船舶合理的指導(dǎo)，加強管理，避免因降速航行而對主機產(chǎn)生不良影響。