曹新玉 趙天翔 王文杰 汪成城

摘 要：柴油機(jī)設(shè)計(jì)往往注重額定負(fù)荷下運(yùn)行工況，對柴油機(jī)低負(fù)荷性能兼顧不夠，造成船舶航行過程中，柴油機(jī)燃燒狀況不佳。本文重點(diǎn)針對某輪柴油機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行存在的問題，分析了柴油機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)，并結(jié)合本船實(shí)際，提出運(yùn)轉(zhuǎn)改進(jìn)對策和維護(hù)管理要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；低負(fù)荷；運(yùn)轉(zhuǎn)對策

緒論

所謂柴油機(jī)低負(fù)荷性能，是指柴油機(jī)在低速空車運(yùn)轉(zhuǎn)，或者在部分負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)柴油機(jī)的性能。柴油機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)往往只注重額定工況下的指標(biāo)，而忽略了低負(fù)荷下的指標(biāo)，實(shí)際使用中柴油機(jī)也往往不在額定工況下，大部分在低負(fù)荷和部分負(fù)荷下工作。某輪有2臺主機(jī)，型號為瓦錫蘭8L46C柴油機(jī)，轉(zhuǎn)速500rpm，額定功率8400kw。在長江航渡、執(zhí)行特殊任務(wù)時(shí)，要求雙機(jī)同時(shí)低負(fù)荷運(yùn)行，但在主機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行區(qū)間，存在單缸排溫偏差大，增壓器排溫過高超過報(bào)警、降負(fù)荷設(shè)定值，燃油緩沖器、高壓油管出現(xiàn)共振等現(xiàn)象，雙機(jī)同時(shí)運(yùn)行難以調(diào)配。為做好相關(guān)保障，有必要對柴油性低負(fù)荷性能進(jìn)行研究，并根據(jù)本船實(shí)際情況，探討形成有效對策。

柴油機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)和存在的問題

2. 某輪主機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行主要存在的問題

（1）低負(fù)荷運(yùn)行各缸排溫偏差較大，超過報(bào)警、降負(fù)荷設(shè)定值。尤其右主機(jī)1#、7#缸，左主機(jī)3#缸排煙偏差較大。（2）為改善主機(jī)燃燒性能，主機(jī)配置有增壓空氣旁通閥，開啟條件為轉(zhuǎn)速小于425rmp，且增壓空氣壓力大于0.035Mpa。但在旁通閥恰好關(guān)閉（轉(zhuǎn)速為425-434rpm）和旁通閥即將開啟（增壓空氣壓力為0.030-0.035Mpa）時(shí)，增壓器渦輪前后排煙溫度急劇升高。（3）主機(jī)在怠速情況下，頻繁出現(xiàn)“120 DEGREE DIFF ON EXH ENGINE”（兩缸排溫偏差大于120℃）降負(fù)荷報(bào)警。（4）主機(jī)在416-425rmp燃油系統(tǒng)出現(xiàn)共振，主機(jī)1#、2#缸燃油高壓油管、緩沖器等處振動大。（5）船舶航行時(shí)有時(shí)需采用12節(jié)航速，單臺主機(jī)全負(fù)荷無法滿足要求，兩臺主機(jī)同時(shí)使用，負(fù)荷難以調(diào)配，排溫頻繁報(bào)警。（6）主機(jī)長時(shí)間低于20%負(fù)荷運(yùn)行，柴油機(jī)性能下降。

2. 主機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)分析

對于柴油機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)性能不佳，從機(jī)理上主要有受到以下幾個(gè)方面因素的影響：（1）燃燒燃油方面。a.噴油器霧化方面。油管壓力的高低同高壓油泵供油量成一定比例，低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，供油量相對較小，噴油壓力較低，噴油器霧化效果不佳，從而導(dǎo)致因油氣混合質(zhì)量下降影響燃燒，出現(xiàn)排煙大、溫度高、HC、CO等排放物增多。b.不同轉(zhuǎn)速不同負(fù)荷有最佳供油角。供油提前角不隨負(fù)荷自動調(diào)節(jié)，在額定工況為最佳，但在低負(fù)荷時(shí)顯得相對過大，導(dǎo)致滯燃期過長，燃燒粗暴。c.柴油機(jī)出廠時(shí)調(diào)整各缸油量平衡，是以額定工況為準(zhǔn)。低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，各缸油量不均勻顯得過大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，各缸工作不均，排放增加。（2）換氣方面。a.低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，由于氣門重迭角顯得偏大，進(jìn)氣壓力偏低，導(dǎo)致廢氣倒灌，影響充量，污堵進(jìn)氣道，燃燒不良，性能惡化。b.增壓器同柴油機(jī)的最佳匹配點(diǎn)以額定工況為標(biāo)準(zhǔn)。低負(fù)荷時(shí)，增壓器工作效率較低，增壓壓力低，導(dǎo)致燃燒不良，結(jié)炭嚴(yán)重。（3）增壓空氣旁通閥配置區(qū)間是以設(shè)計(jì)工況為基準(zhǔn)的，實(shí)際主機(jī)使用中，未進(jìn)行針對性調(diào)試，造成區(qū)間臨界負(fù)荷下，燃燒性能下降。（4）低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，由于空冷器氣溫低，柴油機(jī)水溫低，因此缸溫低，缸套活塞間隙增大，不僅使氣缸竄氣和竄機(jī)油加重，而且導(dǎo)致壓縮壓力低、溫度低，既造成燃燒不良，又造成機(jī)油消耗大，氣缸結(jié)炭嚴(yán)重，柴油機(jī)磨損增大和增加穴蝕。（5）主機(jī)怠速下，燃油霧化不佳，增壓空氣進(jìn)入量最少，各缸燃燒不平衡性嚴(yán)重，出現(xiàn)排溫偏差超過120℃報(bào)警。（6）主機(jī)燃油脈沖和機(jī)體各種振動疊加，在特定區(qū)間下，形成共振。

3 柴油機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)對措施

一般柴油機(jī)通過以下措施改善低負(fù)荷性能：一是提高缸內(nèi)空氣溫度；二是提高缸內(nèi)空氣壓力；三是改善油氣混合質(zhì)量，改善燃燒性能。針對某輪主機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可能出現(xiàn)的上述問題，根據(jù)某輪實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)，管理人員可以運(yùn)用以下措施提高主機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)性能。

3. 低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)改進(jìn)方法

（1）適當(dāng)調(diào)整柴油機(jī)轉(zhuǎn)速與螺距配比。某輪所用螺旋槳為調(diào)距槳，主機(jī)操縱有聯(lián)控和分控兩種方式。聯(lián)控即為按照一定的曲線同時(shí)控制轉(zhuǎn)速和螺距，改變主機(jī)負(fù)荷，分控則可以通過兩個(gè)手柄分別對轉(zhuǎn)速和螺距控制。信號來源為手柄4-20mA信號-PCU工作站-EP轉(zhuǎn)換器-調(diào)速器，實(shí)際使用中一般采取聯(lián)控方式操車。由于主機(jī)在設(shè)計(jì)工況下性能最好，低負(fù)荷運(yùn)行區(qū)間螺距與轉(zhuǎn)速按照聯(lián)控曲線進(jìn)行設(shè)置，一定程度上影響柴油機(jī)效率，所以在工況狀態(tài)不太好的低負(fù)荷區(qū)間可以通過改變聯(lián)控曲線的方式，改善柴油機(jī)燃燒性能。一是提高負(fù)荷限制。通過限負(fù)荷，可以提高主機(jī)轉(zhuǎn)速，降低螺距。二是參數(shù)調(diào)整。轉(zhuǎn)速與螺距的匹配是通過差值法進(jìn)行設(shè)置的，適當(dāng)改變轉(zhuǎn)速與螺距對應(yīng)點(diǎn)，避開工況不好的狀態(tài)。三是采取分控操縱方式。定轉(zhuǎn)速，通過調(diào)節(jié)螺距來改變主機(jī)負(fù)荷，改善燃燒性能。四是對于主機(jī)怠速運(yùn)行，適當(dāng)調(diào)節(jié)EP轉(zhuǎn)換器，增大最低怠速。（2）輔助增大進(jìn)氣量。在增壓器壓氣端，增加一臺鼓風(fēng)機(jī)或者接入壓縮空氣，在主機(jī)負(fù)荷較低燃燒不良的區(qū)間，補(bǔ)充增壓空氣進(jìn)氣量，改善燃燒。（3）調(diào)整增壓空氣旁通閥開度區(qū)間。配備增壓空氣旁通閥就是為了改善主機(jī)低負(fù)荷區(qū)間的燃燒性能，在主機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，旁通閥恰好關(guān)閉和即將開啟區(qū)間，燃燒性能惡化。適當(dāng)增大增壓空氣旁通閥開度區(qū)間，輔助燃燒。（4）調(diào)整個(gè)別缸供油量。針對右主機(jī)1#、7#缸，左主機(jī)3#缸排煙偏差較大，適當(dāng)增大單缸齒條供油量，可以有效改善單缸發(fā)火不均。

3. 維護(hù)管理要點(diǎn)

（1）按照主機(jī)說明書，主機(jī)連續(xù)低于20%額定負(fù)荷的運(yùn)行時(shí)間不得超過100小時(shí)，并在再次低負(fù)荷運(yùn)行或停車之前，必須加載至70%以上運(yùn)行一小時(shí)。（2）定期對主機(jī)增壓器清洗。每天壓氣端清洗一次，每周渦輪端清洗一次。（3）定期檢查噴油器啟噴壓力，檢查噴射系統(tǒng)泄漏量。（4）定期檢查氣閥間隙，避免間隙過大或過小。（5）低負(fù)荷時(shí)，增大中央冷卻器調(diào)溫閥設(shè)定溫度，關(guān)閉板式造水機(jī)隔離閥，減少輔助設(shè)備的熱交換量，適當(dāng)提高主機(jī)冷卻水進(jìn)機(jī)溫度。（6）選擇加入燃油添加劑，改善燃燒性能。（7）定期清洗增壓器濾網(wǎng)、燃油濾器濾芯，油柜放殘。

4 結(jié)語

柴油機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，工況性能往往較為惡劣，故障頻發(fā)，只要采取合理措施就能有效避免柴油機(jī)發(fā)生故障，保證柴油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。尤其要針對本船航行特點(diǎn)，適當(dāng)調(diào)整參數(shù)配置，改變主機(jī)使用策略，改善主機(jī)運(yùn)行性能。

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