陳志平

內(nèi)容提要:結(jié)合現(xiàn)代柴油機(jī)對氣缸油注油率的要求,分析 Sulzer-7RT-flex60c型柴油機(jī)采用CLU-3氣缸油控制系統(tǒng)的特點(diǎn),提出在正常模式及應(yīng)急模式下對氣缸油注油率的調(diào)節(jié)方法和依據(jù)。

關(guān)鍵詞:柴油機(jī) 氣缸油 注油率 變頻器 管理

某輪主機(jī)型號為:蘇爾壽Sulzer-7RT-flex60c,額定轉(zhuǎn)速: 114RPM,額定功率:16 520KW,是當(dāng)前先進(jìn)的無凸輪共軌電噴式二沖程十字頭柴油機(jī)。主機(jī)遙控采用挪威KONGSBERG公司的 NORCONTROL AutoChief-4控制系統(tǒng),其氣缸油控制則采用CLU-3控制系統(tǒng)。

1. 故障簡述

2009年7月30日,該輪在太平洋航行時,主機(jī)轉(zhuǎn)速106RPM,氣缸油控制系統(tǒng)的變頻器突然失效,CLU-3控制系統(tǒng)自動進(jìn)入應(yīng)急模式。此時,氣缸油注油泵驅(qū)動電機(jī)的供電頻率,從原來變頻器根據(jù)主機(jī)負(fù)荷變化輸出的可變頻率(主機(jī)轉(zhuǎn)速106RPM時約45Hz),變?yōu)橹麟娋W(wǎng)的固定頻率(60Hz)。通過觀察氣缸油測量柜的油量消耗,發(fā)現(xiàn)氣缸油的消耗量大幅增大,每天的耗油量從 315kg增加到420kg,無論從經(jīng)濟(jì)上考慮,還是根據(jù)主機(jī)工況的要求,都不能長時間航行。由于船上沒有變頻器的備件,短期內(nèi)沒有備件可供更換,減少氣缸油注油率是當(dāng)務(wù)之急。

2. 氣缸油注油率的要求

2.1 氣缸潤滑的困難

當(dāng)代大型船用柴油機(jī)的高強(qiáng)度化、燃油劣質(zhì)化,對氣缸潤滑提出更苛刻的要求。

a.由于活塞的往復(fù)運(yùn)動,速度的大小和方向都在不斷交替變化,通常不能形成液體動壓潤滑,多為邊界潤滑。

b.高溫,通?；钊h(huán)槽表面溫度為100℃~200℃,缸套上部氣缸壁表面溫度最高,達(dá)到180℃~220℃,上止點(diǎn)處缸壁表面溫度最高。高溫降低氣缸油粘度,加快其氧化變質(zhì),且缸壁上的油膜被部分蒸發(fā)。

c. 燃油燃燒生成物;

固體顆粒,作為磨料且破壞油膜,加劇磨損;

●酸性氣體低溫腐蝕;

●殘留的催化劑(釩、鉻等),高溫腐蝕。

所以,缸套上部磨損量最大。

2.2氣缸油的作用

a. 在活塞環(huán)與缸套、活塞環(huán)與環(huán)槽之間形成油膜,減少摩擦;

b. 中和燃油燃燒產(chǎn)生的酸性物質(zhì),減少腐蝕;

C. 清潔活塞環(huán)、環(huán)槽和氣缸壁。

2.3 氣缸油的注油率

氣缸油注油率是指單位時間單位功率注入氣缸的氣缸油的重量。

最佳注油率,應(yīng)保證缸套的最小磨損、最大清潔度、最佳經(jīng)濟(jì)效益(例如滑油費(fèi)用、備件更換費(fèi)用、停航損失等)。

注油率太低,油膜形成不完整,活塞環(huán)與缸套間就會形成半干摩擦,這種情況下就增加了活塞環(huán)與缸套的過量磨損,增加漏氣,而泄露的燃?xì)庥謺茐母妆谏系挠湍?嚴(yán)重時可產(chǎn)生拉缸和咬缸。

注油率太大,除經(jīng)濟(jì)因素外,多余部分的氣缸油被活塞環(huán)刮入燃燒室,且不能完全燃燒而形成油渣顆粒,存在于活塞環(huán)和缸套之間時,將在兩者之間形成磨料磨損,其進(jìn)入活塞環(huán)槽內(nèi)時,除增加環(huán)與槽的過度磨損外,還可能致使活塞環(huán)卡死在環(huán)槽內(nèi),造成密封不良而燃?xì)庀赂Z,下竄的高溫高壓燃?xì)庥制茐牧藵櫥湍さ男纬?進(jìn)而加劇了環(huán)與缸套的過量磨損,嚴(yán)重時也可形成掃氣箱著火、拉缸和咬缸現(xiàn)象。

最佳注油率的特征:

●缸壁表面濕潤干凈;

●活塞環(huán),環(huán)面光亮,環(huán)面上下的倒角未磨平(若注油率合適,正常的使用壽命內(nèi)倒角不會磨平),首環(huán)干燥,第二環(huán)半干半濕,其余環(huán)濕潤。

氣缸油的注油率要達(dá)到最佳狀態(tài)以滿足主機(jī)的正常工況,這就給其控制系統(tǒng)和管理人員提出了很高的要求。

3. 本輪主機(jī)CLU-3氣缸油控制系統(tǒng)的特性

船用柴油機(jī)的汽缸油注油系統(tǒng),最早都采用機(jī)械傳動方式。近年來,為了減少氣缸油消耗量,降低主機(jī)運(yùn)行成本,各廠家都在改進(jìn)和開發(fā)汽缸油注油系統(tǒng)。本輪蘇爾壽Sulzer-7RT-flex60c型主機(jī),則將變頻技術(shù)應(yīng)用到汽缸油的控制系統(tǒng)。

3.1 氣缸注油泵由電動機(jī)驅(qū)動,電動機(jī)的轉(zhuǎn)速則通過控制其輸入電源的頻率而實現(xiàn)

以主機(jī)功率為依據(jù),通過CLU-3氣缸油控制系統(tǒng)的一個變頻器進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。根據(jù)實測的主機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速,結(jié)合注油泵供油系數(shù)等參數(shù),AutoChief-4計算出此工況時主機(jī)所需氣缸油的注油率,并發(fā)出一個與此注油率相對應(yīng)的模擬量信號(4~20mA)給變頻器,再由變頻器輸出一個確切的頻率給電動機(jī),而電動機(jī)又經(jīng)過齒輪變比驅(qū)動氣缸注油泵。這樣,氣缸注油泵的轉(zhuǎn)速,與變頻器輸出的頻率之間就形成了一一對應(yīng)關(guān)系:注油泵轉(zhuǎn)速= C x 電動機(jī)的供給頻率(本輪Sulzer-7RT-flex60c機(jī)型的C=0.763)。也就是通過變頻器輸出頻率的變化來實現(xiàn)對氣缸注油率的調(diào)節(jié)。

3.2注油泵調(diào)整盤的調(diào)節(jié)

本輪主機(jī)每一缸設(shè)置有上、下兩排注油器,由兩個獨(dú)立的注油泵分別供油,注油量分別占總注油量的30%~50%和70%~50%。 每個注油泵設(shè)有調(diào)整盤,調(diào)整盤上有6個設(shè)定位置(圖1),根據(jù)需要可對注油泵進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié),其對應(yīng)的每沖程注油量如下:

3.3 注油泵供給系數(shù)的調(diào)節(jié)

在AutoChief-4 系統(tǒng)中,還可調(diào)節(jié)注油泵的供給系數(shù)(pump feed factor),其調(diào)整范圍是0.85~1.15,這是影響AC-4輸送給變頻器模擬信號的參數(shù)之一,對注油率在一定范圍內(nèi)可進(jìn)行微調(diào),通常設(shè)定在“1.00”。

3.4CLU-3控制系統(tǒng),能在主機(jī)負(fù)荷2%~100%范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié),大大降低了氣缸油消耗量,并改善活塞在缸內(nèi)的運(yùn)行狀況。

3.5在應(yīng)急模式下為恒速率控制

當(dāng)變頻器發(fā)生故障、正常的控制系統(tǒng)失效時,自動啟動應(yīng)急模式,以確保主機(jī)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。此時,以負(fù)載為依據(jù)對注油率的調(diào)節(jié)也隨之失效,電動機(jī)的供給頻率為船舶主電網(wǎng)的頻率(60Hz)。這時的注油率所對應(yīng)的是100%負(fù)載,因此,在部分負(fù)載(如經(jīng)濟(jì)航速和機(jī)動航行)時的注油率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)過量的。

3.6具有電子檢測器檢測的安保功能

當(dāng)注油量因故達(dá)不到設(shè)定值或斷油時,電子檢測器能發(fā)出斷流警報和主機(jī)減速(Slow down)的信號,以實現(xiàn)對主機(jī)的安全保護(hù)功能。

4. 本輪在正常模式下氣缸注油率的確定

由上述分析可以看出,本輪氣缸油的注油率由以下三個因素確定:

a. 在AutoChief-4注油泵的供給系數(shù)。因為本輪設(shè)定為1.00,這個因素可忽略。

b. 注油泵調(diào)整盤的所在位置。在正常模式時,本輪注油泵調(diào)整盤設(shè)定在上2、下4的位置,注油泵與之相對應(yīng)的每個沖程的泵油量為:0.36 + 0.63 = 0.99 ml/stroke。

c. 變頻器根據(jù)AutoChief-4實測的主機(jī)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速和供給系數(shù)所輸出的頻率。

例如:當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速為106rpm時,測得的單缸輸出功率為1800kw,變頻器對應(yīng)輸出的頻率為45Hz。這時,氣缸注油泵每小時的泵油沖程數(shù)為: 0.763×45×60=2 060 stoke/h。

24小時7只氣缸共消耗的氣缸油為:(0.36+0.63)×2060×7×24=342619ml/day。

如氣缸油在40℃時的密度為0.92kg/L,那么,氣缸油每天的消耗量為315.2 kg/day,注油率為1.042 g/kwh。

5. 本輪在應(yīng)急模式下對氣缸注油率的調(diào)節(jié)

根據(jù)本輪氣缸油控制系統(tǒng)的工作原理,當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障轉(zhuǎn)為應(yīng)急模式時,還可以通過調(diào)節(jié)注油泵調(diào)整盤刻度的方法來進(jìn)行調(diào)節(jié),以盡量接近在正常模式時的注油率。

如主機(jī)轉(zhuǎn)速在106RPM,在正常模式時,變頻器輸出頻率為45Hz,注油泵單缸每沖程的泵油量為0.99ml/stroke。而在應(yīng)急模式時,由于注油泵電機(jī)的電源頻率增大了4/3倍(60Hz),注油泵的泵油量則相應(yīng)增大了4/3倍。這時,我們只需把單缸每個沖程的泵油量調(diào)小3/4倍,即:0.99× 3/4 = 0.7425 ml/stoke,就能接近在正常模式時的泵油量。

于是,把注油泵的調(diào)整盤調(diào)至上1、下3的位置,與之相對應(yīng)的每個沖程的泵油量為:0.27+0.47=0.74ml/stroke。這時,可以計算出氣缸油每天的消耗量為314.2kg/day,注油率為1.039g/kwh,與正常模式時基本持平。

調(diào)整后,通過對氣缸油測量柜的油量消耗進(jìn)行測算,發(fā)現(xiàn)氣缸油的實際消耗量與理論計算的結(jié)果相符。航行三天后進(jìn)行停車檢查,發(fā)現(xiàn)活塞環(huán)、活塞、缸套及掃氣口等部件工況正常。但是,在應(yīng)急模式時,無論主機(jī)是在全速航行,還是機(jī)動航行,氣缸注油泵電機(jī)都是以固定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行,在機(jī)動航行時的注油率將大大超出正常值。因此,必須應(yīng)急申請變頻器備件,并盡早更換。

6. 結(jié)論

當(dāng)新的控制系統(tǒng)出現(xiàn)后,管理人員應(yīng)認(rèn)真閱讀說明書,聯(lián)系設(shè)備本身,對設(shè)備各運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析研究。如主機(jī)在各種運(yùn)行工況時,變頻器所輸出的頻率數(shù)值、主機(jī)相對應(yīng)的輸出功率以及此時的氣缸油日消耗量,必要時還可以計算出此工況的注油率,以提高自己的管理水平和排除故障的應(yīng)變能力?！?/p>