唐 然,喻健康

(中國(guó)衛(wèi)星海上測(cè)控部，214431)

0 引言

WARTSILA8L46C 型柴油機(jī)引進(jìn)by-pass valve(增壓空氣旁通閥)和waste gate valve(廢氣旁通閥)，在低負(fù)荷情況下通過打開by-pass valve，來提高增壓器渦輪轉(zhuǎn)速，從而使掃氣箱有足夠量的增壓空氣參與燃燒；在高負(fù)荷情況下通過打開waste gate valve 來降低廢氣能量，增壓器渦輪轉(zhuǎn)速下降，從而達(dá)到保護(hù)增壓器轉(zhuǎn)子的目的。若在狹窄水道、船舶密集或大風(fēng)浪航行等，旁通閥異常開啟將會(huì)嚴(yán)重影響主機(jī)工況，進(jìn)而對(duì)船舶航行帶來巨大的安全隱患。

1 by-pass valve 和waste gate valve 結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)介

圖（1）為by-pass valve 和waste gate valve 的基本布置圖

1.1 by-pass valve 和waste gate valve 基本管路布置

圖（1）中：①煙囪；②增壓器；③排氣總管；④by-pass和waste gate 共用支管；⑤柴油機(jī)機(jī)架；⑥掃氣箱；⑦bypass valve 支管；⑧by-pass valve；⑨waste gate valve；⑩waste gate valve 支管。

1.2 by-pass valve（增壓空氣旁通閥）功能及其控制

by-pass 增壓空氣旁通閥為一只蝶閥，安裝于掃氣箱與增壓器廢氣進(jìn)口端連通管上，主要用于轉(zhuǎn)速易變的發(fā)動(dòng)機(jī)，以在較高負(fù)載時(shí)得到一個(gè)較高的增壓器效率和在部份負(fù)載時(shí)有足夠的余地抵抗負(fù)載起伏，即柴油機(jī)處于低負(fù)荷時(shí)，使增壓器有足夠的喘振裕度。因?yàn)?，柴油機(jī)低負(fù)荷時(shí)，排氣脈沖大，增壓器轉(zhuǎn)子動(dòng)能不穩(wěn)定，且柴油機(jī)耗氣量小，增壓壓力增大，導(dǎo)致壓氣機(jī)背壓高，較易發(fā)生喘振，因此設(shè)置該閥并適時(shí)打開，使部分增壓空氣從掃氣箱進(jìn)入增壓器渦輪端，減小壓氣機(jī)背壓，來增大轉(zhuǎn)子動(dòng)能，從而增大喘振裕度。增壓空氣旁通閥由一個(gè)電控氣動(dòng)閥控制，其控制信號(hào)來自于串聯(lián)連接的轉(zhuǎn)速繼電器和增壓空氣壓力開關(guān)。當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速低于425 rpm 且掃氣壓力大于0.032MPa 時(shí)，增壓空氣旁通閥會(huì)自動(dòng)打開，使部分增壓空氣從掃氣箱進(jìn)入增壓器渦輪端以增大增壓器的轉(zhuǎn)速。

1.3 waste gate valve（廢氣旁通閥）功能及其控制

waste gate valve 廢氣旁通閥裝于增壓器廢氣渦輪端連通管上，該閥門系統(tǒng)是一個(gè)為高增壓柴油機(jī)的一套優(yōu)化/保護(hù)綜合系統(tǒng)。廢氣門設(shè)計(jì)意圖是：在較低的和部分負(fù)載(較高增壓空氣壓力，較低燃油消耗和較低排氣溫度)時(shí)，提高柴油機(jī)的工作性能。當(dāng)負(fù)荷超過85%或增壓空氣進(jìn)氣溫度很低時(shí)，增壓壓力和氣缸燃燒壓力過高，此時(shí)，掃氣箱增壓壓力一旦大于0.03MPa，必須使部分廢氣分流至煙囪，以此減少進(jìn)入渦輪端廢氣流量，使掃氣箱增壓空氣參與各缸燃燒的量控制在適當(dāng)?shù)乃?，以保證柴油機(jī)發(fā)揮最佳工況。廢氣旁通閥由一個(gè)電控氣動(dòng)閥控制，其控制信號(hào)來自于隨負(fù)荷變化而變化的增壓空氣壓力。當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速高于425 rpm 且增壓空氣壓力大于0.3MPa 時(shí)，廢氣旁通閥會(huì)自動(dòng)打開，使部分廢氣分流至煙囪從而降低進(jìn)入渦輪端廢氣能量。當(dāng)增壓空氣壓力小于0.3MPa 時(shí)，廢氣旁通閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。

2 旁通閥異常開啟的故障現(xiàn)象

2.1 by-pass valve 異常開啟

案例一：某船正常航行在大洋上，船速為18 節(jié)，右柴油機(jī)工況為7400KW 左右時(shí)，康士伯監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)檢測(cè)到該柴油機(jī)各缸平均排氣溫度超過設(shè)定報(bào)警值450℃，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，報(bào)警延續(xù)10 秒后，該機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行降負(fù)荷程序。此時(shí)，輪機(jī)員檢查發(fā)現(xiàn)該機(jī)增壓壓力偏高，柴油機(jī)排氣煙色較黑，掃氣溫度上升，通過排查確認(rèn)是由于by-pass valve 異常開啟造成。

2.2 waste gate valve 異常開啟

案例二：某船在長(zhǎng)江航道上行駛，船速為8 節(jié)，右柴油機(jī)工況為1500KW 左右時(shí)，康士伯監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)檢測(cè)到該柴油機(jī)1#氣缸排氣溫度超過設(shè)定報(bào)警值520℃，隨后4#、7#、8#缸排氣溫度均超過設(shè)定報(bào)警值。康士伯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，10 秒后柴油機(jī)同樣執(zhí)行降負(fù)荷程序。此時(shí)，輪機(jī)員檢查發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)增壓器轉(zhuǎn)速下降，且增壓器前后排氣溫度差值過小，幾乎相等，柴油機(jī)煙色變黑，通過排查確認(rèn)故障原因?yàn)閣aste gate valve 異常開啟。

3 旁通閥異常開啟對(duì)工況的影響分析

3.1 by-pass valve 異常開啟的影響

柴油機(jī)在高負(fù)荷（7400KW）工作時(shí)，by-pass valve 異常開啟。此時(shí)，由于廢氣壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于掃氣壓力，高溫高壓的廢氣進(jìn)入掃氣箱，造成掃氣箱空氣溫度顯著升高，導(dǎo)致柴油機(jī)燃燒惡化。同時(shí)部分廢氣進(jìn)入掃氣箱后，又影響到增壓器渦輪端的廢氣能量，造成增壓器渦輪轉(zhuǎn)速下降，同軸另一側(cè)的壓氣機(jī)壓入的新鮮空氣量就會(huì)相對(duì)減少，在柴油機(jī)操作手柄給定量控制下，柴油機(jī)不能發(fā)揮其最佳給定工況。受其影響的還有，掃氣溫度升高，掃氣箱溫控閥會(huì)自動(dòng)增大中冷器的淡水循環(huán)量，一旦溫度過高，中冷器來不及將掃氣溫度冷卻至45℃，就進(jìn)入掃氣箱，造成空氣密度降低，導(dǎo)致柴油機(jī)燃燒不充分。柴油機(jī)出現(xiàn)滯燃現(xiàn)象后，還會(huì)使排氣溫度顯著升高，排溫升高又直接影響排氣閥使用壽命。冷卻水如此循環(huán)，由于中冷器熱交換量增大，冷卻水溫度就會(huì)升高，此冷卻水途經(jīng)滑油冷卻器，過熱的冷卻水會(huì)使滑油冷卻效果變差，滑油溫度越高，流速越快，粘性越低，進(jìn)入機(jī)體后，潤(rùn)滑油膜不易建立，會(huì)加大柴油機(jī)運(yùn)動(dòng)件的機(jī)械磨損，如不及時(shí)解決此故障將會(huì)帶來嚴(yán)重后果。對(duì)此進(jìn)行了排查，發(fā)現(xiàn)by-pass 電磁閥閥芯膜片損壞，導(dǎo)致氣路直通至by-pass valve 氣缸，在0.7MPa 控制空氣作用下，by-pass valve 始終處于開啟狀態(tài)，且無法自動(dòng)復(fù)位，造成以上一系列的影響，更換后by-pass 電磁閥閥體，此故障隱患排除，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

3.2 waste gate valve 異常開啟的影響

柴油機(jī)在低負(fù)荷工作情況下，waste gate valve 異常開啟，部分廢氣被旁通直接排入煙囪，使得增壓器渦輪轉(zhuǎn)子動(dòng)能不足，壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速下降，進(jìn)入掃氣箱新鮮空氣量不足，增壓壓力下降，導(dǎo)致柴油機(jī)燃燒惡化，多缸排溫就會(huì)出現(xiàn)高溫報(bào)警，致使柴油機(jī)自動(dòng)降負(fù)荷。在操作手柄給定量控制下，柴油機(jī)不能發(fā)揮其最佳給定工況。若柴油機(jī)在滿足by-pass 閥打開的條件時(shí)，waste gate valve 異常開啟，就會(huì)使部分廢氣進(jìn)入掃氣箱，此時(shí)如不及時(shí)解決，后果更為嚴(yán)重。對(duì)此通過徹底排查，發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)增壓空氣壓力傳感器線路短路，造成控制信號(hào)異常，是該故障發(fā)生的主要原因，更換短路線路后，故障歸零。

4 管理對(duì)策

柴油機(jī)正常運(yùn)行工況時(shí)，上述旁通閥出現(xiàn)異常開啟后，對(duì)船舶航行安全影響較大，必須高度關(guān)注，要及時(shí)準(zhǔn)確定位，盡快排除。

4.1 日常維護(hù)保養(yǎng)

嚴(yán)格按照說明書要求定期（每次啟動(dòng)前）對(duì)by-pass valve和waste gate valve 系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，定期（每半年）對(duì)旁通閥、定位裝置和氣壓動(dòng)力缸等部件進(jìn)行檢查保養(yǎng)。

4.1.1 系統(tǒng)功能測(cè)試

（1）by-pass valve 系統(tǒng)功能測(cè)試

① 柴油機(jī)停車時(shí)，by-pass valve 應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，接線箱E1 內(nèi)連接旁通電磁閥的端子上無電壓顯示。同時(shí)還應(yīng)通過執(zhí)行器目視檢查蝶閥閥瓣的位置。檢查閥位指示與實(shí)際位置是否對(duì)應(yīng)以及是否有旁通報(bào)警（正常情況下，不應(yīng)有旁通報(bào)警）。

② 將壓力傳感器檢驗(yàn)工具（手動(dòng)氣泵）與檢驗(yàn)端口（6）相連。見下圖（2）。慢慢升高壓力，檢查壓力繼電器（4）開關(guān)是否在0.032MPa 處動(dòng)作。此時(shí)增壓旁通閥應(yīng)打開（如果接線箱E1 內(nèi)連接旁通電磁閥的端子上有24VDC，則說明旁通閥已打開）。同時(shí)還應(yīng)通過執(zhí)行器目視檢查蝶閥閥瓣的位置。檢查位置指示與實(shí)際位置是否對(duì)應(yīng)以及是否有旁通報(bào)警（正常情況下，不應(yīng)有旁通報(bào)警）。

（2）waste gate valve 系統(tǒng)功能測(cè)試

①發(fā)動(dòng)機(jī)停車時(shí)的模擬功能測(cè)試

如下圖（2），將壓力傳感器檢驗(yàn)工具（手動(dòng)氣泵）與檢驗(yàn)端口（6）相連，向發(fā)動(dòng)機(jī)上的壓力變送器（5）模擬增壓壓力，觀察廢氣旁通閥的動(dòng)作。

圖（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

當(dāng)模擬的增壓壓力超過0.3MPa 時(shí)，旁通閥應(yīng)開始動(dòng)作，如果電控系統(tǒng)已給出正確的信號(hào)，但旁通閥不動(dòng)作，此時(shí)應(yīng)檢查控制空氣壓力并通過控制空氣進(jìn)氣管上的減壓閥時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。如仍無動(dòng)作，則必須放空空氣系統(tǒng)并手動(dòng)測(cè)試旁通閥。如果旁通閥、定位裝置和氣壓動(dòng)力缸有卡滯現(xiàn)象，必須解體清潔并更換損壞的密封件。此外還應(yīng)檢查定位裝置和動(dòng)力缸之間的連接件。

②發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的功能測(cè)試

柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)，旁通閥會(huì)在啟動(dòng)過程中都要進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)一次，此時(shí)應(yīng)觀察電控系統(tǒng)功能和旁通閥的位置，旁通閥應(yīng)動(dòng)作。如果不動(dòng)作，則不得增加柴油機(jī)負(fù)荷，應(yīng)按上述方法查找故障原因，直至故障排除。

4.2 突發(fā)故障時(shí)的應(yīng)急處置

若船舶在狹窄水道、船舶密集或大風(fēng)浪航行時(shí)，旁通閥發(fā)生異常開啟，應(yīng)對(duì)措施如下：

（1）by-pass valve 異常開啟時(shí)的應(yīng)急處理

①斷開by-pass 電磁閥的供電電源；

②關(guān)閉by-pass valve 控制空氣截止閥。

（2）waste gate valve 異常開啟時(shí)的應(yīng)急處理

①斷開I/P 控制電磁閥的電源；

②關(guān)閉waste gate valve 控制空氣截止閥。

5 結(jié)束語(yǔ)

增壓空氣旁通閥和廢氣旁通閥是WARTSILA8L46C 型柴油機(jī)特有的一套輔助裝置。對(duì)我們輪機(jī)管理人員來說，這是一個(gè)全新的概念。面對(duì)全新的設(shè)備和全新的系統(tǒng)，要維護(hù)管理好它，必須正確掌握其機(jī)理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在實(shí)踐中，不斷地對(duì)其工作特點(diǎn)、運(yùn)行規(guī)律加以摸索和研究，只有真正做到科學(xué)管理，認(rèn)真維護(hù)，才能確保其工作更安全、更可靠。

[1] 滿一新.船機(jī)維修技術(shù).大連海事大學(xué)出版社.1999 年

[2] 輪機(jī)維護(hù)與修理.大連海事大學(xué)出版社.2000 年

[3] W?RTSIL? 公司.8L46C 主機(jī)使用手冊(cè).2007 年