楊永東

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ME船用電噴主機運行常見問題和管理要點
——機械部分

楊永東

摘要：MAN B&W ME-C 系列船用電噴柴油機自2003年面世至今，以其優(yōu)良的性能、更經(jīng)濟的油耗、低排放、易于操作等特點，得到市場的高度認可。但是，和所有其他產(chǎn)品一樣，該系列船用柴油機也有不完美的地方，使用或管理不當仍然會出現(xiàn)各種問題。依據(jù)MAN B&W服務(wù)工程師實船收集的案例，分析ME-C/B 電噴柴油機在運行過程中常見的問題，并總結(jié)使用者和管理者在日常工作中應(yīng)該注意的要點。

關(guān)鍵詞：ME船用電噴主機；MC主機；船用柴油機

由于MC主機比較普及（1982年引入市場），很多用戶仍然覺得MC機械式噴油系統(tǒng)的主機結(jié)構(gòu)簡單、容易操作和維護，實際上ME電噴柴油機比MC更簡單、更容易操作。認為MC簡單，主要是因為輪機人員大多對它比較熟悉。相比MC，ME引入了更多的電子控制系統(tǒng)和智能化控制軟件，而90%的機械部件和傳統(tǒng)MC主機是一樣的，事實上，增加的電子控制系統(tǒng)和智能軟件能夠為輪機人員進行故障分析和診斷提供更多的幫助和相關(guān)信息。既然ME電噴主機是在MC主機的基礎(chǔ)上升級改進而來的（見圖1和圖2），這里僅針對最常見的并且是由于ME設(shè)計改變而帶來的“新”問題進行分析，主要從機和電（控制）兩大方面來列舉和分析其常見問題。

圖1 傳統(tǒng)MC主機　

圖2 ME電噴主機

關(guān)于MC主機的機械故障，相信有經(jīng)驗的輪機管理人員已經(jīng)耳熟能詳，而ME主機的機械故障也大同小異，其中最常見的故障包括缸套低溫腐蝕、高壓油泵柱塞積炭、排氣閥行程不正常等。由于ME系列同時引入了200～300 Bar的伺服油系統(tǒng)，本文對其帶來的問題也一并簡單介紹。

一、缸套低溫腐蝕

缸套低溫腐蝕已經(jīng)不是什么新的問題，但傳統(tǒng)MC主機卻沒有像ME主機這么明顯和普遍。如果將現(xiàn)在的ME主機的爆壓、行程和轉(zhuǎn)速與傳統(tǒng)MC主機對比一下，就能夠清楚為什么ME主機的缸套低溫腐蝕比MC主機嚴重。與MC相比，ME主機行程更長，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速更低、爆壓更高，直接后果就是燃氣在汽缸里停留時間更長，燃燒室形成的硫酸蒸氣隨著活塞下行溫度降低，最終接近三氧化硫的露點，從而在缸套上形成硫酸液體，造成低溫腐蝕。在沖程更長的G型機上，缸套低溫腐蝕現(xiàn)象尤為明顯。這是不斷追求主機高功率和高效率帶來的負面影響。但是，與其更低的油耗相比，ME主機的這些缺點已然可以被接受，同時設(shè)計廠家也在不斷地從設(shè)計和制造方面來改進和完善。那么，作為使用者和管理者，能夠從哪些方面來盡量降低低溫腐蝕帶來的影響呢？從強酸形成的機理來看，我們可以從這幾個方面入手：

1. 提高缸套高溫冷卻淡水出口溫度

很多輪機員還習慣于過去MC主機的管理理念，把缸套冷卻水的出口溫度控制在80多度，然而對ME主機來說，這是完全錯誤的做法?，F(xiàn)在新的G型和S型ME主機建議缸套冷卻水的溫度在88～92 ℃之間。為了更好地控制缸套冷卻水溫度，設(shè)計者將缸套冷卻水的溫度控制設(shè)計在主機的控制系統(tǒng)軟件里，由主機控制系統(tǒng)根據(jù)主機負荷來自動調(diào)整缸套冷卻水溫度，我們稱它LDCL（Load Dependent Cylinder Liner Cooling Water System）。如果當前使用的機器沒有這套系統(tǒng)，可以重新加裝LDHT（Load Dependent High Temperature Cooling Water System），原理和LDCL是一樣的，或者改裝缸套冷卻水的控制管系JBB（Jacket Cooling Water By Pass Basic）。作為主機的設(shè)計廠家，MAN Diesel & Turbo也已經(jīng)在某些機型上推出新的缸套RDL （Rating Dependent Liner），針對每一臺機器的功率和負荷要求，設(shè)計出相對應(yīng)的缸套單獨用于此臺主機。同時，在很多新的G型機上已經(jīng)應(yīng)用兩排汽缸油注油點，即MC機型只有在活塞1/4沖程處有一排注油點，而新的ME機在活塞1/8沖程處增加了一排注油點。同時，MARK II電子注油器可以更加精細地控制汽缸油，不再是單純的開關(guān)量控制，把燃油的控制理念引入汽缸油控制。

2.提高汽缸油的總堿值（TBN，Total Base Number）

MAN在其服務(wù)通函SL2014-587中明確指出，對于MARK 8.2以后的機型，燃燒含硫量大于1.5%的重油時，需要使用TBN100的汽缸油，同時注油因子（ACC Factor）最大值已經(jīng)從原來的0.34增加到了0.4。船舶公司還可以根據(jù)自己每條船的實際情況，進行為期連續(xù)144 h的汽缸油用量掃測（Sweep Test），來找到對應(yīng)每一缸的最合適的注油因子。這種方法能夠準確地找到適合單缸的汽缸油注油量。SL2014-587中推薦的只是一個范圍，這個范圍需要覆蓋所有使用電子注油器的MAN B&W低速主機，但是每臺主機的使用情況各有不同，所以，掃測是找到適當注油因子的最佳手段。SL2014-587中有詳細的掃測步驟和描述。

3. 提高掃氣口檢查的頻率

盡量做到每個航次都進行掃氣口檢查，并且以圖片報告的形式發(fā)給公司或者專業(yè)的服務(wù)廠家。一份完整的掃氣口檢查報告或者缸套狀態(tài)報告至少包括如下照片和信息：掃氣總管的總體照片，活塞環(huán)天地間隙，活塞環(huán)GL-GROOVE深度（如果有），缸套表面照片（不同位置，掃氣口附近、掃氣口上部到汽缸注油嘴，以及汽缸注油嘴以上部分），活塞裙，活塞環(huán)，活塞頭，活塞桿，掃氣箱下部放殘結(jié)垢狀態(tài)，風機的單向閥，汽水分離器，汽水分離器放殘管系布置，汽缸油的TBN，燃油含硫量，注油因子，各缸注油量，缸套冷卻水的出口溫度，上一個航次信息（從哪里到哪里），上個航次的主機負荷工況點，MOP（Main Operating Panel）里面的FQA設(shè)定值，SDA和HFO 分析化驗報告，汽缸油24 h的使用量。SDA化驗的殘余TBN推薦控制在15～55 mgKOH/g，鐵的含量控制在200 ppm以下，200 ppm對應(yīng)的缸套磨損率是0.10 mm/1 000 h。船東公司可以根據(jù)實際情況來均衡汽缸油的消耗量和缸套磨損率，來選擇最經(jīng)濟的注油量。當然，如果船上有VAK/LDM（Liner Diameter Measurement，缸套測量工具）的話，還可以在不拆缸蓋的情況下進行缸套測量，那樣最佳。目前很多船上能快速檢測掃氣箱放殘的TBN以及鐵的含量，如果航次比較長的話，可以以此作為調(diào)整汽缸油的依據(jù)，同時注意保持記錄的完整性。鑒于現(xiàn)在流行大數(shù)據(jù)，這個在船上實際上是最有用的。

二、高壓油泵噴油柱塞積炭

眾所周知，MC主機的高壓油泵靠旋轉(zhuǎn)噴油柱塞改變噴油始終點來改變噴油量，噴油柱塞的行程無論在任何主機負荷下都是最大的，并且是一樣的。但是ME主機高壓油泵的噴油柱塞行程可以直接由FIVA（Fuel Injection Valve Actuation）控制，也就是說它的行程是和單缸的油門刻度成正比例的，是可以變化的，并且柱塞不會旋轉(zhuǎn)。所以，在目前流行降負荷運行的情況下，主機長時間在部分負荷下運行，會導(dǎo)致噴油柱塞的行程永遠只會是最大行程的一小部分，也就是說，一直在使用噴油柱塞最上面的一小段，大部分的噴油柱塞根本就沒有機會到泵蓋中。漸漸地，未被使用到的噴油柱塞下部就開始積炭，而當需要增加負荷時，噴油柱塞行程加大，有積炭的柱塞部分進入泵蓋，就容易導(dǎo)致柱塞卡死在泵蓋中，回不到原位，最終導(dǎo)致單缸自動停油。MC和ME高壓油泵的設(shè)計對比見圖3，圖4 為ME主機高壓油泵部件，圖5是一條實船的積炭嚴重的噴油柱塞照片，該輪低負荷運行6 000多小時，開航前試主機，6個缸有4個缸不發(fā)火，經(jīng)檢查噴油柱塞全部卡死，而且很嚴重。

對于這種問題，用戶可以：

· 在選擇供油商的時候應(yīng)該更加關(guān)注燃油的品質(zhì)，每次加油都要自己做燃油化驗分析，在船輪機員需確保燃油分油機能有效工作（參考服務(wù)通函SL2005-452）。

· 已經(jīng)降負荷運行的船舶，應(yīng)該根據(jù)廠商的要求，定期將主機負荷提高到要求的負荷點，運行一到兩個小時，可以有效降低風險（服務(wù)通函SL2011-544中有詳細描述）。

圖3 MC和ME主機高壓油泵設(shè)計比較

圖4 ME主機高壓油泵部件

圖5 積炭嚴重的噴油柱塞下部

· 保持燃油進油壓力在10 Bar左右，噴油柱塞在噴油完畢之后，主要靠燃油壓力將其壓回到原位。如果燃油壓力不夠或者不穩(wěn)定，柱塞是無法回到原位的，也會導(dǎo)致卡死。尤其是船舶在使用輕油的時候，須嚴格遵循換油程序，提前做好充分的準備，保證燃油黏度緩慢變化。

· 定期檢查高壓油泵吸油閥，檢查后用輕柴油試漏，應(yīng)該保持5 min無漏泄，如果有漏泄，需要換新，不可以自行研磨。如果吸油閥打不開，燃油是沒有辦法進入柱塞頂部推動柱塞回到原位的。

那么，如何確定柱塞已經(jīng)卡死？對于ME-C主機很好判斷，一旦卡死，MOP會報警，即顯示“Fuel Plunger didn't returned”，在主機停機狀態(tài)下，去對應(yīng)報警的那一缸的高壓油泵上把泵蓋中間的反旋螺絲打開，用一根鐵絲就可以去量柱塞在哪個位置。為了確認，可以量另外一個沒有報警的缸，進行對比。正常情況，停機狀態(tài)下柱塞在最低的位置，如果卡死，柱塞可能在中間，或者最高的位置。圖6顯示出了高壓油泵頂部的反旋螺絲的位置，紅色圓圈中即為上文提到的反旋螺絲。

圖6 高壓油泵頂部的反旋螺絲的位置

三、排氣閥行程不正常（關(guān)閉/開啟行程過?。?/h2>

相信大部分的ME主機都發(fā)生過“Exhaust Valve Stroke Two Low”報警，該報警會引起主機自動降速，其不僅涉及排氣閥本身，還和控制排氣閥的CCU（Cylinder Control Unit）、FIVA以及反饋探頭有關(guān)系。在這里我們只討論與機械部分有關(guān)的原因，與控制相關(guān)的電氣原因?qū)⒃诤竺娼榻B控制系統(tǒng)常見問題的時候再進行探討。從圖7可以看出，MC 和ME主機在實現(xiàn)排氣閥開關(guān)的原理上是一樣的，都是通過液壓頂桿里的系統(tǒng)油頂開排氣閥，靠空氣彈簧關(guān)閉。只是用來驅(qū)動排氣閥執(zhí)行機構(gòu)的介質(zhì)變了，MC主機用排氣凸輪，ME主機用200～300 Bar的伺服液壓油。因為沒有排氣凸輪，所以，ME主機排氣閥的定時就只能通過排氣閥的位置傳感器來檢測其開關(guān)位置和行程，當出現(xiàn)故障的時候，就會出現(xiàn)前文所說的報警。MC主機也會出現(xiàn)這樣的問題，只是沒有報警而已，需要輪機員或者工程師根據(jù)主機工況先行判斷是否出問題，再去找原因，更為復(fù)雜。ME主機的這個報警直接告訴你出現(xiàn)了什么問題，輪機員只需要去分析故障、查明原因、解決問題就可以了。同時在ME主機的MOP中的Alarm Infor里已經(jīng)把所有可能有關(guān)的原因羅列出來，輪機員只需要一個個去印證就可以找出原因。

“Exhaust Valve Stroke Low”這個報警在排氣閥沒有全開或者全關(guān)都會出現(xiàn)，如果單純從機械方面去找原因，可以從下面幾個方面著手：

· 液壓頂桿中有空氣，會導(dǎo)致排氣閥不能全開或者全關(guān)。圖8中的171如果長時間沒有檢修，就有可能損壞，134中間有一個小孔，作用是讓液壓頂桿里的空氣從這個小孔經(jīng)由229排出，所以，先檢查229是不錯的選擇。檢查229是不錯的選擇。

圖7 MC主機和ME主機排氣開關(guān)原理

· 圖8右圖中的184是排氣閥執(zhí)行機構(gòu)補油管路的兩個截止止回閥，如果失效，也會導(dǎo)致此類報警，還會敲缸。同時，172也是一個放氣的裝置，同229的原理和作用是一樣的。

· 排氣閥桿在導(dǎo)套中運動的過程受到卡阻，主要原因是排氣閥桿在運行的過程中，空氣彈簧下部的密封不好，滑油漏泄形成積炭，造成排氣閥開關(guān)過程阻力過大，從而導(dǎo)致報警。建議船東不要為了節(jié)省幾根橡皮密封圈的錢而導(dǎo)致主機停車耽誤船期。采購正規(guī)的、質(zhì)量好的備件才是解決這種問題最關(guān)鍵的方法。

圖8 排氣閥和排氣閥執(zhí)行機構(gòu)部件結(jié)構(gòu)圖

四、采用高壓伺服油系統(tǒng)帶來的問題

在MAN Diesel & Turbo2012年出版的服務(wù)經(jīng)驗中提到過有一條船的ME主機高壓油泵（俗稱“油頭”）頻繁損壞的故障，MAN以最快的速度從總部哥本哈根派出四位工程師隨船航行解決問題，才有了那篇寶貴的服務(wù)經(jīng)驗，并且以后再也沒有出現(xiàn)過類似的問題。這篇服務(wù)經(jīng)驗在MAN Diesel & Turbo的官方網(wǎng)站可免費下載。

ME電噴主機為了保證在任何負荷/轉(zhuǎn)速下良好的燃油霧化和經(jīng)濟排放性能，用200～300 Bar伺服油來驅(qū)動高壓油泵產(chǎn)生700～1 000 Bar的噴油壓力。噴油定時和噴油量都是通過主機控制系統(tǒng)中的參數(shù)來控制。這些參數(shù)都是在主機臺架試驗和試航的時候進行最終調(diào)整，如果在這個過程中對參數(shù)設(shè)置不當，就會導(dǎo)致同一類事故頻繁發(fā)生，并且故障現(xiàn)象一模一樣。這個時候輪機員或者船東需要立即聯(lián)系造機廠或者設(shè)計廠商參與調(diào)查，不要一味通過更換備件解決問題。圖9是采集的各種油頭故障的照片。這類故障的表現(xiàn)，有時會先出現(xiàn)油頭固定螺栓斷裂，再出現(xiàn)油頭和缸蓋結(jié)合面裂紋，進而油頭內(nèi)部部件斷裂損壞，甚至還會出現(xiàn)缸蓋裂紋，等等。另外，輪機員在進行維修保養(yǎng)的時候，一定要按照說明書要求的上緊扭矩來緊固所有的固定螺栓，往往小的細節(jié)失誤最后會釀成大禍。

圖9 油頭故障各種事故照片采集

受篇幅所限，本文只針對ME電噴主機機械方面的常見問題進行分析，對于控制系統(tǒng)的常見問題和管理要點，將在下篇介紹。

DOI:10.16176/j.cnki.21-1284.2016.07.001

作者簡介：楊永東，MAN Diesel & Turbo Singapore服務(wù)工程師，E-mail：yang.yongdong@sg.man.eu