黃步松，王必改，許明華

（福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福建福州350007）

示功圖在船用主機(jī)故障診斷中的應(yīng)用

黃步松，王必改，許明華

（福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福建福州350007）

柴油機(jī)作為民用船舶的主要動力裝置之一，其運行的可靠與否直接影響船舶的安全航行。通過對船用主機(jī)異常示功圖的主要熱工參數(shù)與正常示功圖的比較，對船用主機(jī)缸內(nèi)燃燒情況進(jìn)行了分析，指出了可能存在的故障，為快速、有效地排除主機(jī)運行中出現(xiàn)的故障提供了依據(jù)，僅供輪機(jī)管理人員參考。

示功圖；爆發(fā)壓力；排氣溫溫；船用主機(jī)

船用主機(jī)的常用故障診斷技術(shù)有性能參數(shù)分析法、油液監(jiān)測法和震動檢測法等。其中，示功圖法是性能參數(shù)分析法的一種，它能夠準(zhǔn)確、直觀地反映柴油機(jī)氣缸內(nèi)的燃燒過程。而燃燒過程直接關(guān)系到柴油機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性和可靠性等性能。采用對運轉(zhuǎn)中的柴油機(jī)定期進(jìn)行示功圖的測錄和分析，比較正常示功圖與異常示功圖、主要熱工參數(shù)，找出它們之間的差別，并判斷產(chǎn)生偏差的原因，可直觀地判斷柴油機(jī)的燃燒性能，從而進(jìn)行合理的調(diào)整和檢修，以確保船用主機(jī)在良好的技術(shù)狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，保障船舶的安全運行。

1 正常示功圖

示功圖是指氣缸內(nèi)壓力隨曲柄轉(zhuǎn)角或氣缸容積變化規(guī)律的圖形，它是在柴油機(jī)出廠前，試車臺運行狀態(tài)良好時測取的。正常示功圖有以下特征：①工作過程各主要特征參數(shù)值比如壓縮壓力PC、最高爆發(fā)壓力PZ等應(yīng)符合說明書或試航報告的規(guī)定；②工作過程曲線比較圓滑，曲線過渡處無銳角或突變形狀；③示功圖尾部軌跡形狀應(yīng)與二沖程柴油機(jī)正常時不同的換氣形式相符合。

2 異常示功圖的特征

造成異常示功圖的因素很多，可能是由于示功器本身或使用不當(dāng)引起的，但主要是由于柴油機(jī)本身故障，即缸內(nèi)燃燒過程不正常引起的。以下列舉一些在運行管理中常見的異常示功圖的特點。

2.1 最高爆壓高而排溫降低

最高爆發(fā)壓力高而排氣溫度降低的示功圖與正常示功圖比較有以下幾個特點：①燃燒點提前，燃燒曲線與壓縮曲線過早脫離；②膨脹曲線與正常示功圖低（排氣溫度降低）；③最高爆發(fā)壓力PZ比正常要高，示功圖頭部尖瘦，壓力上升曲線陡削。最高爆發(fā)壓力高、排氣溫度降低的主要原因有供油提前角過大、噴油器啟閥壓力降低，進(jìn)而造成大部分燃油在上止點前噴入氣缸燃燒。另外，當(dāng)由以往燃重質(zhì)油改用輕質(zhì)燃油而未調(diào)整供油定時，由柴油機(jī)燃燒理論分析可知，輕質(zhì)燃油的滯燃期短，會在氣缸內(nèi)形成提前燃燒，進(jìn)而增加柴油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷，嚴(yán)重時會使氣缸內(nèi)單位曲柄轉(zhuǎn)角壓力升高過快，發(fā)生最高爆發(fā)壓力過高的情況，造成燃燒敲缸，降低了主機(jī)的可靠性。此時，應(yīng)及時調(diào)小供油提前角。

2.2 最高爆壓低而排溫升高

最高爆壓低而排溫升高的示功圖與正常示功圖比較有以下特點：①示功圖頭部形狀圓滑，燃燒點后移，甚至發(fā)生在上止點后；②膨脹線高于正常示功圖，且排氣溫度升高；③最高爆發(fā)壓力PZ明顯降低，即示功圖高度下降。最高爆壓低而排溫升高的原因通常有供油泵供油提前角過小、噴油器啟閥壓力過高、噴油泵柱塞套筒過度磨損、噴油器針閥與針閥體過度磨損造成泄漏、燃油溫度過低、粘度過大造成霧化不良、燃油濾清器部分堵塞、航行阻力增大等。另外，由原來燃輕質(zhì)燃油改用重質(zhì)燃油又未調(diào)整供油正時，因重質(zhì)燃油的滯燃期長，在氣缸內(nèi)形成滯后燃燒，滯后燃燒造成熱負(fù)荷增加，柴油機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性降低、排放增加。此時，應(yīng)及時調(diào)大供油提前角。

2.3 最高爆壓與排溫均升高

與正常示功圖相比，最高爆壓與排溫都升高的示功圖特點為：①膨脹線比正常示功圖高（排氣溫度升高）；②示功圖面積增大，即示功增加；③最高爆發(fā)壓力PZ比正常值高，壓縮壓力正常。其原因是循環(huán)噴油量過大、調(diào)節(jié)齒輪鎖緊螺釘松脫、調(diào)節(jié)齒輪移位、調(diào)速器調(diào)節(jié)齒桿最大油量螺釘調(diào)整失誤、油門控制桿卡在大的供油量上、調(diào)速器輸出軸與噴油泵供油刻度匹配不當(dāng)、控制空氣或掃氣空氣壓力太大等。

2.4 最高爆壓與排溫均降低

與轉(zhuǎn)角示功圖、正常示功圖相比，最高爆壓與排溫都降低示功圖的特點為：①壓縮線與膨脹線均比正常示功圖低；②示功圖面積減小，指示功率降低，排氣溫度升高；③最高爆發(fā)壓力PZ和壓縮壓力PC都降低。最高爆壓與排溫均降低的原因通常是氣缸內(nèi)空氣量不足、循環(huán)噴油量過低引起的：①氣缸內(nèi)空氣量不足的原因主要有氣缸漏氣，比如活塞與氣缸過度磨損，活塞環(huán)外表面磨損搭扣間隙、天地間隙過大，氣缸注油率和注油定時不當(dāng)；排氣閥與閥座撞擊磨損、氣閥間隙過小產(chǎn)生漏氣等；掃氣空氣供應(yīng)不足，比如掃排氣口積炭，增壓器進(jìn)氣濾清器臟堵，中冷器臟污，工作葉輪、增壓器噴嘴環(huán)積炭臟污，渦輪前排氣管漏氣、軸承故障、軸封結(jié)碳等；排氣系統(tǒng)受阻；船舶在不同氣象條件和不同航區(qū)下，比如在頂風(fēng)頂浪、污底等海況中航行時，造成主機(jī)與螺旋槳不匹配等。②循環(huán)噴油量過低的原因有噴油泵柱塞套筒過度磨損、出油閥與閥座磨損、啟閥壓力過大、噴孔部分堵塞、燃油濾清器堵塞、燃油控制桿卡死在小的供油量位置、可變噴油定時（VIT）機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)失常等。

2.5 掃排氣口部分堵塞

掃排氣口堵塞會使缸內(nèi)新鮮空氣量不足，形成燃燒不完全，使柴油機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性和可靠性變差。

圖1和圖2為某二沖程柴油機(jī)掃排氣口部分堵塞時的示功圖。該柴油機(jī)在正常工作時測得示功圖的壓縮始點壓力為35 kPa，掃氣壓力為42 kPa。圖1中壓縮始點壓力為30 kPa，明顯低于正常時的35 kPa，這說明氣缸內(nèi)新鮮空氣量過少，掃氣空氣不足，掃氣口部分堵塞。圖2中排氣口開啟始點延后，掃氣口開啟時缸內(nèi)壓力為42 kPa，高于正常掃氣壓力，且壓縮始點壓力為38 kPa，也比正常的35 kPa高，說明排氣不暢，氣缸內(nèi)廢氣壓力過高，排氣口部分堵塞。掃排氣口部分堵塞的主要原因有氣缸注油量過多、氣缸溫度過高、循環(huán)噴油量過多進(jìn)而造成燃燒不良。管理中要綜合檢查燃油系統(tǒng)、換氣機(jī)構(gòu)與增壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)等。

3 結(jié)束語

示功圖對船用主機(jī)的故障診斷直觀、方便、快速，但由于柴油機(jī)的故障往往不是單一因素引起的，而是由許多綜合因素引起的，且在實際工作中，示功圖測錄時會受到示功器本身安裝精度、測試時的海況、吃水、船速、氣象條件和柴油機(jī)本身技術(shù)狀態(tài)等因素的影響，造成所測圖形產(chǎn)生一定偏差，給分析故障造成困難。所以，用示功圖分析船用主機(jī)故障時，還應(yīng)針對具體情況并參考其他測試的熱工參數(shù)進(jìn)行綜合分析。只有這樣，才能快速、準(zhǔn)確地找到和排除故障，確保主機(jī)良好運轉(zhuǎn)。

圖1 掃氣口部分堵塞的示功圖

圖2 排氣口部分堵塞的示功圖

［1］李斌.主推進(jìn)動力裝置［M］.大連：大連海事大學(xué)出版社，2012.

［2］劉賜輝.從示功圖判斷柴油機(jī)故障［J］.航海技術(shù)，2009（04）.

［3］張躍文.用電子示功圖分析主機(jī)故障實例［J］.航海技術(shù)，2015（05）.

〔編輯：張思楠〕

TE933.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.19.155

2095－6835（2017）19－0155－02