潘學(xué)義 趙富國 譚 鵬

（中國衛(wèi)星海上測(cè)控部，江蘇無錫214431）

0 引言

某船動(dòng)力機(jī)艙的布置滿足國際海事組織最新船舶規(guī)范，分為前后主、輔機(jī)艙，以保證更高的船舶安全性。在前后輔機(jī)艙各安裝有3臺(tái)5 L 21/31型主發(fā)電柴油機(jī)，額定功率1 000 kW，完全能夠滿足某船特裝設(shè)備和通用設(shè)備的用電需求。針對(duì)后輔機(jī)艙頻繁出現(xiàn)的燃油進(jìn)機(jī)壓力低、啟動(dòng)失敗報(bào)警現(xiàn)象，崗位人員結(jié)合機(jī)艙布局進(jìn)行系統(tǒng)排查，最終提出了改造方案，有效解決了無法啟機(jī)的設(shè)計(jì)缺陷。

1 系統(tǒng)描述

1.1 故障情況

位于前后輔機(jī)艙的6臺(tái)主發(fā)電柴油機(jī)在運(yùn)行過程中總體狀態(tài)平穩(wěn)，但后輔機(jī)艙3臺(tái)柴油機(jī)頻繁出現(xiàn)啟動(dòng)失敗報(bào)警。經(jīng)排查，燃油進(jìn)機(jī)壓力低、燃油系統(tǒng)進(jìn)氣是導(dǎo)致啟動(dòng)失敗的直接原因。對(duì)比前后輔機(jī)艙的設(shè)備狀態(tài)后發(fā)現(xiàn)，前輔機(jī)艙燃油系統(tǒng)均無進(jìn)氣和低壓現(xiàn)象。

5 L 21/31型柴油機(jī)各缸均有獨(dú)立的噴油裝置，包括高壓油泵、高壓油管和噴油器等。柱塞式高壓油泵安裝在滾輪導(dǎo)筒上方，滾輪導(dǎo)筒座直接安裝于噴油凸輪軸上。高壓油泵是由凸輪軸凸輪通過裝在滾輪導(dǎo)筒內(nèi)的滾輪導(dǎo)筒驅(qū)動(dòng)的。如果高壓油泵前端的燃油系統(tǒng)進(jìn)入空氣（空氣的密度比燃油?。?，高壓油泵在工作時(shí)就會(huì)一直吸前端的空氣，并將空氣壓縮后送入噴油器，此時(shí)噴油器無法噴油，而是將前端的空氣壓縮后送入氣缸，從而使柴油機(jī)無法正常發(fā)火，導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。

1.2 原因分析

經(jīng)過相關(guān)技術(shù)分析排查和現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)后輔機(jī)艙燃油日用柜的高度比前輔機(jī)艙低一層（一層高度大約2 m），而壓力是指垂直作用在物體表面的力，壓強(qiáng)表示壓力的作用效果，是指單位面積上受到的壓力。壓強(qiáng)公式：P=ρgh，與高度成正比；壓力公式：F=PS=ρghS（ρ≈0.815 kg/m3，S≈0.001 m2）。由此可見，后輔機(jī)艙的柴油機(jī)燃油進(jìn)機(jī)壓力要比前輔機(jī)艙大約低16 kPa（0.16 bar），由于某船5 L 21/31型柴油機(jī)燃油系統(tǒng)管路上沒有供給泵，在停機(jī)狀態(tài)下，由燃油日用柜相對(duì)于柴油機(jī)的高度產(chǎn)生的壓差提供燃油進(jìn)機(jī)壓力；在柴油機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行后，依靠機(jī)帶燃油泵提供穩(wěn)定的燃油進(jìn)機(jī)壓力。啟動(dòng)統(tǒng)計(jì)情況如表1所示。

1.3 設(shè)計(jì)缺陷

現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，前輔機(jī)艙燃油日用柜位于平臺(tái)甲板，柴油機(jī)位于底艙，而后輔機(jī)艙燃油日用柜和柴油機(jī)均位于平臺(tái)甲板，因此，后輔機(jī)艙日用柜無法在停機(jī)狀態(tài)下保證足夠的燃油進(jìn)機(jī)壓力。燃油系統(tǒng)部件無法保證絕對(duì)密封，從而引起燃油系統(tǒng)進(jìn)氣，在柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)引發(fā)燃油進(jìn)機(jī)壓力低和啟動(dòng)失敗的報(bào)警。

表1 系泊試驗(yàn)期間啟動(dòng)統(tǒng)計(jì)表

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

2.1 優(yōu)化方案一

針對(duì)上述故障及原因分析，結(jié)合機(jī)艙設(shè)計(jì)布局，崗位人員結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，提出在原有的燃油系統(tǒng)管路上加裝一臺(tái)預(yù)供泵，為后輔機(jī)艙4、5、6號(hào)發(fā)電柴油機(jī)提供穩(wěn)定可靠的進(jìn)機(jī)壓力，并在原有的燃油管路上加裝截止閥，防止燃油倒流回燃油日用柜。

系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案一

此方案能夠?yàn)槿加拖到y(tǒng)提供穩(wěn)定的進(jìn)機(jī)壓力，但是存在改造困難、工程量大、費(fèi)用高、泵部可靠性差等原因，與下面的方案二相比較不確定性因素過多，故本文不推薦采用此方案。

2.2 優(yōu)化方案二

方案二對(duì)現(xiàn)有燃油系統(tǒng)管路的改造措施如下：首先利用鍋爐燃油柜位于上甲板，高出后輔機(jī)艙2層的高度優(yōu)勢(shì)（大約4 m），對(duì)后柴油機(jī)形成足夠的壓差，再進(jìn)一步合理設(shè)計(jì)管路。在停機(jī)狀態(tài)下，通過鍋爐燃油柜提供燃油進(jìn)機(jī)壓力，將管路中空氣排出，保證管路中充滿燃油。當(dāng)柴油機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行后，再由機(jī)帶燃油泵提供進(jìn)機(jī)油壓。

具體方案如下：在鍋爐燃油柜上引出三路管系（本文稱其為“注油管路”）分別接入4、5、6號(hào)發(fā)電柴油機(jī)的燃油進(jìn)機(jī)管路，保證柴油機(jī)停機(jī)時(shí)的燃油壓力。

系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案二

由于鍋爐燃油柜容量有限，柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)必須消耗燃油日用柜的燃油，本文設(shè)計(jì)在鍋爐油柜引出的三路管系和燃油日用柜至柴油機(jī)的供油管路上分別加裝VCSF11FEB型控制電磁閥，并將該型控制電磁閥的開關(guān)信號(hào)采集點(diǎn)接入柴油機(jī)滑油預(yù)供泵的啟停開關(guān)。

在柴油機(jī)停機(jī)過程中，當(dāng)滑油壓力低于110 kPa（1.1 bar）時(shí)，滑油預(yù)供泵自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行，此時(shí)，注油管路上的電磁閥自動(dòng)打開，而供油管路上的電磁閥自動(dòng)關(guān)閉，在柴油機(jī)停機(jī)狀態(tài)下確保燃油系統(tǒng)壓力正常，為下一次啟動(dòng)提供良好的狀態(tài)。在啟機(jī)過程中，當(dāng)滑油壓力超過110 kPa（1.1 bar）時(shí)，滑油預(yù)供泵自動(dòng)停止運(yùn)行，此時(shí)，注油管路上的電磁閥自動(dòng)關(guān)閉，而供油管路上的電磁閥自動(dòng)打開，此時(shí)，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不斷升高，機(jī)帶燃油泵已逐步建立油壓，完全能夠?yàn)椴裼蜋C(jī)運(yùn)行提供穩(wěn)定的燃油供給。

3 效果驗(yàn)證

在塢修過程中，經(jīng)崗位人員積極要求，已按照本文的優(yōu)化思路對(duì)燃油管路系統(tǒng)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，采用油路加裝電磁閥控制與柴油機(jī)預(yù)潤滑系統(tǒng)聯(lián)控方案，消除了燃油日用柜相對(duì)于柴油機(jī)的高度產(chǎn)生的壓差太小的缺陷，提高了燃油進(jìn)機(jī)壓力；在柴油機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行后，再依靠機(jī)帶燃油泵提供穩(wěn)定的燃油進(jìn)機(jī)壓力。徹底解決了后輔機(jī)艙3臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)長期出現(xiàn)啟動(dòng)困難和啟機(jī)失敗現(xiàn)象，經(jīng)設(shè)備運(yùn)行驗(yàn)證，4、5、6號(hào)發(fā)電柴油機(jī)在停機(jī)狀態(tài)下燃油進(jìn)機(jī)壓力均正常，數(shù)值為40 kPa（0.4 bar），如圖3所示；在啟機(jī)狀態(tài)下，燃油進(jìn)機(jī)壓力如圖4所示。

圖3 優(yōu)化設(shè)計(jì)后柴油機(jī)燃油進(jìn)機(jī)壓力

圖4 優(yōu)化設(shè)計(jì)后柴油機(jī)動(dòng)態(tài)燃油進(jìn)機(jī)壓力

通過柴油機(jī)靜態(tài)與實(shí)際運(yùn)行參數(shù)圖及表2啟動(dòng)情況統(tǒng)計(jì)表可以看出，優(yōu)化設(shè)計(jì)后，靜態(tài)燃油壓力與動(dòng)態(tài)燃油進(jìn)機(jī)壓力有了明顯的優(yōu)化提高，燃油進(jìn)機(jī)壓力低導(dǎo)致啟動(dòng)失敗故障徹底消除，且未引發(fā)任何新的故障隱患。由此可見，本文提出的系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)方案是正確可靠的，柴油機(jī)啟動(dòng)失敗這一故障得到了有效解決。

表2 優(yōu)化設(shè)計(jì)后啟動(dòng)統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)語

本文針對(duì)某船柴油機(jī)出現(xiàn)的啟動(dòng)失敗這一現(xiàn)象進(jìn)行分析，歸納出了其發(fā)生的原因，提出了優(yōu)化解決思路。通過驗(yàn)證，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案有效提高了某船主發(fā)電柴油機(jī)的穩(wěn)定性和實(shí)用性，對(duì)于類似問題的解決有一定的借鑒意義，能夠更經(jīng)濟(jì)、更實(shí)用、更簡便地解決此類問題。