MAN電液控制柴油機的運行經(jīng)驗

IMOTierll執(zhí)行以來,ME發(fā)動機受到了極大的關(guān)注。（注：本文首發(fā)于2012年，當(dāng)前僅供參考留存）如今，ME型機占據(jù)了MANB&W二沖程柴油機全部訂單的50%。在大缸徑領(lǐng)域(缸徑為80、90和98cm),ME型機的訂單接近100%?，F(xiàn)在，主要的船東已經(jīng)廣泛地接受了ME觀念，而且，隨著自動調(diào)諧、廢氣旁通集成控制、可變渦輪增壓器、渦輪增壓器切斷技術(shù)以及不久的將來(TierⅢ時代）將得以應(yīng)用的廢氣再循環(huán)集成控制、油水乳化燃料和SCR等技術(shù)的推廣,人們會進一步認可電子控制的好處。當(dāng)前MANTierⅢ排放標準主機一、ME電子技術(shù)的質(zhì)量自七、八年前ME柴油機投入運行以來，柴油機控制系統(tǒng)（ECS）的電子硬、軟件在質(zhì)量上已經(jīng)得到了實質(zhì)性的提高。早期的版本在很多情況下故障率太高，這促使包括各種類型傳感器、控制閥電子元件、主操控板(MOP)、多功能控制器（MPC）以及線纜敷設(shè)和接線器的升級。上述產(chǎn)品升級有著諸多不同理由，例如:★液壓缸單元（HCUs）和排氣閥承受了比原先規(guī)定更強烈的振動和沖擊；★燃料輔助裝置承受了比原先規(guī)定的更高的溫度;★傳感器和控制閥電纜連接器不好造成的故障;★安裝疏忽引發(fā)的靜電放電（ESD)和電纜故障；★許多返修產(chǎn)品的“非故障”案例。對傳感器和控制閥采取了各種各樣的糾正措施,而且，已經(jīng)采用了新產(chǎn)品和供應(yīng)商認證程序。現(xiàn)在,在新的或者升級版電子零件設(shè)計階段,廣泛使用了高加速壽命試驗（HALT)。HALT是一種將電子零件置于極端的振動強度,結(jié)合極端的熱循環(huán)狀況下的試驗方法,該試驗持續(xù)至電子元件發(fā)生故障為止。用這種方法可以鑒定出易壞的電子零件，進而可形成設(shè)計審查依據(jù)。對新的或者改進過的電子零件以及新供應(yīng)商的電子零件，生產(chǎn)前要進行下列試驗:★功能試驗;★型式認證試驗；★強振動試驗；★運行試驗。MAN對目前生產(chǎn)的電子零件采用高加速應(yīng)力審核(HASA）測試方法進行質(zhì)量檢查。HASA試驗是在預(yù)定的周期（如24h)里以比實際偏高一點的熱和振動負荷進行振動和溫度循環(huán)，從而在柴油機生產(chǎn)前挑選出易壞的電子零件。此外，對MPC而言，為了在各種不同溫度下連接和運行,所有所生產(chǎn)的MPC都要進行老化測試,挑選出易壞的MPC，測試周期一般為14h以上。針對傳感器和控制閥,為了去掉電纜連接器,對電纜做了集成處理。取代方法是用簡單而可靠得多的常規(guī)接線盒連接電纜和電子零件。如前所述,MPC是一種返修率很高的元件。一家亞洲電子器件制造服務(wù)（EMS）供應(yīng)商的報告指出，返修率現(xiàn)已得到控制。該供應(yīng)商還對返修的MPC進行了分析,發(fā)現(xiàn)近半數(shù)并沒有故障;MAN也經(jīng)常收到返修的電子和電液零件，經(jīng)實驗室檢驗后發(fā)現(xiàn)并無故障。這種情況通常是由于船上的ME柴油機發(fā)生故障時沒有查清原因。最早的ECS軟件不具備提供電子或者電液零件故障定位的功能。所以，在很多情況下造成了返修的電子零件并沒有故障這一現(xiàn)象。新的ECS軟件大大提高了在主操控板（MOP)上查明故障的可能性,包括:★液壓缸單元（HCU）調(diào)試屏幕;★轉(zhuǎn)速計系統(tǒng)調(diào)試屏幕;★液動力供給（HPS）調(diào)試屏幕；★HCU和HPS故障診斷屏幕;★HCU和HPS數(shù)據(jù)記錄儀;★HCU和HPS數(shù)據(jù)記錄儀數(shù)據(jù)輸出為Excei;★ECS絕緣監(jiān)測和報警；★電噪聲監(jiān)測和報警；★報警優(yōu)化，相關(guān)報警分組。數(shù)據(jù)記錄儀連續(xù)以高頻(2kHz）記錄與每一個HCU相關(guān)的預(yù)定信號，在事件、特別是警報觸發(fā)下進行數(shù)據(jù)儲存。然后，可以在船上對恰在事件前和恰在事件后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行分析，以Excel輸出，供給船上或者岸上作進一步分析用?，F(xiàn)在,經(jīng)改進的ECS軟件正在裝備所有安裝了ME柴油機的在用船舶，而所有新的ME發(fā)動機，也將進行列裝。二、大修間隔時間2009年4月，MAN發(fā)布了用于所有MANB&WMC和ME二沖程柴油機的升級版大修間隔指導(dǎo)時間，這些目錄首次包括了ME柴油機的液壓和電子部件。由于ME的設(shè)計已經(jīng)成熟到可以預(yù)測柴油機上新部件的大修間隔時間,所以，這是可以做到的。ME系統(tǒng)中一個非常重要的部件是液動力供給(HPS）主液壓泵。這些泵的大修間隔時間可以達到約32000h。此后，必須更換泵的軸承,有時,還須更換其他內(nèi)部零部件。大修可以在船上或者岸上的車間里進行。最近的主液壓泵運行經(jīng)驗表明,大修間隔期可以超過32000h。這要求在船上對其中的一只液壓泵進行磨損監(jiān)測、評估,然后,按順序逐一地安排泵大修。ME系統(tǒng)中的另一個重要部件是燃油噴射閥執(zhí)行機構(gòu)（FIVA)。對它來說，32000h的大修間隔期也是可以實現(xiàn)的。要做到這一點,試車時,預(yù)噴閥不可受到液壓油的污染。目前正在測試—種稱為“三明治”的過濾器，它們是在發(fā)動機制造和船廠試車時安裝的,在船舶交付前須拆除。用這種方法,預(yù)噴閥的更換間隔時間可以達到32000h。船員可在船上更換預(yù)噴閥。三、優(yōu)化低負荷運行低負荷運行或者低速航行已經(jīng)成為許多MANB&W二沖程機船東的準則。在早些年,主要是集裝箱船運營商希望以低速運行,今天，油輪、貨運船等也正在開始以低負荷持續(xù)運行。2008年的晚些時候，MAN發(fā)布了一份關(guān)于低至40%的持續(xù)低負荷運行的服務(wù)信函。2009年5月，正式支持負荷低至10%的持續(xù)低負荷運行。從此，幾乎所有持續(xù)低負荷運行的經(jīng)驗都是良好的?；瑒邮饺加蛧娚溟y的應(yīng)用對此至關(guān)重要?；瑒邮饺加蛧娚溟y大大減少了排氣管中的污垢,尤其在低負荷運行時。不久，柴油機以極低負荷運行就很普遍了，接著，提出優(yōu)化低負荷運行的要求?？梢酝ㄟ^二種方法對此予以支持:★低負荷和部分負荷時增加掃氣壓力;★低負荷時減少氣缸供油。電液控制ME柴油機恰恰支持上述方法。ME柴油機的控制系統(tǒng)（ECS)可以控制可變噴嘴環(huán)（VTA）渦輪增壓器、廢氣旁通（EGB）和靈活的渦輪增壓器切斷系統(tǒng)。對在用柴油機而言，可變渦輪增壓器切斷系統(tǒng),通過被稱為“擺動閥門”的控制,常作為替代解決方案用于配備二臺、三臺、四臺渦輪增壓器的發(fā)動機?？梢钥匆姸逊e在渦輪側(cè)擺動閥門上的燃燒積炭。所以，為了確保閥門的正常運作,維修手冊中已經(jīng)增加了清潔說明。今天，負荷范圍從25%降至10%的極低負荷運行也要求優(yōu)化氣缸油供油速率。相關(guān)運行經(jīng)驗在2011年6月最新的低負荷運行服務(wù)信函中論及。MAN在好幾臺柴油機上對此進行了試驗,按負荷比例降低氣缸油供油速率,直到10%負荷,效果很好。用這種方法,在10%~15%的負荷范圍內(nèi)可以節(jié)約一半氣缸油。對ME柴油機而言，只需對MEECS軟件中的參數(shù)作些修改就可以實現(xiàn)這種調(diào)節(jié)了。而對采用Alpha潤滑器的機械式柴油機來說,則須對潤滑器進行改造。四、低硫燃料運行最近,在低硫重油(HFO）和低硫餾分燃料這二種不同低硫燃料的應(yīng)用方面取得了較多的經(jīng)驗。對低硫HFO而言,重點是在存儲時增加催化劑粉未的量。這將更加強調(diào)在船上高效利用凈化劑進行優(yōu)化燃料的處理。此外，正確設(shè)計燃料箱系統(tǒng)也是很重要的。MAN目前正在更新其制造及維護規(guī)則,隨后也將列入項目指導(dǎo)書中。餾分燃料的使用經(jīng)驗主要來自美國西海岸的SECA地區(qū)，餾分燃料對該地區(qū)影響的各種統(tǒng)計數(shù)字得以公布。加州空氣資源協(xié)會（CARB)下屬辦公室和泄漏預(yù)防響應(yīng)辦公室（OSPR）還公布了關(guān)于推進損失（LossofPropulsion，簡稱LOP）事件的數(shù)據(jù)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,在加洲，在燃料硫含量下降的同時，LOP每年呈上升態(tài)姿。據(jù)說，這種上升是因為所謂的燃料切換型LOP造成的。關(guān)于該統(tǒng)計數(shù)字存在著很多爭論，主要集中在該數(shù)據(jù)是否反應(yīng)了低硫燃料的應(yīng)用,以及LOP事件計數(shù)規(guī)則的更改會對數(shù)據(jù)的確定造成影響。然而，MAN只能重復(fù)已經(jīng)在服務(wù)信函中明確的建議:★在進入擁堵的、要求進行燃料切換的海域前，強烈建議在擁堵海域外圍,測試柴油機的起動和倒車性能;★必須檢查柴油機性能,以驗證燃油泵的磨損情況。若燃料指數(shù)超過10%或者比臺架試驗的高，則必須對燃油泵進行大修，以保證燃用餾分燃料時性能參數(shù)正確;★在使用黏度極低的餾分燃料時,應(yīng)考慮使用燃油冷卻器,以保證柴油機進口處燃油最低黏度2cSt。值得―提的是，ME柴油機從未發(fā)生一起切換型LOP事件，而其它類型電控發(fā)動機則有發(fā)生過。五、補償器支架開裂MANB&W二沖程機相關(guān)的最大保修案例是二階力矩補償器支架開裂事故。2010年夏天的晚些時候,在60/7OME-C/MC-C柴油機上發(fā)現(xiàn)這個問題，MAN立即將此事通知了所有相關(guān)許可證生產(chǎn)廠家,同時,馬上對設(shè)計方案進行檢查。接著,MAN以該檢查結(jié)果為基礎(chǔ),對所有尚未發(fā)貨的柴油機通過添加維護操作代碼,對設(shè)計進行修正。經(jīng)與所有相關(guān)許可證生產(chǎn)廠家的共同努力,以及PrimeServ-Korea的特別幫助,避免了其它船舶未經(jīng)設(shè)計修正即投入運行的情況。在對設(shè)計方案檢查的同時,MAN向運營中的涉事船主發(fā)出了一封通函，目的是:★確保具有開裂現(xiàn)象的柴油機得到及時確認,從而可通過與運營商的合作,對其進行改進維修。受影響的船舶大多是油輪，所以,維修最好要延遲至船舶計劃入塢大修的時候進行;★根據(jù)開裂數(shù)獲取更多的統(tǒng)計數(shù)據(jù),從而,評估設(shè)計改進的危急程度。2011年底,MAN著手對維護操作計劃進行小規(guī)模修改,用于在用柴油機的更新。在另一封通函中，將設(shè)計分為四類,根據(jù)使用的反饋情況,現(xiàn)在集中在第1類的預(yù)防性修正設(shè)計上,即,用打開的三角支撐。2011通函也規(guī)定了一個首次運行18000h的檢查方案。運行18000h后若無開裂,則不需要修正（即第1類設(shè)計)為了確保該修正是成功的,公司規(guī)定了焊接修正后,在首次18000h的運行期間要進行檢查。2012年初，在一臺S50MC-C柴油機的二階力矩補償器支架上發(fā)現(xiàn)了裂縫。S50MC-C和S46MC-C柴油機的設(shè)計已經(jīng)根據(jù)60和70cm缸徑柴油機的經(jīng)驗于2011年6月升級過了。但是，這是以非緊急維護操作碼實施的,所以在2012年初，并未在大部分柴油機制造商的生產(chǎn)中得以體現(xiàn)。因此,發(fā)布了帶有更強維護操作碼的新設(shè)計升級函件(DUN)，對生產(chǎn)中的所有S46/50MC-C/ME-C發(fā)動機明確規(guī)定了修改指令。在函件起草期間，檢查了在用船舶，針對各船的情況,最終確定了適用對策。六、氣缸工作狀態(tài)更新——小缸徑柴油機多年來,MAN小缸徑柴油機一直使用經(jīng)充分驗證的鍍鋁CPR活塞環(huán)組件。然而，在某些情況下，它會導(dǎo)致小缸徑柴油機上頂端活塞環(huán)CL槽磨損，從而，縮短了大修間隔期。如果頂端活塞環(huán)CL槽完全磨損,壓降將大到足以使缸套和活塞環(huán)之間出現(xiàn)粘著磨損,結(jié)果損壞缸套表面。平面端口(POP)頂端活塞環(huán)具有完全不同的特性。當(dāng)頂端活塞環(huán)磨損時,間隙會增大泄露面積,從而,減小了通過頂端活塞環(huán)的壓降。頂端活塞環(huán)與缸套之間的接觸壓力因此下降,同時,也減小了活塞環(huán)的磨損。POP頂端活塞環(huán)對活塞環(huán)的磨損起著穩(wěn)定作用,這有別于通常不穩(wěn)定的CPR活塞環(huán)。對小缸徑柴油機而言，這是一個重要的差異,使得新型POP活塞環(huán)組件的壽命更長。推薦使用POP活塞環(huán)組件是以6S40ME-B樣機的運行經(jīng)驗為基礎(chǔ)的。運行10000h以后，氣缸的情況看上去非常好。同樣,缸套磨損情況也令人非常滿意。所有受檢缸套的磨損率都在0.05mm/1000h以下。然而,當(dāng)更加仔細地觀察頂端活塞環(huán)的磨損情況時，可以發(fā)現(xiàn),由于CL槽的深度減小致使活塞環(huán)局部非常接近磨損極限?，F(xiàn)在，MAN明確規(guī)定了該型柴油機使用POP活塞環(huán)組件。采用POP環(huán)的各種柴油機已經(jīng)累計運行超過23000h。其中有一項運行試驗是在一臺6S46MC-C柴油機的所有氣缸上進行的。運行了6735h后，端口開度增加了1.1mm，與之對應(yīng)的是，頂端活塞環(huán)磨損0.55mm。若磨損的極限為2.7mm，則估計完全磨損發(fā)生在約33000h以后。由于POP活塞環(huán)具有自穩(wěn)定的性質(zhì),所以，33000h的估計壽命是保守的,實際上，完全磨損前的運行時間會更長。七、氣缸工作狀態(tài)更新——大缸徑S型柴油機目前，很多類型船舶都傾向于使用超長沖程柴油機來降低全負荷螺旋槳的轉(zhuǎn)速。對8000~13000teu大型集裝箱船而言,習(xí)慣上選擇的柴油機是K98，現(xiàn)在的訂單指定用超長沖程S90Mk8或9柴油機。此外,如今所有訂購的大缸徑發(fā)動機幾乎都是電子控制ME/ME-C機型。通常,S90機作為VLCC的主機是非常成功的。該機氣缸工作狀態(tài)非常穩(wěn)定、活塞大修間隔期很長、氣缸油供油率很低?，F(xiàn)在,該機型已經(jīng)進入負載變化很大和訪問更多港口的大型集裝箱船的主機行列。因此,正在密切注意氣缸早期工作狀態(tài)的反饋情況。通過掃氣口觀察,1800h后略過,氣缸的工作狀態(tài)非常好。觀察將繼續(xù)在S90Mk8和9機上進行。最近，MAN面臨著新的挑戰(zhàn),在安裝廢熱回收(WHR）系統(tǒng)、廢氣旁通（EGB）和自動調(diào)諧的現(xiàn)代ME柴油機上會發(fā)生掃氣壓力巨變的情況。第一系列S80ME-CMk9柴油機經(jīng)歷了氣缸初始工作狀態(tài)問題,它是全負荷范圍內(nèi)掃氣壓力巨變引起的。出現(xiàn)故障的一個例子是一臺第一批產(chǎn)的S80ME-CMk9柴油機，在運行的第一階段,柴油機在40%~70%負荷范圍內(nèi)以相當(dāng)高的掃氣壓力(0.11~0.24MPa)工作。掃氣壓力高是因為WHR使用率低和閉式EGR的緣故。在此期間,棚套承受了因過低