船舶主機排氣溫度高故障原因分析

一、故障情況“京華11”輪是日照鋼鐵廠下屬子公司——京華海運公司的一艘載重量為5300t的小靈便型近海散貨船，由安徽馬鞍山江灣造船廠2009年6月建造，主機為一臺江蘇安泰動力制造廠生產的型號為G8300ZC16B-1，2008年10月出廠)的柴油機。圖1江蘇安泰G8300ZC柴油機該主機氣缸數(shù)為8，缸徑為300mm，額定功率為1765kW(2400PS)，額定轉速為525r/min，配備VTＲ型增壓器一臺，通過減速齒輪箱與螺旋槳相連。該主機的技術規(guī)范要求:

最高燃燒壓力≤12.75MPa(允許2次誤差為3.5%)，各缸排氣溫度≤450℃(允許2次誤差距5%)，供油提前角為13～15°CA。該主機是一臺典型的中速四沖程筒形活塞式柴油機，截止2013年2月13日運行時間為4547h。該輪主要運輸?shù)呢浄N為鋼卷，航線基本固定。從嵐山港到上海港往返，航速為10節(jié)左右，無特殊情況(天氣、靠泊等原因)一個月往返4個航次左右。該輪在2011年4月塢修過一次，至今沒有進行過一次完整的維修保養(yǎng)。該輪常用轉速為400r/min，燃料油為120#重油，須經沉淀柜、分油機凈化處理，靠離港須要換油操作。2013年元旦之前，該主機各缸排溫均正常，測取各缸的最高燃燒壓力也基本在正常范圍之內。2013年1月18日航行于上海港—嵐山港，空載航行，在值班過程中測取主機熱工參數(shù)如表1所示;

而2013年1月25日由嵐山港—上海港，重載(裝有貨物)，航行中測取的主機熱工參數(shù)如表2所示。觀察發(fā)現(xiàn):

各缸排溫較前幾個航次平均升高了30～40°左右，同時伴隨著增壓器喘振，致出現(xiàn)轉速域排煙溫度相同的狀況。對同一臺柴油機而言，排溫的高低在一定程度上反映了缸內負荷的大小與燃燒質量的好壞。柴油機排溫升高不但標志著熱負荷升高，而且也標志著柴油機經濟性和可靠性下降，是柴油機性能分析的重要依據(jù)，是柴油機運行管理中必須重點檢測的參數(shù)?！熬┤A11”輪在從上海港—嵐山港的航行中，由于柴油機排溫升高，只能對主機做降速運行。到港后將1、2、4、7、8號缸噴油嘴全部更換，高壓油泵出油閥也更換了3只，并且對增壓器濾網(wǎng)進行了清理，更換了增壓器的透平油，適當?shù)卣{整了冷卻水溫度和進氣溫度，如此，主機排溫有所下降。但在緊接著的2013年2月1日的航行中，2#缸和7#缸的排溫突然上升，分別為380℃和385℃。二、故障原因分析引起柴油機排溫過高的原因有:

燃燒不良造成后燃增加;氣缸中未能完全燃燒的燃油在排氣管中二次燃燒。排溫高分兩種情況:

一種情況是整體排溫高;另一種情況是單缸排溫升高。在幾個航次中均出現(xiàn)了這兩種情況，針對此種現(xiàn)象進行了故障原因分析及處理。1、柴油機超負荷當船舶滿載航行時，因船舶阻力增加，主機負荷增大，柴油機在低轉速、高負荷下運行時，氣缸耗氣量降低而循環(huán)噴油量增加，過量空氣系數(shù)降低，導致燃燒不良，后燃增加或燃油在排氣管中發(fā)生二次燃燒，致使排煙溫度升高。船舶由嵐山港—上海港(重載)比由上海港—嵐山港(空載)排溫略高也是正?，F(xiàn)象，但是在相同轉速下比以往排溫高屬于不正常現(xiàn)象。2、噴油定時錯誤如果噴油提前角減小，即噴油延緩，也可致使可燃混合氣形成滯后，燃燒滯后，導致后燃增加，排氣溫度升高。針對本機供油提前角為上止點前13～15°CA，適當調整供油定時比以往略大一點(表3)，但排溫沒有下降，還是較高。3、排氣閥燒蝕針對2#缸和7#缸排煙溫度突然升高，首先考慮到該缸的噴油器是否有故障，因為如果噴油器霧化不良、滴漏均會使后燃增加，造成排溫升高。但是，在2014年1月30日對2#缸和7#缸更換了新的噴油嘴，同時也及時調整了噴油定時，但排溫高的問題沒有得到解決，進一步判斷是否是氣缸漏氣。造成氣缸漏氣的原因不外乎兩種:一種是活塞環(huán)密封性失效;另一種是進排氣閥密封不良或氣閥間隙調整不當，導致缸內空氣量減少，缸內混合氣形成滯后，燃燒緩慢使后燃增加，排溫升高。結合該機現(xiàn)狀和輪機日志以往的記錄:在2012年10月，曾吊過5#缸，發(fā)現(xiàn)5#缸2只排氣閥密封錐面有塊狀大凹坑，及時更換了2只排氣閥。據(jù)此，初步診斷2#缸和7#缸在相同油門刻度下出現(xiàn)單缸排溫高的主要原因是排氣閥高溫燒蝕，導致密封錐面上形成麻點、凹坑、密封性遭到破壞。對2#缸和7#缸進行吊缸發(fā)現(xiàn):排氣閥均嚴重燒壞(圖2)，且閥座也已燒壞(圖3)，并且都已失去了研磨的意義;密封面燒壞的面積較大，閥座必須換新。在氣閥機構中，氣閥和閥座是工作條件最為惡劣的零件，氣閥閥盤和閥座底面是燃燒室壁面的一部分，受到燃氣高溫、高壓的作用，特別是排氣閥，由于受到排氣的加熱，溫度很高。氣閥在關閉時與閥座發(fā)生撞擊與磨損，在撞擊過程中由于閥和座的彈性變形、氣閥的振動及氣閥彈簧螺旋線的扭轉作用，使閥面和閥座產生楔入性和扭轉性滑移，這種滑移使閥面和座面之間產生干摩擦，摩擦剝落的金屬顆粒、灰分、碳?？勺兂赡チ霞又啬p;同時，燃燒產物對氣閥和閥座也有腐蝕作用，特別是燃燒重油時，由于重油中有含有較高的硫、釩、鈉等成分，燃料燃燒后產生硫、釩、鈉的氧化物及這些氧化物生成的鹽和聚合物，一部分會沉淀到氣閥和閥座上，使氣閥和閥座接觸不良，并對金屬起腐蝕作用，使閥面和座面上出現(xiàn)凹坑，造成漏氣和燒損。至此，及時更換了隨船備件后，該主機在從上海返回嵐山的途中排溫降了下來，轉速提高，船舶航速也因此加快。三、結論與建議柴油機排溫過高的原因較復雜，須多方面耐心分析排查，找出主要原因，具體的預防和處理措施如下:(1)嚴格控制柴油機的負荷，避免柴油機超負荷運行。(2)嚴格管理制度，加強對設備的維護保養(yǎng)和檢修，定期清洗空氣濾器和增壓器的壓氣機端和渦輪端;定期清洗各燃油的粗