柴油發(fā)電機(jī)冒黑煙問(wèn)題研究

侍 博 仇玉龍

（上海外高橋造船有限責(zé)任公司，上海200137）

0 引言

上海外高橋造船2014年實(shí)現(xiàn)8批次出塢、29條船交付、手持訂單世界第一的好成績(jī)，但與歐美造船仍有巨大差距。因此，我們?cè)谧⒅卦齑瑪?shù)量和速度的同時(shí)，也要加強(qiáng)質(zhì)量控制。從技術(shù)層面上深入分析各種生產(chǎn)問(wèn)題，特別是發(fā)電機(jī)、主機(jī)等大型設(shè)備的技術(shù)工藝研究。

1 柴油發(fā)電機(jī)冒黑煙問(wèn)題的提出

在整個(gè)機(jī)艙設(shè)備中，船舶柴油發(fā)電機(jī)是僅次于主機(jī)的大型動(dòng)力設(shè)備。它為全船提供電力輸出，因此船東對(duì)柴油機(jī)的調(diào)試報(bào)驗(yàn)要求特別高。H1273船是OLDENDORFF公司委托BP建造組在我公司建造的第三艘20萬(wàn)噸級(jí)大型礦砂船。建造過(guò)程中，船東和建造組提出各種難題和非常高的品質(zhì)要求。在船舶系泊試驗(yàn)期間，船東發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)起動(dòng)初期冒濃煙，要求船廠給予解釋。因此，本文就船舶柴油發(fā)電機(jī)冒黑煙做詳細(xì)分析，為高質(zhì)量完成柴油發(fā)電機(jī)調(diào)試總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

2 柴油發(fā)電機(jī)的工作原理

船舶柴油發(fā)電機(jī)由柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)組成。發(fā)電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、勵(lì)磁線圈、控制面板等組成。柴油機(jī)由油底殼、曲軸、連桿、活塞、機(jī)架、缸套、高壓油泵、調(diào)速器、缸頭設(shè)備等組成。發(fā)電機(jī)燃油經(jīng)過(guò)高壓油泵加壓，通過(guò)噴油器噴入氣缸，氣缸在壓縮至近上止點(diǎn)處爆燃帶動(dòng)活塞做功，活塞推動(dòng)連桿曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，然后通過(guò)曲軸傳遞到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子切割磁感線產(chǎn)生電流輸出。期間控制面板的電壓控制單元AVR和發(fā)電機(jī)的調(diào)速器共同作用，保證發(fā)電機(jī)的電壓、電流、頻率穩(wěn)定。

3 柴油發(fā)電機(jī)部件故障分析

3.1 調(diào)速器導(dǎo)致冒黑煙

調(diào)速器通過(guò)調(diào)節(jié)油門(mén)保持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，確保發(fā)電機(jī)頻率穩(wěn)定在60 Hz（國(guó)外50 Hz）。但是在起動(dòng)初期，發(fā)電機(jī)調(diào)速器的電動(dòng)馬達(dá)快速動(dòng)作，導(dǎo)致油門(mén)桿動(dòng)作，雖然調(diào)速器內(nèi)部存在PID調(diào)節(jié)，但是也無(wú)法克服巨大的油門(mén)變化需求，所以會(huì)產(chǎn)生燃油供應(yīng)過(guò)量問(wèn)題，導(dǎo)致柴油機(jī)冒黑煙。正常情況只要不超過(guò)額定轉(zhuǎn)速的110%視為正常，并且無(wú)設(shè)備報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生。

拆開(kāi)調(diào)速器，首先檢查重錘是否運(yùn)行正常，然后檢查內(nèi)部彈簧是否牢固。當(dāng)我們與廠家探討需要更換調(diào)速器時(shí)，服務(wù)工程師提出更換內(nèi)部滑油的建議。因?yàn)榛头N類(lèi)必須是液壓傳動(dòng)滑油，否則阻尼系數(shù)增加，進(jìn)而導(dǎo)致動(dòng)作靈敏度降低。從圖1中調(diào)速器油位指示觀察孔可以看到液位，并且有用油要求。

3.2 增壓器導(dǎo)致冒黑煙

圖1 調(diào)速器

在供油一定的情況下，發(fā)電機(jī)增壓器是通過(guò)增加進(jìn)氣量來(lái)提高發(fā)電機(jī)的功率，進(jìn)而節(jié)省燃油、增加燃油利用率。但是在起動(dòng)初期由于增壓器的慣性，轉(zhuǎn)速增加很慢，加上低流量高背壓和低速效應(yīng)使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在初期起不到增加進(jìn)氣量的作用。燃油和進(jìn)氣量的懸殊匹配導(dǎo)致緩燃期增加，排氣溫度相應(yīng)升高，甚至無(wú)法全部燃燒，從而有黑煙冒出。

我們對(duì)增壓器進(jìn)行拆檢，確定增壓器內(nèi)部安裝正確，精度符合要求，但是存在大量銹蝕（圖2）。

3.3 高壓油泵導(dǎo)致冒黑煙

發(fā)電機(jī)的高壓油泵供給高壓燃油，通過(guò)調(diào)節(jié)油泵柱塞上的回油孔與柱塞之間的位置來(lái)調(diào)節(jié)燃油的供油量。在柴油機(jī)胎架實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)各調(diào)節(jié)旋鈕使每個(gè)氣缸發(fā)火均勻。

如圖3所示，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)各柱塞斜切口的初始點(diǎn)的位置來(lái)改變初始供油量，進(jìn)而盡可能避免供油過(guò)量的情況。

圖2 增壓器

圖3 柱塞切口

3.4 噴油器導(dǎo)致冒黑煙

發(fā)電機(jī)的噴油器是把高壓油泵提供的燃油在氣缸內(nèi)霧化的設(shè)備。霧化的優(yōu)良直接影響燃燒的是否充分。其主要由噴嘴、彈簧、針閥偶件、調(diào)節(jié)螺母等組成。因此，我們松掉鎖緊螺母，調(diào)節(jié)彈簧預(yù)緊力，改變噴油器的霧化狀況。

3.5 活塞環(huán)導(dǎo)致冒黑煙

活塞環(huán)主要由刮油環(huán)、密封環(huán)、承磨環(huán)組成?；钊h(huán)有泵油和刮油的區(qū)別。如果安裝方向錯(cuò)誤，滑油被送入氣缸燃燒，導(dǎo)致冒黑煙。在拆檢過(guò)程中，我們未發(fā)現(xiàn)有活塞環(huán)安裝錯(cuò)誤或者損壞。

3.6 排氣閥導(dǎo)致冒黑煙

排氣閥氣門(mén)間隙過(guò)大或者有固體雜質(zhì)損壞閥與閥座的接觸面。通常情況下當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，排氣閥關(guān)閉，噴油器發(fā)火，燃油在氣缸內(nèi)燃燒做功，第四沖程排氣閥打開(kāi)排出廢氣。如果氣門(mén)間隙調(diào)節(jié)不到位，燃燒的氣體通過(guò)間隙逃出氣缸，甚至燃?xì)鉄o(wú)法達(dá)到燃燒溫度。

4 柴油發(fā)電機(jī)參數(shù)故障分析

4.1 正時(shí)偏差導(dǎo)致冒黑煙

當(dāng)發(fā)電機(jī)正時(shí)不對(duì)滯后發(fā)火時(shí)會(huì)導(dǎo)致緩燃期延長(zhǎng)，排氣冒黑煙。曲軸的主齒輪通過(guò)惰齒輪與正時(shí)齒輪聯(lián)動(dòng)，達(dá)到活塞曲軸運(yùn)行與進(jìn)排氣閥高壓油泵凸輪運(yùn)行默契。當(dāng)惰齒輪精度不高、傳輸有誤差時(shí)就無(wú)法避免地導(dǎo)致發(fā)火時(shí)間提前或者滯后。當(dāng)滯后發(fā)火時(shí)，會(huì)直接導(dǎo)致燃燒不充分，排煙排溫升高。

4.2 AVR參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤導(dǎo)致冒黑煙

AVR調(diào)試參數(shù)如表1所示。

表1 AVR調(diào)試參數(shù)

4.3 發(fā)電機(jī)相關(guān)參數(shù)錯(cuò)誤導(dǎo)致冒黑煙

發(fā)電機(jī)參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤可能導(dǎo)致排煙高溫。我們針對(duì)幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行校對(duì)。預(yù)潤(rùn)滑油泵0.02 MPa低壓報(bào)警，滑油濾器壓差0.1 MPa高壓報(bào)警，滑油進(jìn)口0.25 MPa低壓報(bào)警，起動(dòng)空氣進(jìn)機(jī)壓力1.5 MPa低報(bào)警，控制空氣壓力0.6 MPa低報(bào)警。發(fā)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置正確，排除參數(shù)問(wèn)題的可能性。

5 附屬設(shè)備導(dǎo)致冒黑煙

當(dāng)發(fā)電機(jī)處于高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，機(jī)艙風(fēng)機(jī)必須至少1臺(tái)抽風(fēng)1臺(tái)送風(fēng)，設(shè)備缸套水預(yù)加熱單元必須提前進(jìn)行預(yù)加熱操作，設(shè)備滑油必須定期抽檢并做分油器凈化處理。增壓器濾器必須更換濾網(wǎng)處理，并進(jìn)行壓縮空氣掃灰。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述詳細(xì)分析篩選，我們發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)冒黑煙是可以避免的。在將來(lái)的船舶建造過(guò)程中要做好柴油機(jī)的倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸、安裝及調(diào)試的精細(xì)化檢查工作，落實(shí)專(zhuān)項(xiàng)外檢QC小組的責(zé)任，確保各方面萬(wàn)無(wú)一失。

［1］黃政，周瑞平.船舶柴油機(jī)裝配調(diào)試工藝［M］.哈爾濱工程大學(xué)出版社，2006

［2］胡適軍，胡強(qiáng)生.船舶動(dòng)力裝置安裝工藝［M］.哈爾濱工程大學(xué)出版社，2007