某二沖程柴油機(jī)掃氣箱增壓腔高溫故障的處置經(jīng)驗(yàn)分析

馬玉成 林永全 張忠麟

摘要：掃氣箱是大型二沖程柴油機(jī)的重要附屬結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)介紹某型船舶主機(jī)柴油機(jī)掃氣箱的相關(guān)結(jié)構(gòu)、掃氣箱與渦輪增壓器的配合原理，根據(jù)柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中掃氣箱溫度過高的故障現(xiàn)象，分析了此類故障機(jī)理，闡述了具體故障排除過程，進(jìn)一步理清了該型柴油機(jī)掃氣箱使用管理注意事項(xiàng)，可為后續(xù)管理提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī);掃氣箱;增壓器

0? ? 引言

對(duì)于大型二沖程低速柴油機(jī)而言，掃氣箱起著一定的掃、排氣作用，可以更好地將新鮮空氣掃進(jìn)柴油機(jī)。掃氣箱容易積淀油渣、積碳等可燃沉積物，且當(dāng)高溫燃?xì)饣蚧鹦堑然烊霋邭庀湫纬蔁狳c(diǎn)時(shí)，就容易導(dǎo)致掃氣箱內(nèi)著火、爆燃?？梢哉f，掃氣箱著火是二沖程柴油機(jī)較為常見的故障之一，但它給機(jī)器造成的危害卻相當(dāng)嚴(yán)重，輕則減速、停車，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐蓺飧滋琢芽p漏水和增壓器損壞[1]。因此，在柴油機(jī)運(yùn)行過程中，密切關(guān)注掃氣箱溫度變化情況，科學(xué)預(yù)防掃氣箱高溫著火事故，是柴油機(jī)掃氣箱使用管理的重要內(nèi)容。

1? ? 柴油機(jī)掃氣箱結(jié)構(gòu)

該船舶共裝配有2臺(tái)同型號(hào)主柴油機(jī)，屬于低速二沖程、九缸單列、回流掃氣式柴油機(jī)。柴油機(jī)排氣側(cè)裝設(shè)有掃氣箱，掃氣箱是分段焊接的，用螺釘固定在氣缸總體上，在其上部有一個(gè)渦輪增壓器的空氣冷卻器。在柴油機(jī)的聯(lián)軸節(jié)端有一個(gè)氣旋式分油器和氣缸下部空間掃氣泵的空氣冷卻器。掃氣空氣箱同時(shí)作為氣缸下部空間掃氣泵的吸入閥和排出閥的閥殼。

相應(yīng)于增壓的方法，通向渦輪增壓器的空氣管在發(fā)動(dòng)機(jī)的聯(lián)軸節(jié)端分支。在回轉(zhuǎn)閥之前有一個(gè)通向安全閥的支管，當(dāng)掃氣泵空間的壓力升高時(shí)安全閥將開啟，使空氣泄入掃氣箱。另一個(gè)安全閥裝在掃氣箱的正面，它是一個(gè)向機(jī)艙開啟的盤形閥。在掃氣箱的入口處同樣也裝有一個(gè)轉(zhuǎn)換閥，它和裝在通向渦輪增壓器的空氣管上的回轉(zhuǎn)閥彼此聯(lián)動(dòng)，當(dāng)一個(gè)閥開啟時(shí)，另一個(gè)閥關(guān)閉。

2? ? 掃氣箱與渦輪增壓器的配合原理

該型柴油機(jī)1～6缸的下部空間可以用來作為掃氣空氣泵，其余各缸的下部空間用蓋板封閉，并通過一個(gè)管子連接，氣缸下部的掃氣空氣泵通過濾器從機(jī)艙吸入空氣。

柴油機(jī)增壓系統(tǒng)如圖1所示。

（1）當(dāng)柴油機(jī)負(fù)荷較小時(shí)，回轉(zhuǎn)閥1開啟，而與其聯(lián)動(dòng)的回轉(zhuǎn)閥2關(guān)閉，使空氣進(jìn)入渦輪增壓器的葉輪，此時(shí)掃氣箱和渦輪增壓器進(jìn)氣屬于串聯(lián)進(jìn)氣方式。

（2）當(dāng)柴油機(jī)的負(fù)荷達(dá)到1/4額定負(fù)荷時(shí)，回轉(zhuǎn)閥2開啟，與它聯(lián)動(dòng)的回轉(zhuǎn)閥1關(guān)閉，且回轉(zhuǎn)閥1關(guān)閉時(shí)留有一定開度。從掃氣空氣泵輸出的空氣經(jīng)分油器和空氣冷卻器后進(jìn)入到掃氣箱，此時(shí)掃氣箱和渦輪增壓器進(jìn)氣屬于并聯(lián)進(jìn)氣方式，活塞下行的送氣路線由增壓器端轉(zhuǎn)換為經(jīng)空冷器后直接送入掃氣箱，但因其壓力和流量都遠(yuǎn)小于增壓器增壓壓力，故不會(huì)對(duì)增壓排氣造成干擾阻礙，實(shí)現(xiàn)了大負(fù)荷工況下增壓流量需求。

3? ? 故障現(xiàn)象、原因分析及處置過程

3.1? ? 故障現(xiàn)象

柴油機(jī)由95 r/min（進(jìn)二工況）加速至125 r/min（進(jìn)三工況）時(shí)，值班船員發(fā)現(xiàn)掃氣箱增壓腔溫度異常升高，并迅速升至85 ℃。掃氣箱著火必須具備兩個(gè)條件：掃氣箱積聚大量可燃物及存在高溫?zé)嵩碵2]。其中，可燃物和氧氣的存在主要是由于主機(jī)燃燒不良或增壓空氣中混有油氣，高溫?zé)嵩磩t來自氣缸燃?xì)饴┬够驋邭鈮毫^低的排氣倒流[3]。因未短時(shí)查明掃氣箱增壓腔高溫原因，為防止掃氣箱溫度過高引起著火事故，遂降低主機(jī)轉(zhuǎn)速至95 r/min，限制掃氣箱溫升。

3.2? ? 故障分析

該型主機(jī)柴油機(jī)增壓系統(tǒng)為自動(dòng)串并聯(lián)增壓方式，柴油機(jī)低速低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，機(jī)器1～6缸活塞下行空間為一級(jí)增壓，活塞上行時(shí)經(jīng)單向閥自機(jī)艙抽氣，下行壓縮至機(jī)器自由端冷卻器，經(jīng)冷卻后進(jìn)入掃氣箱及增壓器進(jìn)氣端。因增壓腔設(shè)在掃氣箱內(nèi)，增壓腔的高溫若不加以限制，就會(huì)引起掃氣箱高溫，從而加熱掃氣箱內(nèi)污油，形成高溫油氣。此時(shí)，一旦有高溫炭渣通過進(jìn)排氣口迸入掃氣箱，就極有可能引起掃氣箱火災(zāi)，造成不可挽回的重大事故。針對(duì)上述分析及掃氣箱具體結(jié)構(gòu)設(shè)置，分析引起掃氣箱增壓腔高溫的主要原因有以下幾點(diǎn)：

（1）柴油機(jī)活塞環(huán)磨損、卡位和斷裂等因素導(dǎo)致密封不嚴(yán)、產(chǎn)生漏氣，高溫、高壓燃?xì)饴┬怪猎鰤呵?，使增壓腔排氣壓力及溫度升高?/p>

（2）空氣冷卻器臟堵、冷卻效果降低，導(dǎo)致掃氣溫度不正常升高。

（3）因增壓腔與掃氣箱有連接的安全閥，當(dāng)增壓腔溫度、壓力異常升高后，安全閥將接通增壓腔與掃氣箱，釋壓降溫。若安全閥未按設(shè)定壓力作用，將無法釋壓降溫，就會(huì)造成掃氣箱增壓腔溫度不正常升高。

（4）增壓腔壓縮空氣有序排出，可對(duì)腔室起連續(xù)冷卻作用，若增壓腔排出通道排氣受阻，壓縮空氣流動(dòng)性下降，熱量無法被帶到冷卻器交換散熱，就會(huì)造成壓氣腔溫度異常升高。

3.3? ? 故障排除

（1）因該柴油機(jī)數(shù)日前剛剛進(jìn)行了全面檢查，首先排除了活塞環(huán)存在密封不嚴(yán)及空氣冷卻器臟堵的情況，船員遂將重點(diǎn)放在檢查掃氣箱增壓腔壓力上。

（2）試驗(yàn)增壓腔壓力超出安全閥設(shè)定值時(shí)，安全閥未起跳釋壓，說明安全閥失去保護(hù)作用。拆檢安全閥，發(fā)現(xiàn)安全閥內(nèi)部銹蝕卡滯，這也說明柴油機(jī)工作時(shí)安全閥處于關(guān)閉狀態(tài)，也就是說，安全閥不起跳會(huì)加劇掃氣箱溫升，但綜合分析這不是導(dǎo)致高溫的最主要原因。

（3）安全閥檢修復(fù)裝后，船員進(jìn)一步檢查壓氣腔出口串并聯(lián)閥開度，因高溫發(fā)生在機(jī)器低負(fù)荷串聯(lián)工作狀態(tài)下，此時(shí)并聯(lián)閥開度的要求是在保證掃氣箱并聯(lián)進(jìn)口壓力不干擾增壓器出口壓力情況下盡量加大，串聯(lián)閥開度的要求則是在增壓器無異常喘振情況下盡量減小，使柴油機(jī)在低負(fù)荷工況既有足夠進(jìn)氣量，又能保證增壓器不因排氣背壓過高而造成異常振動(dòng)。經(jīng)左、右兩柴油機(jī)對(duì)比檢查，發(fā)現(xiàn)右主機(jī)并聯(lián)側(cè)掃氣箱進(jìn)口閥開度過小，造成了壓氣腔空氣流通受阻，從而使溫度異常升高，經(jīng)調(diào)整并聯(lián)閥開度后，柴油機(jī)加速至125 r/min，掃氣箱溫度過高現(xiàn)象消除，恢復(fù)至正常溫度。

4? ? 幾點(diǎn)思考

（1）對(duì)該型柴油機(jī)而言，串并聯(lián)閥一經(jīng)調(diào)定后，嚴(yán)禁隨意調(diào)整其限位螺釘。若改變串并聯(lián)閥開啟比例，將極易造成增壓器喘振或掃氣箱增壓腔高溫隱患情況發(fā)生。

（2）掃氣箱增壓腔高溫時(shí)嚴(yán)禁持續(xù)運(yùn)行，應(yīng)迅速降低柴油機(jī)轉(zhuǎn)速或停車檢查，防止掃氣箱過熱加劇引起火災(zāi)事故。

（3）如調(diào)節(jié)并聯(lián)閥開度，掃氣箱增壓腔溫度不能明顯下降，則應(yīng)進(jìn)一步考慮柴油機(jī)活塞環(huán)密封性破壞、燃?xì)庀滦沟目赡苄浴?/p>

（4）對(duì)該型柴油機(jī)而言，要經(jīng)常檢查掃氣箱壓氣腔安全閥，防止安全閥卡死后導(dǎo)致增壓腔無法釋壓保護(hù)。

（5）要定期檢查清潔掃氣箱，并避免柴油機(jī)長(zhǎng)時(shí)間低速運(yùn)行，消除內(nèi)部積油和可引起著火的可燃物，最大程度排除掃氣箱著火隱患。

5? ? 結(jié)語

由于該型柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)置，掃氣箱在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中承擔(dān)十分重要的作用。在掃氣箱使用管理中應(yīng)樹立全局觀念，把掃氣箱運(yùn)行管理置于柴油機(jī)整體運(yùn)轉(zhuǎn)中思考，加強(qiáng)日常維護(hù)保養(yǎng)。柴油機(jī)運(yùn)行期間，當(dāng)發(fā)現(xiàn)掃氣箱溫度及掃氣壓力異常升高時(shí)，要迅速組織開展故障排查，防止掃氣箱隱患升級(jí)，出現(xiàn)著火、爆裂等嚴(yán)重事故，從而影響船舶航行。

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收稿日期：2020-08-27

作者簡(jiǎn)介：馬玉成（1984—），男，山東濰坊人，碩士，工程師，研究方向：船舶機(jī)械。