WARTSILA 7RT—flex68—D主机增压器故障原因探析及对策

朱一斌


摘要:航行中,WARTSILA 7RT-flex68-D主机增压器喷嘴环因积碳严重而导致转速下降甚至停转,主机排温异常,船舶漂航影响正常营运。
关键词:可变喷嘴环涡轮增压器 燃油控制模块 燃油控制阀
0 前言
XLZ轮为我司4 738TEU集装箱船,2012年出厂,主机为瓦锡兰7RT-flex68-D,功率为21 910kW ,转速为95rpm,配置ABB增压器2个,型号为A175-L34T。
A175-L34T增压器采用了当今比较先进的可变喷嘴环技术(VTG),如图1所示,其核心部分就是可调涡流截面的导流叶片。从图1可以看到,涡轮的外侧增加了一环可由软件控制单元来控制角度的导流叶片,导流叶片的相对位置是固定的,但是叶片角度可以调整,能根据主机负荷的变化自动调节喷嘴环流道截面形状以提高效率,同时降低主机部分负荷时的热应力,强化了主机在部分负荷运行时的反应速度,不但降低了排气温度,还减少了部分负荷时的燃油消耗,同时更好地满足在大气排放限制方面的要求。在理论上不限制主机负荷降低范围,并且当增压器涡轮端被污染时能及时调整增压压力,非常适用于主机长期低负荷运转。
XLZ轮在某次航行过程中,主机增压器因积碳严重而出现停转现象。
1 故障现象描述
2015年6月,主机换用内贸燃油不久,NO.2增压器出现转速下降,其中第三、四、五3个缸的排温异常升高。正值船舶在锚地休整,进行主机试车时,NO.2增压器完全停转,拆开消音器后,盘车转子不动,增压器已经处于完全卡死状态。公司派ABB 专业人员上船进行拆检,发现涡轮端和可变喷嘴环积碳严重,如图2所示,但积碳较松软且有胶粘的感觉,清除积碳后予以装复,试车正常。10天后起锚续航,慢车运行仅2小时, NO.2增压器转速就下降至400转左右。勉强航行8小时靠妥下一港,停泊12小时后,主机备车时,NO.2增压器再次停转。锁定该增压器转子,慢车航行至锚地,撤除对增压器转子的锁定,再次慢车航行,试图让该增压器能再次运转,未果。再次停车,在准备锁定该转子过程中发现增压器转子又可以自由转动,因下一港航程较短,就维持航行,8小时后顺利靠泊。ABB专业人员再次上船对该增压器拆开检查,发现情况与第一次拆检情况类似,也是涡轮端积碳严重,怀疑这严重积碳与所使用燃油质量有关。根据ABB专业人员的建议,立即彻底更换日用油柜的燃油,换用新一批次燃油。开航后,主机运行在50%负荷,状况恢复正常,驶出航道后,主机加车至75%以上,对两台增压器尤其是NO.2增压器涡轮端进行多次核桃壳粒冲洗,状况正常。后降速至公司要求营运转速55rpm,20%MCR,运行2小时后,发现主机NO.2 增压器再次出现降速,故障仍未改善,无法续航,只能再次择地抛锚,继续查找原因。
2 故障排查过程与排除
2.1 导致增压器涡轮端污染的一般因素
导致主机增压器涡轮端污染的情况很多,但归纳起来大致有以下几个方面的原因:
(1)增压器自身故障,油封漏滑油;
(2)主机燃烧工况不佳,产生大量不完全燃烧产物,包含燃油品质不佳及主机燃油系统相关设备状况不佳;
(3)主机燃烧过程中混入了滑油,包含气缸油异常喷射和燃烧室组件漏泄,如活塞头裂穿,系统油漏至燃烧室等等。
2.2 故障排查过程
经过短时间内两次对主机增压器拆检,拆检人员认为在如此短的时间内造成增压器涡轮脏堵,基本可以排除增压器自身故障。在对排烟总管检查时发现内部油垢严重,怀疑是燃油品质或燃烧系统及其设备存在问题,故障可能来自主机本身或燃油质量或滑油漏入燃烧室等。
2.2.1喷油器
排查过程中,主管人员根据主机燃油喷射曲线及主机各缸参数判断,更换了多个缸的喷油器,情况毫无变化,基本排除喷油器的故障。
2.2.2 燃烧室状况
通过扫气箱对主机活塞头的检查并未发现泄漏,但排温高的各缸对应的扫气箱底部油泥明显较其他缸多。对扫气箱半小时泄放油量统计,证实排温高的缸的底部油泥数量较大。针对主机气缸油设定值,核对扫气箱残油化验其指标都正常,活塞头泄漏也可以排除。又考虑到排温高的第三、四、五缸,且监测到第五缸扫气箱残油最多,于是决定拆检第五缸盘根箱,并更换了第五缸盘根箱,试车也无改善,排除盘根箱泄漏的可能。虽然主机曲拐箱滑油消耗较多,每月1 500升左右,但与用外贸燃油期间比较,未见消耗异常增加。综上所述,燃烧室漏入滑油的可能性也就被排除。
2.2.3. 燃油
因为主机增压器脏堵问题发生在从外贸燃油切换为内贸燃油之际,核对两个批次的燃油化验指标,发现燃油的CCAI值高于上限,所以对燃油进行了切换使用,但连续切换两批燃油都未见工况改善。此时传来加油船公司的信息,这两批次燃油的确存在问题,限于船上只有两个日用柜,无法再切换至第三种油品加以证实,但在对主机更换轻柴油进行试验时发现主机第三、四、五缸排温与其他缸相比,排气温差出现异常,甚至偏差超过100℃以上,35rpm都无法维持稳定运转,对排温高的各缸进行负荷调整也失效,说明燃油设备出现严重泄漏导致排温异常情况发生,与燃油质量好坏关系不大。
2.3 故障排除
根据主机排烟总管内的油垢情况再次回到对燃烧情况的分析,排烟总管内的油垢显然是严重后燃导致的。主机第三、四、五缸喷油器已经拆检过,对其测取压缩压力和爆压基本正常,排除排气阀故障。共轨压力一直保持正常,现在的可能性只有一个,那就是ICU故障,更换了排温最高的第四缸ICU 后试车,排温转为正常,这才确认了故障部位,后续又更换了第三、五缸的ICU 后,主机试车,工况参数全部恢复正常,主增压器也不再出现转速下降,至此,该起故障得以完全解决。
该型主机喷油设备设计较为精密,由于本批次燃油的CCAI值高于上限,燃油品质下降,导致ICU内部燃油控制阀ICV密封面磨损加剧,致使ICV无法正常关闭或者关闭不严,而燃油共轨中始终保持高压,喷油器在非工作区间仍在少量喷油,导致泄漏燃油通过排气阀直接进入主机排烟管,甚至直接到增压器涡轮端,造成燃烧不良甚至后燃,致使增压器涡轮端脏堵,也是此次故障的主要原因。
3 管理对策
3.1 在排除故障过程中,由于几个方面的问题同时出现,走了较多弯路。如外贸油换内贸油、燃油CCAI值高于上限等,虽然问题有一定的偶然性,误导了分析过程,但在燃油管理方面要特别引起重视。监督加装过程的每个环节,确保加装油品质量,发现问题应及时停用该批燃油,切换新批次燃油。
3.2经常验证各ICU的密封性,提前发现ICU存在的关闭不严和内漏问题,做到早发现早解决。在出现问题后,可以通过切换轻柴油的方法轻易检查出异常的ICU,因为轻柴油的低黏度会使ICU泄漏加剧,故障现象更为明显,此方法简便可行。在工作中还发现另一种判断ICU工况的方法更为简单可靠,在更换喷油器时,拆除高压油管后对主机进行盘车建立共轨压力,此时即能观察到ICU密封性是否良好,泄漏量的大小等等,此法简便可行,可以作为平时更换油头时的检查项目,也可以在需要确认故障时使用该方法。
3.3 当出现某缸排温高等异常现象时,在更换喷油器和确认排气阀无故障后,应及时进行ICU替换操作以便及时排除故障,而不应过分依赖喷射曲线和数据以及出现报警来确认ICU故障。该型主机其实在传统的柴油机的高压油泵和喷油器之间增加了ICU,解决问题的时候应及时更新思路,喷射曲线指示的只是电磁阀动作是否正常,流量活塞是否卡阻等信息,类似此次故障就无法给出报警提示。
3.4更换ICU后,需要充分放气,也可能会出现流量活塞卡在末端问题等报警,解除报警后进行各缸功率的平衡操作,之后主机可恢复正常运行。这次换的3个缸ICU,在充分放气后,试验动车初期仍然出现了两个缸的报警和不动作,但在运行半小时后全部恢复正常。根据技术资料介绍,出现ICU的流量传感器活塞卡在行程末端时,请注意:(1)卡住不一定是机械咬死,也有可能是共轨阀的动作失灵,燃油流量传感器故障,相应的FCM模块故障或冷的控制油等原因;(2)当用温度较高的燃油工作一定时间或者降下共轨的压力,有可能故障自动消除,一般不用急着更换ICU。同时也提醒我们尽量不要一次更换2个以上ICU,如果2个缸试车时同时出现不动作和不发火,会引起主机各缸功率极度不平衡,转速出现较大波动。
3.5 由于ICU价格昂贵,一般情况下出现泄漏的是ICU中的ICV模块,更换ICV就可以解决此类故障,可以节约较大的备件费用。
4 结束语
瓦锡兰RT-flex主机是目前比较先进的智能柴油机,该机型通过先进的软件和计算机控制喷射定时、喷油压力、共轨压力以及排气阀定时等参数,能实现在各个负荷下的性能最优化,排放最佳。同时提高柴油机可靠性和经济性,延长服务年限。在管理中尤其应注意:
(1)喷射设备设计较为精密,需加强燃油品质管理,从加装燃油的源头到具体的净化使用管理,一定确保各个过程的严格规范管理,防止混入异物。
(2)加强共轨系统伺服滑油的清洁和管理,按规定时间清洗滤器,确保滤网无破损。
(3)平时加强运行中的曲线的检查和参数管理,发现异常及报警及时解决,对数据进行科学分析,运用各种知识和智慧通过细心观察,确保在故障初期就进行介入处理。例如这次的故障,该型主机专用的服务软件就没给出任何报警和提示。
(4)此次故障原因是燃油系统组件出现问题,但故障现象却反映在增压器上,解决问题需开拓思路,透过现象看本质,从源头解决问题。
参考文献:
[1] 上海市航海学会.船舶主流机型服务手册RT-flex服务公告2.1.01[M].上海交大出版社,2013.01.
[2] 胡井波.增压器可变喷嘴控制系统的管理[J].航海技术,2012.04.
[3] 瓦锡兰7RT-flex68-D说明书.
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