某船6L23/30HZ型發電柴油機增壓器喘振故障分析

文/ 中海發展廣州油輪分公司 鄒 炳 歐陽龍

某船6L23/30HZ型發電柴油機增壓器喘振故障分析

文/ 中海發展廣州油輪分公司 鄒 炳 歐陽龍

近期在處理一起發電機增壓器喘振故障時，發現相關人員長期采取調節油門的方式來消除排煙溫度偏差，造成超速停車裝置動作引起喘振現象。該案例比較典型，通過故障分析，為新型超速保護裝置的發電柴油機遇到故障問題提供借鑒。

發電機；增壓器；喘振；調節油門；超速停車機構

一、相關的基本技術參數

本機為鎮江柴油機廠引進MAN B&W公司技術生產的6L23/30HZ型、新式增壓、四沖程柴油機作為船上發電機，單機額定功率710 kW ，轉速720 r/min，WOODWARD型電液調速器，2004年出廠。發電機使用的燃油和主機一致，目前使用180cSt燃油。

二、故障簡述

較長一段時間以來，該船1#發電機在增加負荷時增壓器均會產生一次猛烈的喘振。觀察發現：故障發生時，增壓器廢氣端的煙迅速膨脹，而壓氣端會有氣流反沖出來，然后恢復正常，此時1#機各缸排煙溫度均比同負荷下2#、3#機的高。在此期間的一段時間內，船舶主要在渤海灣等低溫地區航行，1#機則恢復正常，各參數與其他兩臺發電機基本一致，喘振現象也消失了，可以在420 kW常用高負荷下單機運行。近期南下在氣溫較高地區航行時，喘振現象又出現，而且負荷在300 kW左右時只要外圍有設備啟動即會產生強烈喘振，無法單機運行。同時，向1#機增加負荷時在機旁會聽到一股明顯的氣流聲，加載的負荷稍大即有強烈的喘振抨擊聲。

三、故障原因分析及采取的措施

1. 供油系統方面

針對增壓器喘振問題，首先從容易分析的表象著手，結合排煙溫度高的現象，對供油系統、噴油器和爆壓三方面進行調整：測量爆發壓力，更換全部油頭，調整排煙溫度使之平均。調整后排溫雖略有好轉，但喘振現象仍然存在。于是觀察高壓油泵并活絡齒條，同時觀察齒條刻度，發現其中2號、4號缸的高壓油泵齒條刻度偏大，齒條不靈活，加負荷時有遲滯現象。遂更換相應兩臺高壓油泵，調節油門使排溫平均，而喘振現象依然如故。

2. 增壓器自身方面

1#發電機曾有過氣閥斷裂、碎屑損壞增壓器的歷史，事后經廠家修理恢復正常，但是否有殘留的硬物雜質等損傷增壓器本身呢？于是對該機增壓器進行拆檢，發現噴嘴環槽以及葉輪煙灰較多，清潔干凈后再拆檢軸承發現其狀況良好，但為保險起見仍將其換新。裝復以后使用正常，排溫有所好轉，但向該機增加負荷時仍然有增壓器喘振現象，并且負荷變動時在機旁仍能聽到很清晰的氣流沖刷聲。

3. 噴油定時方面

由于該機啟動時常會發出“噴射系統故障”報警，故再在噴油系統定時方面查找原因，是否由于噴油的不平衡或者噴油定時提前或滯后過多造成氣流脈沖呢？于是檢查、調節氣閥間隙，檢查并調節燃油凸輪轉角微調噴油定時，運行試驗各參數沒有明顯變化，但加負荷時增壓器仍然發出強烈的喘振聲響。

4. 進排氣系統方面

經過前面的原因查找和處理，1#發電機正常運行時各相關熱工參數與2#、3#機已基本一致，如表1所示。比照該機空冷器、各缸排煙溫度以及增壓器前后排溫未發現異常。

表1 1#發電機運行時各缸相關熱工參數

1#與2#機并聯使用時觀察煙囪排煙情況，發現1#機從排煙管排出的煙沒有2#機的飽滿且略微泛白。拆檢1#機的空冷器后發現腔里有積水，且其連接處漏氣，將其處理以后裝復正常使用。空冷器氣腔里有積水，是因為本船長期以來低溫淡水設置太低（在26 ℃），使得增壓后空氣中的水蒸氣凝集在里面所致。故調高低溫淡水至33～35 ℃試用，空冷器氣道積水消除，排煙煙色正常，其他參數未變化。據了解，本機長久以來均有啟動困難伴隨“噴射系統故障”報警的問題，查閱說明書均無對此報警的描述和解決辦法，故以為是系統探頭誤報且不影響工作而沒有太在意。

觀察發電機排煙管的走向和布置，發現1#機排煙管有一段小于90°的彎頭，且有段時間發現煙囪有積水沿1#機排煙管流入機艙，曾懷疑1#機排煙管的消音器是活頁結構，其內的部件經腐蝕脫落后卡阻甚至堵塞煙道造成該機排煙不暢。決定拆檢1#機排煙管的消音器，卻發現無法進行。后詢問某船廠監造人員，得知該消音器結構簡單，因腐蝕或其他原因導致內部部件脫落堵塞煙道的可能性極小。按照說明書的介紹，排氣正常背壓為1961～2942 Pa（200～300 mmH2O），實測1#與2#機排氣背壓，1#機的稍高，但也不至于高到引起增壓器喘振的地步。所以，該機進、排氣方面導致增壓器喘振的原因也被排除了。

5. 調速器方面

因為負荷穩定時使用不存在問題，各參數也正常，只是在負荷變動時才有氣流聲以及增壓器強烈喘振聲，于是觀察增加負荷時調速器的動作情況，對比2#、3#機的調速器執行動作，發現1#機的調速器動作較平穩，但是調速桿的角度與2#、3#機的有明顯差異，330 kW負荷時調速桿基本達到最大角度。于是微調1#機調速桿的調節螺釘，參照2#、3#機增大啟動油門，發現啟動容易了，并且“噴射系統故障”報警也沒有再出現，但在高負荷時啟動鍋爐等大負荷設備，增壓器仍然會發出喘振聲響。

6. 超速停車裝置方面

該分析的問題似乎都考慮到了，一切似乎沒有了頭緒，但是問題不可能憑空而來，一定還有某方面尚未查到的原因存在。故障原因查找又回到了起點，這需要輪機技術人員具備透過現象看本質的能力，才能發現問題的源頭。再次詳細觀察1#機增壓器喘振時候出現的現象，考慮到該增壓器曾發生過故障，是否修理后安裝間隙未達到要求呢？或者是某個小部件被忽略造成氣封不良致使煙反沖呢？于是，從其結構入手，再次拆開增壓器，發現進氣噴嘴環槽末端的一圈小孔原來是通過電磁閥連接到啟動空氣管的。查閱說明書發現此空氣管為超速停車裝置的組成部分，于是將目標鎖定在氣源過來至增壓器的補氣電磁閥上。

當時分析可能是因為電磁閥關不嚴造成的，拆檢電磁閥發現膜片、閥芯等均完好無漏，于是懷疑是增加負荷時系統給了電磁閥一個錯誤的脈沖信號。為驗證此推斷，運行時關閉了補氣閥前的截止閥，但卻產生了“噴射系統故障”報警，所以不能關。再對照說明書，找到此電磁閥的控制部件，原來在油門總桿上超速停車機構下面極隱蔽處有一個小小的λ發射器探頭，運行時用螺絲刀觸撥此發射器發現增加負荷時出現的氣流聲原來就是這里產生的，原因就是其與超速停車汽缸頂桿距離太近，增加負荷時超速停車汽缸頂桿觸碰到λ發射器探頭造成補氣電磁閥開啟。

此λ發射器探頭裝置是用銷固定在油門總桿上的，只可作微調。于是將超速停車汽缸的管路吹通清潔，并松開該機全部六個缸油門桿，順時針轉動油門總桿，與2#、3#機的調速器桿角度對比調整至合適位置，然后按照說明書要求將各缸油門（即啟動油門）固定在17位置，啟動1#發電機順暢無報警；再試驗增加負荷，未聽到氣流聲，增壓器也未發生喘振。多次試驗故障均未再出現，將該機恢復到單機常用大負荷（420 kW）下使用，且運行了300 h左右，在各相應負荷下其工況正常。至此這個長期遺留的故障得以徹底解決。

四、故障成因解析

長期以來，該船發電機燃油的油質、油溫（180cSt進機溫度連100 ℃都不到）以及燃油添加劑等處理不當，造成高壓油泵、噴油器等過度磨損，導致燃油供油效果變差，且該船航線短，長期雙機低負荷并聯運行，使得發電機各缸排煙溫度偏差較大。同時，由于多任主管輪機員在處理該機單缸排煙溫度偏差較大的問題時，都采用單缸調節油門的方法，使得油泵齒條和油門總桿發生相對位移。當油泵齒條往增大油量的方向調節相對較多時，油門總桿即會順時針轉動，帶動限位器與停車頂桿越來越靠近，當加負荷時油門增大，其間距更小甚至碰到一起，觸發λ發射器探頭發出超速信號，一方面打開補氣電磁閥釋放空氣反沖增壓器防止其超速，另一方面由于整機油門加大瞬間排煙量增加，導致廢氣端排氣不順暢形成猛烈的沖擊聲。這就是增壓器喘振時觀察到廢氣端迅速膨脹、壓氣端有氣流反沖出來，且在機旁會明顯聽到一股氣流聲的原因。反之，當油泵齒條往減小油量的方向調節相對較多時，可能導致油門總桿向逆時針方向發生相對位移，造成啟動油門減小而啟動困難。

五、經驗和教訓

1. 打開思路，理清查找故障的方向

針對發電機排煙溫度偏差大現象，動輒調節單缸油門是極不可取的，這會導致各缸功率和受力不均，長期如此操作和管理易導致設備損傷和縮短檢修周期。正確的做法是：從排煙管自身、燃油溫度及質量、噴油器、高壓油泵、氣閥和進排氣系統、供油定時以及汽缸內各部件的狀況等方面入手來查找原因，然后采取相應的處理措施。遇到問題，相關的管理人員應周全考慮，不能被某些表面現象禁錮住思路，需正確理清查找問題的方向，從現象到本質、從簡單到復雜，全面系統地加以分析，才能少走彎路，少做無用功。

2. 船舶輪機管理人員應具有敢于面對任何問題的信心

本文提及的1#發電機長期啟動困難以及“噴射系統故障”報警問題，若能引起相應輪機管理人員足夠重視，耐心地、極具信心地去查找原因，相信問題也不至于拖延那么久才得以解決。

3. 充分利用相同設備做參照比較

船上有許多設備是配備了相同的兩套甚至更多套，完全可以將出現問題的設備與正常的加以比較，及早發現產生問題的原因所在。比如本文中的船舶上就有三臺同樣的發電機，將出現故障的1#機的調速器桿角度、啟動油門桿齒條刻度、超速停車汽缸頂桿露出部分的長度等與正常的2#、3#機進行比較，找出故障的原因后處理起來就會容易得多了。

4. 有效地利用船舶現有技術資料

船舶的設備說明書、試驗記錄、修理記錄等技術資料對輪機技術人員發現問題、處理問題具有很好的指導作用。船上各職相關管理人員須認真閱讀理解這些技術資料，以幫助自己在處理問題的關鍵時刻理順思路和指明方向，尤其是針對近年新造船上的新設備，輪機技術管理人員更是離不開這些船舶現有的一手技術資料的指導。本文中提及的設備故障問題能得以有效解決，實際上最終也是在相關人員認真閱讀說明書后才發現了問題的根源，確保了設備的安全運行 。

六、管理上采取的改進措施

1. 適當提高燃油進機溫度

船上將燃油日用油柜的油溫從原來設定的75 ℃提高到90 ℃， 燃油單元加熱器出口溫度在保證黏度的前提下從110 ℃提高到115~120 ℃（180cSt燃油）。當船舶航行于寒冷區域時，機艙環境溫度保持在不低于25 ℃，盡量減小燃油系統管路的溫降，保證燃油進機溫度不低于110 ℃。

2. 提高燃油添加劑的效果

鑒于該船沒有添加劑滴定裝置，加裝燃油時添加劑（油泥分散劑）是從量油孔倒入油艙的，其無法與燃油充分有效混合。船舶采取轉換燃油艙之前用駁運泵將油艙燃油進行循環，加強添加劑（油泥分散劑）與艙內燃油的有效混合，提高燃油的燃燒品質。

3. 加強對燃油噴射部件的監控

定期對噴油器進行起閥壓力和霧化試驗，及時更換工況差的噴油器。加強高壓油泵狀況監測，視情況更換柱塞偶件或新高壓油泵，盡量避免以調節單缸油門的方式來平衡熱工參數。

Surge cause analysis on type of 6L23/30HZ generator turbocharger

ZOU Bing，OUYANG Long