WARTSILA 8L46C 型廢氣/增壓系統旁通閥異常開啟對主機工況的影響與對策

唐 然,喻健康

(中國衛星海上測控部，214431)

0 引言

WARTSILA8L46C 型柴油機引進by-pass valve(增壓空氣旁通閥)和waste gate valve(廢氣旁通閥)，在低負荷情況下通過打開by-pass valve，來提高增壓器渦輪轉速，從而使掃氣箱有足夠量的增壓空氣參與燃燒；在高負荷情況下通過打開waste gate valve 來降低廢氣能量，增壓器渦輪轉速下降，從而達到保護增壓器轉子的目的。若在狹窄水道、船舶密集或大風浪航行等，旁通閥異常開啟將會嚴重影響主機工況，進而對船舶航行帶來巨大的安全隱患。

1 by-pass valve 和waste gate valve 結構原理簡介

圖（1）為by-pass valve 和waste gate valve 的基本布置圖

1.1 by-pass valve 和waste gate valve 基本管路布置

圖（1）中：①煙囪；②增壓器；③排氣總管；④by-pass和waste gate 共用支管；⑤柴油機機架；⑥掃氣箱；⑦bypass valve 支管；⑧by-pass valve；⑨waste gate valve；⑩waste gate valve 支管。

1.2 by-pass valve（增壓空氣旁通閥）功能及其控制

by-pass 增壓空氣旁通閥為一只蝶閥，安裝于掃氣箱與增壓器廢氣進口端連通管上，主要用于轉速易變的發動機，以在較高負載時得到一個較高的增壓器效率和在部份負載時有足夠的余地抵抗負載起伏，即柴油機處于低負荷時，使增壓器有足夠的喘振裕度。因為，柴油機低負荷時，排氣脈沖大，增壓器轉子動能不穩定，且柴油機耗氣量小，增壓壓力增大，導致壓氣機背壓高，較易發生喘振，因此設置該閥并適時打開，使部分增壓空氣從掃氣箱進入增壓器渦輪端，減小壓氣機背壓，來增大轉子動能，從而增大喘振裕度。增壓空氣旁通閥由一個電控氣動閥控制，其控制信號來自于串聯連接的轉速繼電器和增壓空氣壓力開關。當柴油機轉速低于425 rpm 且掃氣壓力大于0.032MPa 時，增壓空氣旁通閥會自動打開，使部分增壓空氣從掃氣箱進入增壓器渦輪端以增大增壓器的轉速。

1.3 waste gate valve（廢氣旁通閥）功能及其控制

waste gate valve 廢氣旁通閥裝于增壓器廢氣渦輪端連通管上，該閥門系統是一個為高增壓柴油機的一套優化/保護綜合系統。廢氣門設計意圖是：在較低的和部分負載(較高增壓空氣壓力，較低燃油消耗和較低排氣溫度)時，提高柴油機的工作性能。當負荷超過85%或增壓空氣進氣溫度很低時，增壓壓力和氣缸燃燒壓力過高，此時，掃氣箱增壓壓力一旦大于0.03MPa，必須使部分廢氣分流至煙囪，以此減少進入渦輪端廢氣流量，使掃氣箱增壓空氣參與各缸燃燒的量控制在適當的水平，以保證柴油機發揮最佳工況。廢氣旁通閥由一個電控氣動閥控制，其控制信號來自于隨負荷變化而變化的增壓空氣壓力。當柴油機轉速高于425 rpm 且增壓空氣壓力大于0.3MPa 時，廢氣旁通閥會自動打開，使部分廢氣分流至煙囪從而降低進入渦輪端廢氣能量。當增壓空氣壓力小于0.3MPa 時，廢氣旁通閥會自動關閉。

2 旁通閥異常開啟的故障現象

2.1 by-pass valve 異常開啟

案例一：某船正常航行在大洋上，船速為18 節，右柴油機工況為7400KW 左右時，康士伯監測報警系統檢測到該柴油機各缸平均排氣溫度超過設定報警值450℃，發出聲光報警信號，報警延續10 秒后，該機控制系統自動執行降負荷程序。此時，輪機員檢查發現該機增壓壓力偏高，柴油機排氣煙色較黑，掃氣溫度上升，通過排查確認是由于by-pass valve 異常開啟造成。

2.2 waste gate valve 異常開啟

案例二：某船在長江航道上行駛，船速為8 節，右柴油機工況為1500KW 左右時，康士伯監測報警系統檢測到該柴油機1#氣缸排氣溫度超過設定報警值520℃，隨后4#、7#、8#缸排氣溫度均超過設定報警值。康士伯監測系統發出報警信號，10 秒后柴油機同樣執行降負荷程序。此時，輪機員檢查發現柴油機增壓器轉速下降，且增壓器前后排氣溫度差值過小，幾乎相等，柴油機煙色變黑，通過排查確認故障原因為waste gate valve 異常開啟。

3 旁通閥異常開啟對工況的影響分析

3.1 by-pass valve 異常開啟的影響

柴油機在高負荷（7400KW）工作時，by-pass valve 異常開啟。此時，由于廢氣壓力遠遠大于掃氣壓力，高溫高壓的廢氣進入掃氣箱，造成掃氣箱空氣溫度顯著升高，導致柴油機燃燒惡化。同時部分廢氣進入掃氣箱后，又影響到增壓器渦輪端的廢氣能量，造成增壓器渦輪轉速下降，同軸另一側的壓氣機壓入的新鮮空氣量就會相對減少，在柴油機操作手柄給定量控制下，柴油機不能發揮其最佳給定工況。受其影響的還有，掃氣溫度升高，掃氣箱溫控閥會自動增大中冷器的淡水循環量，一旦溫度過高，中冷器來不及將掃氣溫度冷卻至45℃，就進入掃氣箱，造成空氣密度降低，導致柴油機燃燒不充分。柴油機出現滯燃現象后，還會使排氣溫度顯著升高，排溫升高又直接影響排氣閥使用壽命。冷卻水如此循環，由于中冷器熱交換量增大，冷卻水溫度就會升高，此冷卻水途經滑油冷卻器，過熱的冷卻水會使滑油冷卻效果變差，滑油溫度越高，流速越快，粘性越低，進入機體后，潤滑油膜不易建立，會加大柴油機運動件的機械磨損，如不及時解決此故障將會帶來嚴重后果。對此進行了排查，發現by-pass 電磁閥閥芯膜片損壞，導致氣路直通至by-pass valve 氣缸，在0.7MPa 控制空氣作用下，by-pass valve 始終處于開啟狀態，且無法自動復位，造成以上一系列的影響，更換后by-pass 電磁閥閥體，此故障隱患排除，系統恢復正常。

3.2 waste gate valve 異常開啟的影響

柴油機在低負荷工作情況下，waste gate valve 異常開啟，部分廢氣被旁通直接排入煙囪，使得增壓器渦輪轉子動能不足，壓氣機轉速下降，進入掃氣箱新鮮空氣量不足，增壓壓力下降，導致柴油機燃燒惡化，多缸排溫就會出現高溫報警，致使柴油機自動降負荷。在操作手柄給定量控制下，柴油機不能發揮其最佳給定工況。若柴油機在滿足by-pass 閥打開的條件時，waste gate valve 異常開啟，就會使部分廢氣進入掃氣箱，此時如不及時解決，后果更為嚴重。對此通過徹底排查，發現柴油機增壓空氣壓力傳感器線路短路，造成控制信號異常，是該故障發生的主要原因，更換短路線路后，故障歸零。

4 管理對策

柴油機正常運行工況時，上述旁通閥出現異常開啟后，對船舶航行安全影響較大，必須高度關注，要及時準確定位，盡快排除。

4.1 日常維護保養

嚴格按照說明書要求定期（每次啟動前）對by-pass valve和waste gate valve 系統進行系統測試，定期（每半年）對旁通閥、定位裝置和氣壓動力缸等部件進行檢查保養。

4.1.1 系統功能測試

（1）by-pass valve 系統功能測試

① 柴油機停車時，by-pass valve 應處于關閉狀態，接線箱E1 內連接旁通電磁閥的端子上無電壓顯示。同時還應通過執行器目視檢查蝶閥閥瓣的位置。檢查閥位指示與實際位置是否對應以及是否有旁通報警（正常情況下，不應有旁通報警）。

② 將壓力傳感器檢驗工具（手動氣泵）與檢驗端口（6）相連。見下圖（2）。慢慢升高壓力，檢查壓力繼電器（4）開關是否在0.032MPa 處動作。此時增壓旁通閥應打開（如果接線箱E1 內連接旁通電磁閥的端子上有24VDC，則說明旁通閥已打開）。同時還應通過執行器目視檢查蝶閥閥瓣的位置。檢查位置指示與實際位置是否對應以及是否有旁通報警（正常情況下，不應有旁通報警）。

（2）waste gate valve 系統功能測試

①發動機停車時的模擬功能測試

如下圖（2），將壓力傳感器檢驗工具（手動氣泵）與檢驗端口（6）相連，向發動機上的壓力變送器（5）模擬增壓壓力，觀察廢氣旁通閥的動作。

圖（2）系統結構原理圖

當模擬的增壓壓力超過0.3MPa 時，旁通閥應開始動作，如果電控系統已給出正確的信號，但旁通閥不動作，此時應檢查控制空氣壓力并通過控制空氣進氣管上的減壓閥時進行調節。如仍無動作，則必須放空空氣系統并手動測試旁通閥。如果旁通閥、定位裝置和氣壓動力缸有卡滯現象，必須解體清潔并更換損壞的密封件。此外還應檢查定位裝置和動力缸之間的連接件。

②發動機運行時的功能測試

柴油機啟動時，旁通閥會在啟動過程中都要進行自動檢測一次，此時應觀察電控系統功能和旁通閥的位置，旁通閥應動作。如果不動作，則不得增加柴油機負荷，應按上述方法查找故障原因，直至故障排除。

4.2 突發故障時的應急處置

若船舶在狹窄水道、船舶密集或大風浪航行時，旁通閥發生異常開啟，應對措施如下：

（1）by-pass valve 異常開啟時的應急處理

①斷開by-pass 電磁閥的供電電源；

②關閉by-pass valve 控制空氣截止閥。

（2）waste gate valve 異常開啟時的應急處理

①斷開I/P 控制電磁閥的電源；

②關閉waste gate valve 控制空氣截止閥。

5 結束語

增壓空氣旁通閥和廢氣旁通閥是WARTSILA8L46C 型柴油機特有的一套輔助裝置。對我們輪機管理人員來說，這是一個全新的概念。面對全新的設備和全新的系統，要維護管理好它，必須正確掌握其機理和結構特點，在實踐中，不斷地對其工作特點、運行規律加以摸索和研究，只有真正做到科學管理，認真維護，才能確保其工作更安全、更可靠。

[1] 滿一新.船機維修技術.大連海事大學出版社.1999 年

[2] 輪機維護與修理.大連海事大學出版社.2000 年

[3] W?RTSIL? 公司.8L46C 主機使用手冊.2007 年