柴油發(fā)電機(jī)冒黑煙問題研究

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年實現(xiàn)8批次出塢、29條船交付、手持訂單世界第一的好成績，但與歐美造船仍有巨大差距。因此，我們在注重造船數(shù)量和速度的同時，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)冒黑煙問題的提出

在整個機(jī)艙設(shè)備中，船舶柴油發(fā)電機(jī)是僅次于主機(jī)的大型動力設(shè)備。它為全船提供電力輸出，因此船東對柴油機(jī)的調(diào)試報驗要求特別高。H1273船是OLDENDORFF公司委托BP建造組在我公司建造的第三艘20萬噸級大型礦砂船。建造過程中，船東和建造組提出各種難題和非常高的品質(zhì)要求。在船舶系泊試驗期間，船東發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)起動初期冒濃煙，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。

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)過高壓油泵加壓，通過噴油器噴入氣缸，氣缸在壓縮至近上止點處爆燃帶動活塞做功，活塞推動連桿曲軸轉(zhuǎn)動，然后通過曲軸傳遞到發(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)速器通過調(diào)節(jié)油門保持發(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（國外50 Hz）。但是在起動初期，發(fā)電機(jī)調(diào)速器的電動馬達(dá)快速動作，導(dǎo)致油門桿動作，雖然調(diào)速器內(nèi)部存在PID調(diào)節(jié)，但是也無法克服巨大的油門變化需求，所以會產(chǎn)生燃油供應(yīng)過量問題，導(dǎo)致柴油機(jī)冒黑煙。正常情況只要不超過額定轉(zhuǎn)速的110%視為正常，并且無設(shè)備報警信號產(chǎn)生。

拆開調(diào)速器，首先檢查重錘是否運行正常，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，服務(wù)工程師提出更換內(nèi)部滑油的建議。因為滑油種類必須是液壓傳動滑油，否則阻尼系數(shù)增加，進(jìn)而導(dǎo)致動作靈敏度降低。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)增壓器是通過增加進(jìn)氣量來提高發(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，甚至無法全部燃燒，從而有黑煙冒出。

我們對增壓器進(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，通過調(diào)節(jié)油泵柱塞上的回油孔與柱塞之間的位置來調(diào)節(jié)燃油的供油量。在柴油機(jī)胎架實驗時，通過調(diào)節(jié)各調(diào)節(jié)旋鈕使每個氣缸發(fā)火均勻。

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

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。活塞環(huán)有泵油和刮油的區(qū)別。如果安裝方向錯誤，滑油被送入氣缸燃燒，導(dǎo)致冒黑煙。在拆檢過程中，我們未發(fā)現(xiàn)有活塞環(huán)安裝錯誤或者損壞。

3.6 排氣閥導(dǎo)致冒黑煙

排氣閥氣門間隙過大或者有固體雜質(zhì)損壞閥與閥座的接觸面。通常情況下當(dāng)活塞到達(dá)上止點時，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排出廢氣。如果氣門間隙調(diào)節(jié)不到位，燃燒的氣體通過間隙逃出氣缸，甚至燃?xì)鉄o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 正時偏差導(dǎo)致冒黑煙

當(dāng)發(fā)電機(jī)正時不對滯后發(fā)火時會導(dǎo)致緩燃期延長，排氣冒黑煙。曲軸的主齒輪通過惰齒輪與正時齒輪聯(lián)動，達(dá)到活塞曲軸運行與進(jìn)排氣閥高壓油泵凸輪運行默契。當(dāng)惰齒輪精度不高、傳輸有誤差時就無法避免地導(dǎo)致發(fā)火時間提前或者滯后。當(dāng)滯后發(fā)火時，會直接導(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)錯誤導(dǎo)致冒黑煙

發(fā)電機(jī)參數(shù)設(shè)置錯誤可能導(dǎo)致排煙高溫。我們針對幾個關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行校對。預(yù)潤滑油泵0.02 MPa低壓報警，滑油濾器壓差0.1 MPa高壓報警，滑油進(jìn)口0.25 MPa低壓報警，起動空氣進(jìn)機(jī)壓力1.5 MPa低報警，控制空氣壓力0.6 MPa低報警。發(fā)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置正確，排除參數(shù)問題的可能性。

5 附屬設(shè)備導(dǎo)致冒黑煙

當(dāng)發(fā)電機(jī)處于高負(fù)荷運行時，機(jī)艙風(fēng)機(jī)必須至少1臺抽風(fēng)1臺送風(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

通過上述詳細(xì)分析篩選，我們發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)冒黑煙是可以避免的。在將來的船舶建造過程中要做好柴油機(jī)的倉儲、運輸、安裝及調(diào)試的精細(xì)化檢查工作，落實專項外檢QC小組的責(zé)任，確保各方面萬無一失。

［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.船舶動力裝置安裝工藝［M］.哈爾濱工程大學(xué)出版社，2007