柴油發電機冒黑煙問題研究

侍 博 仇玉龍

（上海外高橋造船有限責任公司，上海200137）

0 引言

上海外高橋造船2014年實現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，我們在注重造船數量和速度的同時，也要加強質量控制。從技術層面上深入分析各種生產問題，特別是發電機、主機等大型設備的技術工藝研究。

1 柴油發電機冒黑煙問題的提出

在整個機艙設備中，船舶柴油發電機是僅次于主機的大型動力設備。它為全船提供電力輸出，因此船東對柴油機的調試報驗要求特別高。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要求。在船舶系泊試驗期間，船東發現發電機起動初期冒濃煙，要求船廠給予解釋。因此，本文就船舶柴油發電機冒黑煙做詳細分析，為高質量完成柴油發電機調試總結經驗。

2 柴油發電機的工作原理

船舶柴油發電機由柴油機和發電機組成。發電機由定子、轉子、勵磁線圈、控制面板等組成。柴油機由油底殼、曲軸、連桿、活塞、機架、缸套、高壓油泵、調速器、缸頭設備等組成。發電機燃油經過高壓油泵加壓，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動，然后通過曲軸傳遞到發電機轉子，轉子切割磁感線產生電流輸出。期間控制面板的電壓控制單元AVR和發電機的調速器共同作用，保證發電機的電壓、電流、頻率穩定。

3 柴油發電機部件故障分析

3.1 調速器導致冒黑煙

調速器通過調節油門保持發電機轉速穩定，確保發電機頻率穩定在60 Hz（國外50 Hz）。但是在起動初期，發電機調速器的電動馬達快速動作，導致油門桿動作，雖然調速器內部存在PID調節，但是也無法克服巨大的油門變化需求，所以會產生燃油供應過量問題，導致柴油機冒黑煙。正常情況只要不超過額定轉速的110%視為正常，并且無設備報警信號產生。

拆開調速器，首先檢查重錘是否運行正常，然后檢查內部彈簧是否牢固。當我們與廠家探討需要更換調速器時，服務工程師提出更換內部滑油的建議。因為滑油種類必須是液壓傳動滑油，否則阻尼系數增加，進而導致動作靈敏度降低。從圖1中調速器油位指示觀察孔可以看到液位，并且有用油要求。

3.2 增壓器導致冒黑煙

圖1 調速器

在供油一定的情況下，發電機增壓器是通過增加進氣量來提高發電機的功率，進而節省燃油、增加燃油利用率。但是在起動初期由于增壓器的慣性，轉速增加很慢，加上低流量高背壓和低速效應使發電機轉速在初期起不到增加進氣量的作用。燃油和進氣量的懸殊匹配導致緩燃期增加，排氣溫度相應升高，甚至無法全部燃燒，從而有黑煙冒出。

我們對增壓器進行拆檢，確定增壓器內部安裝正確，精度符合要求，但是存在大量銹蝕（圖2）。

3.3 高壓油泵導致冒黑煙

發電機的高壓油泵供給高壓燃油，通過調節油泵柱塞上的回油孔與柱塞之間的位置來調節燃油的供油量。在柴油機胎架實驗時，通過調節各調節旋鈕使每個氣缸發火均勻。

如圖3所示，通過手動調節各柱塞斜切口的初始點的位置來改變初始供油量，進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 噴油器導致冒黑煙

發電機的噴油器是把高壓油泵提供的燃油在氣缸內霧化的設備。霧化的優良直接影響燃燒的是否充分。其主要由噴嘴、彈簧、針閥偶件、調節螺母等組成。因此，我們松掉鎖緊螺母，調節彈簧預緊力，改變噴油器的霧化狀況。

3.5 活塞環導致冒黑煙

活塞環主要由刮油環、密封環、承磨環組成。活塞環有泵油和刮油的區別。如果安裝方向錯誤，滑油被送入氣缸燃燒，導致冒黑煙。在拆檢過程中，我們未發現有活塞環安裝錯誤或者損壞。

3.6 排氣閥導致冒黑煙

排氣閥氣門間隙過大或者有固體雜質損壞閥與閥座的接觸面。通常情況下當活塞到達上止點時，排氣閥關閉，噴油器發火，燃油在氣缸內燃燒做功，第四沖程排氣閥打開排出廢氣。如果氣門間隙調節不到位，燃燒的氣體通過間隙逃出氣缸，甚至燃氣無法達到燃燒溫度。

4 柴油發電機參數故障分析

4.1 正時偏差導致冒黑煙

當發電機正時不對滯后發火時會導致緩燃期延長，排氣冒黑煙。曲軸的主齒輪通過惰齒輪與正時齒輪聯動，達到活塞曲軸運行與進排氣閥高壓油泵凸輪運行默契。當惰齒輪精度不高、傳輸有誤差時就無法避免地導致發火時間提前或者滯后。當滯后發火時，會直接導致燃燒不充分，排煙排溫升高。

4.2 AVR參數設置錯誤導致冒黑煙

AVR調試參數如表1所示。

表1 AVR調試參數

4.3 發電機相關參數錯誤導致冒黑煙

發電機參數設置錯誤可能導致排煙高溫。我們針對幾個關鍵參數進行校對。預潤滑油泵0.02 MPa低壓報警，滑油濾器壓差0.1 MPa高壓報警，滑油進口0.25 MPa低壓報警，起動空氣進機壓力1.5 MPa低報警，控制空氣壓力0.6 MPa低報警。發現參數設置正確，排除參數問題的可能性。

5 附屬設備導致冒黑煙

當發電機處于高負荷運行時，機艙風機必須至少1臺抽風1臺送風，設備缸套水預加熱單元必須提前進行預加熱操作，設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處理，并進行壓縮空氣掃灰。

6 結語

通過上述詳細分析篩選，我們發現柴油機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的倉儲、運輸、安裝及調試的精細化檢查工作，落實專項外檢QC小組的責任，確保各方面萬無一失。

［1］黃政，周瑞平.船舶柴油機裝配調試工藝［M］.哈爾濱工程大學出版社，2006

［2］胡適軍，胡強生.船舶動力裝置安裝工藝［M］.哈爾濱工程大學出版社，2007