航浚4006輪主機增壓器改造研究與應用

彭光明，聞長生

(中交上海航道局中港疏浚有限公司，上海 200120）

1 改造背景

航浚4006輪為我司1975年在日本三菱下關船廠建造的自航耙吸挖泥船，采用雙機雙槳驅動，主機制造商：日本神戶株式會社，型號：6UET 45/80D×2臺，增壓器型號：三菱MET350×4臺，因原增壓器已經使用超過42年，設備老舊，使得主機存在燃燒工況差，燃油消耗大，增壓器主要的維修備件停產等弊端。航浚4006輪雖然船齡超過42年，但是該船整體設備狀況較好，因吃水小工程適應性強，公司為了更好地發揮該船舶的效率，正常執行增壓器的維護保養，提出了是否可以通過對主機4臺增壓器進行重新選型和改造，從而快速提高該船的整體經濟效益的設想。

2 計算、分析和選型

根據航浚4006輪主機相關的技術參數（表1），進行相關的計算和分析。

主要的計算結果如表2。

運用計算結果和市場上在用的成熟增壓器產品技術參數進行匹配和選型，并考慮到改造的成本因素，其中ABB公司的VTR321增壓器更符合我們的綜合要求。根據匹配結果:航浚4006輪主機（型號：6UET45/80D）選用VTR321增壓器（規格：F6T26．2DH2CH120)在轉速182r/min時，增壓器的總效率可以提高到60%左右,排溫在原增壓器的基礎上可以下降15℃左右，掃氣壓力能提高到0．175bar以上。

對在用的老舊增壓器進行整體換新，這是目前國內外普遍采用的一種方式，分析其更換的目的主要有三點。

表1 主機相關的技術參數表

（1）以新型的高效率增壓器替代舊型增壓器并配之以調整噴油定時，提高低轉速下的增壓壓力，最大燃燒壓力和柴油機的平均有效壓力，改變增壓器的配機點（向低轉速工況下移動）等各項措施，從而大幅度的降低燃油消耗率（可達14g/kW·h)和船舶運行的燃油費用。

（2）以信譽卓越、售后服務優良和價格適中的增壓器產品替代在這方面沒有優勢的增壓器，從而保證船舶正常運行，并且提高運行的綜合經濟效益。

表2 主機相關的技術參數計算結果表

（3）改善柴油機在部分負荷下以及啟動和加速時的性能。

有專家認為，只要符合上述三個目標中的第一或第二個目標要求，就可以做出增壓器換新的決斷，以VTR321增壓器更換MET350增壓器的做法，首先是以第二個目標為決斷依據的，但同時第一和第三個目標也得到了改善。

3 改造前后實際效果對比

首先，在增壓器結構設計和維護修理方面，VTR321增壓器的渦輪和壓氣機的布置，沿用可靠性高的外支撐轉子結構，這種轉子結構與MET350的內轉子結構相比，最大的特點是可使用滾動軸承和自供潤滑的方式，從而在增壓器的運行可靠性、工作特性、維護保養、修理時的備件供應、維護修理費用等方面給VTR321增壓器帶來了具有決定性的優點。

（1）VTR321增壓器采用外支承的結構后，對軸承的觀察、檢查、拆裝和更換帶來了很大的方便，在不拆卸轉子和聯接管的情況下，從壓氣機和渦輪端可方便地拆卸軸承。MET350增壓器采用內支承滑動軸承拆卸時，必須先拆卸壓氣機葉輪和轉子軸，這個缺點對大型增壓器維修帶來了較大的困難度。

（2）VTR321增壓器的外支承結構便于軸承潤滑油的冷卻，壓氣機端的潤滑油由壓氣機吸入的新鮮空氣直接冷卻，渦輪端的潤滑油則用水管冷卻，所以軸承工作溫度低，所需的潤滑油也少；MET350增壓器的內支承軸承位于無水冷卻的高溫渦輪進氣渦殼和壓氣機葉輪之間，潤滑油受到大量的輻射熱和渦輪轉子傳入的熱量，工作條件惡劣，不得不加一套冷卻循環系統，另外內支承結構對氣封和油封布置也較困難，降低了密封的可靠性。

（3）VTR321增壓器采用滾動軸承，轉動時摩擦損失小，尤其在低轉速時更為明顯，因此，柴油機在啟動、低負荷時的加速性能將得到明顯改善。

（4）VTR321增壓器自帶離心式圓盤潤滑油泵及油池，實現自供潤滑方式，柴油機運行中不必擔心斷油而引起增壓器軸承支承面的燒壞和表面金屬剝落；MET350增壓器的滑動軸承采用外部潤滑方式，潤滑油來自柴油機的滑油系統，且需仔細過濾。此外，在柴油機的運行操作中，帶來許多麻煩，啟動時必須先向軸承供油，停車后，需繼續向軸承供油，否則從渦輪轉子傳入渦輪端軸承的熱量將使軸承中的潤滑油過熱，造成積碳。

（5）VTR321增壓器采用滾動軸承，軸承座上安裝有彈性減震片以吸收轉子的震動能量，有利于延長軸承的工作壽命，并使增壓器運轉平穩。此外采用了潤滑油雜質離心分離器，以保證滾動軸承對潤滑油清潔度的較高要求。

（6）VTR321增壓器采用了水冷渦殼，減少了熱輻射，有利于降低機艙溫度，改善船員工作條件；MET350增壓器采用非冷卻的渦輪蝸殼，增加了熱輻射。

（7）VTR321增壓器配件生產已經系列化、專業化和國產化，價格較低；MET350增壓器的配件（軸承、氣封、油封、轉子、蝸殼等）供應困難，該種型式增壓器國內無專業生產廠，少量甚至單個配件來樣訂貨時往往不接受，即使接受，也供應周期長，價格貴，無法滿足檢修要求。

（8）VTR增壓器在國內外均有素質良好的維修服務網點，對用戶十分方便；多數維修人員對MET增壓器的結構不熟悉，加上轉子內支承結構的拆檢工作量大，維修費用大。

（9）VTR321增壓器渦輪壓氣機綜合絕熱效率達0．61，它采用了按20世紀80年代中期新研制4系列增壓器的F型改進型壓氣葉輪。在壓氣機特性圖上喘振線平坦，與柴油機的配合運行線與壓氣機喘振線平行。因此，在柴油機全負荷和部分負荷時壓氣機均能在高效工作區，根據一般統計，僅就增壓器效率的提高一項措施的結果可對二沖程柴油機降低燃油消耗率1～3g/kW·h。所以改用VTR321增壓器后，對降低船舶營運的燃油費用也帶來好處。

另外，我們通過航浚4006輪在黃驊港航道維護疏浚工程施工過程中采集的數據進行比對，采集數據如表3和表4。

通過改造前后采集數據對比，我們發現主要有以下幾點變化：

（1）主機高負荷時掃氣壓力明顯上升，供氣更加充分，從而有利于柴油機的燃燒，氣缸排氣溫度有所下降，煙色明顯好轉，主機熱工工況比改造前有很大改善。

（2）主機重載航行時在用轉速比改造前有所提高，爆炸壓力提高明顯，主機的功率能夠更好地發揮出來。

（3）重載航行時船速比改造前有所提高，從而縮短了船舶的挖泥周期，提高了船舶的經濟效益。

表3 主機主要運行參數（改造前）

表4 主機主要運行參數（改造后）

4 結語

通過對航浚4006輪主機增壓器的改造，改善了主機的燃燒工況，使得主機的功率能更好地發揮出來，縮短了疏浚船舶挖泥周期，提高了船舶施工的經濟效益；同時新增壓器的維護管理更加方便，備件供應更加便捷，維修服務更加成熟，維修成本更加便宜。改造后，新增壓器在實際應用中，達到了公司預想的各項要求，實現了通過有限的投入快速提高船舶的整體經濟效益。

參考文獻：

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