船舶柴油機低負荷運轉管理

曹新玉 趙天翔 王文杰 汪成城

摘 要：柴油機設計往往注重額定負荷下運行工況，對柴油機低負荷性能兼顧不夠，造成船舶航行過程中，柴油機燃燒狀況不佳。本文重點針對某輪柴油機低負荷運行存在的問題，分析了柴油機低負荷運轉特點，并結合本船實際，提出運轉改進對策和維護管理要點。

關鍵詞：柴油機；低負荷；運轉對策

緒論

所謂柴油機低負荷性能，是指柴油機在低速空車運轉，或者在部分負荷下運轉時柴油機的性能。柴油機在設計時往往只注重額定工況下的指標，而忽略了低負荷下的指標，實際使用中柴油機也往往不在額定工況下，大部分在低負荷和部分負荷下工作。某輪有2臺主機，型號為瓦錫蘭8L46C柴油機，轉速500rpm，額定功率8400kw。在長江航渡、執行特殊任務時，要求雙機同時低負荷運行，但在主機低負荷運行區間，存在單缸排溫偏差大，增壓器排溫過高超過報警、降負荷設定值，燃油緩沖器、高壓油管出現共振等現象，雙機同時運行難以調配。為做好相關保障，有必要對柴油性低負荷性能進行研究，并根據本船實際情況，探討形成有效對策。

柴油機低負荷運轉特點和存在的問題

2. 某輪主機低負荷運行主要存在的問題

（1）低負荷運行各缸排溫偏差較大，超過報警、降負荷設定值。尤其右主機1#、7#缸，左主機3#缸排煙偏差較大。（2）為改善主機燃燒性能，主機配置有增壓空氣旁通閥，開啟條件為轉速小于425rmp，且增壓空氣壓力大于0.035Mpa。但在旁通閥恰好關閉（轉速為425-434rpm）和旁通閥即將開啟（增壓空氣壓力為0.030-0.035Mpa）時，增壓器渦輪前后排煙溫度急劇升高。（3）主機在怠速情況下，頻繁出現“120 DEGREE DIFF ON EXH ENGINE”（兩缸排溫偏差大于120℃）降負荷報警。（4）主機在416-425rmp燃油系統出現共振，主機1#、2#缸燃油高壓油管、緩沖器等處振動大。（5）船舶航行時有時需采用12節航速，單臺主機全負荷無法滿足要求，兩臺主機同時使用，負荷難以調配，排溫頻繁報警。（6）主機長時間低于20%負荷運行，柴油機性能下降。

2. 主機低負荷運轉特點分析

對于柴油機低負荷運轉性能不佳，從機理上主要有受到以下幾個方面因素的影響：（1）燃燒燃油方面。a.噴油器霧化方面。油管壓力的高低同高壓油泵供油量成一定比例，低負荷運轉，供油量相對較小，噴油壓力較低，噴油器霧化效果不佳，從而導致因油氣混合質量下降影響燃燒，出現排煙大、溫度高、HC、CO等排放物增多。b.不同轉速不同負荷有最佳供油角。供油提前角不隨負荷自動調節，在額定工況為最佳，但在低負荷時顯得相對過大，導致滯燃期過長，燃燒粗暴。c.柴油機出廠時調整各缸油量平衡，是以額定工況為準。低負荷運轉，各缸油量不均勻顯得過大，導致轉速不穩，各缸工作不均，排放增加。（2）換氣方面。a.低負荷運轉，由于氣門重迭角顯得偏大，進氣壓力偏低，導致廢氣倒灌，影響充量，污堵進氣道，燃燒不良，性能惡化。b.增壓器同柴油機的最佳匹配點以額定工況為標準。低負荷時，增壓器工作效率較低，增壓壓力低，導致燃燒不良，結炭嚴重。（3）增壓空氣旁通閥配置區間是以設計工況為基準的，實際主機使用中，未進行針對性調試，造成區間臨界負荷下，燃燒性能下降。（4）低負荷運轉，由于空冷器氣溫低，柴油機水溫低，因此缸溫低，缸套活塞間隙增大，不僅使氣缸竄氣和竄機油加重，而且導致壓縮壓力低、溫度低，既造成燃燒不良，又造成機油消耗大，氣缸結炭嚴重，柴油機磨損增大和增加穴蝕。（5）主機怠速下，燃油霧化不佳，增壓空氣進入量最少，各缸燃燒不平衡性嚴重，出現排溫偏差超過120℃報警。（6）主機燃油脈沖和機體各種振動疊加，在特定區間下，形成共振。

3 柴油機低負荷運轉應對措施

一般柴油機通過以下措施改善低負荷性能：一是提高缸內空氣溫度；二是提高缸內空氣壓力；三是改善油氣混合質量，改善燃燒性能。針對某輪主機低負荷運轉時可能出現的上述問題，根據某輪實際運行特點和經驗，管理人員可以運用以下措施提高主機低負荷運轉性能。

3. 低負荷運轉改進方法

（1）適當調整柴油機轉速與螺距配比。某輪所用螺旋槳為調距槳，主機操縱有聯控和分控兩種方式。聯控即為按照一定的曲線同時控制轉速和螺距，改變主機負荷，分控則可以通過兩個手柄分別對轉速和螺距控制。信號來源為手柄4-20mA信號-PCU工作站-EP轉換器-調速器，實際使用中一般采取聯控方式操車。由于主機在設計工況下性能最好，低負荷運行區間螺距與轉速按照聯控曲線進行設置，一定程度上影響柴油機效率，所以在工況狀態不太好的低負荷區間可以通過改變聯控曲線的方式，改善柴油機燃燒性能。一是提高負荷限制。通過限負荷，可以提高主機轉速，降低螺距。二是參數調整。轉速與螺距的匹配是通過差值法進行設置的，適當改變轉速與螺距對應點，避開工況不好的狀態。三是采取分控操縱方式。定轉速，通過調節螺距來改變主機負荷，改善燃燒性能。四是對于主機怠速運行，適當調節EP轉換器，增大最低怠速。（2）輔助增大進氣量。在增壓器壓氣端，增加一臺鼓風機或者接入壓縮空氣，在主機負荷較低燃燒不良的區間，補充增壓空氣進氣量，改善燃燒。（3）調整增壓空氣旁通閥開度區間。配備增壓空氣旁通閥就是為了改善主機低負荷區間的燃燒性能，在主機實際運行中，旁通閥恰好關閉和即將開啟區間，燃燒性能惡化。適當增大增壓空氣旁通閥開度區間，輔助燃燒。（4）調整個別缸供油量。針對右主機1#、7#缸，左主機3#缸排煙偏差較大，適當增大單缸齒條供油量，可以有效改善單缸發火不均。

3. 維護管理要點

（1）按照主機說明書，主機連續低于20%額定負荷的運行時間不得超過100小時，并在再次低負荷運行或停車之前，必須加載至70%以上運行一小時。（2）定期對主機增壓器清洗。每天壓氣端清洗一次，每周渦輪端清洗一次。（3）定期檢查噴油器啟噴壓力，檢查噴射系統泄漏量。（4）定期檢查氣閥間隙，避免間隙過大或過小。（5）低負荷時，增大中央冷卻器調溫閥設定溫度，關閉板式造水機隔離閥，減少輔助設備的熱交換量，適當提高主機冷卻水進機溫度。（6）選擇加入燃油添加劑，改善燃燒性能。（7）定期清洗增壓器濾網、燃油濾器濾芯，油柜放殘。

4 結語

柴油機在低負荷運轉時，工況性能往往較為惡劣，故障頻發，只要采取合理措施就能有效避免柴油機發生故障，保證柴油機正常運轉。尤其要針對本船航行特點，適當調整參數配置，改變主機使用策略，改善主機運行性能。

參考文獻：

[1]萬德玉，劉少珍，董占春.淺談柴油機的低負荷性能[J].內燃機與動力裝置，2008.8：18-21.

[2]孟慶泉，徐峰.船舶柴油機低負荷運轉的問題與對策[J].航海實務，2013.6：28-29.

[3]方峰.老齡船舶柴油機低負荷性能的改進措施[J].船舶輪機，2015.4：41-43.