淺析MAN B&W16/24柴油機的 典型故障及維護管理

曹曄 張勇 孔華杰

摘 要：MAN B&W16/24柴油機是MAN公司近幾年推出的新機型，在各船公司得到廣泛使用，但是該型機易出現氣閥斷裂的典型故障。本文對該故障發生的機理及MAN公司的改造方案進行了分析研究，并結合筆者工作經驗，就維護管理提出針對性措施。

關鍵詞：柴油機;升級改造;設計缺陷;典型故障;維護管理

中圖分類號：U664.121? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）08-0077-02

MAN B&W 16/24柴油機是由MAN公司開發的一款較為先進的柴油機，設計簡潔，使用可靠，從21世紀初開始裝船使用，得到各船公司的充分認可和廣泛使用。

目前該機型有三個不同的版本即MKⅡ升級前版本、MKⅡ版本和排放二版本（TIER Ⅱ）。該機型可燃用燃料油和輕油，由空氣馬達啟動，配備的增壓器為MAN NR12、NR15、TCR等系列，常用的主要有5缸、6缸、7缸、8缸等幾種機型。具有單位重量功率大、結構緊湊、模塊化設計、控制系統先進、維護管理簡單等特點。

該機型優點明顯，缺點也很突出。氣閥易斷裂，就是該機型的典型故障。氣閥損壞斷裂，落入氣缸，在活塞的高速反復撞擊下，造成活塞、氣缸蓋等相關燃燒室部件損壞。如果沒有及時停車，損壞的散落件還會隨排氣進入增壓器，進一步造成增壓器的損壞，產生的后果較為嚴重。

筆者專門就氣閥落入氣缸的問題，詢問了MAN公司的專業技術人員，得到的解釋與筆者的分析基本一致，即由于燃油的不完全燃燒導致氣缸排氣含有大量焦化燃油，排氣時排氣閥處于打開狀態，部分焦化燃油粘附到閥桿上，閥桿被黏住，在氣閥導管內運動受阻，無法順利復位關閉，導致氣閥與活塞撞擊，最終氣閥被打斷而落入氣缸。

這個故障主要是由于燃料油的不完全燃燒引起，在使用燃料油的柴油機的剛起動階段，系統中有部分殘油無法達到正常運轉的溫度，造成噴油器霧化不良，使燃燒不完全，所以這個故障多發生于柴油機起動初期。

由于該機型本身爆壓較高（達到170bar），相對低速機而言氣缸的噪音較大，氣缸的不嚴重敲擊聲無法辨別，往往是在氣閥已經斷裂掉入氣缸后才能被發現，此時的燃燒室部件，甚至增壓器已經損傷。

該故障剛發生時比較隱蔽，一旦發現已產生嚴重后果。為了改善這一狀況，柴油機廠家對相關部件進行了升級改造;對于未升級的柴油機，使用者可在日常管理方面采取針對性措施。

1 MAN公司對該機型活塞、進排氣凸輪等部件進行了升級改造

增加了活塞高度，減少了氣缸的余隙容積，將壓縮比由15.2增加到16.2。增加壓縮比的目的是為了提高壓縮終點時氣缸內溫度，提升點火性能，使得冷啟動時燃油能順利著火燃燒，減少了因不易著火造成的燃料油在氣缸內的累積，增加焦化燃油的產生。

對進排氣凸輪的線形進行了重新設計和在活塞上增加氣閥避讓坑。將凸輪的高度降低，減少氣閥開啟高度，氣閥的開度由大于19mm降低到小于12mm;將凸輪最高部分延長，延長氣閥的全開時間，保持氣缸換氣效果。在活塞的頂部，氣閥相對應的位置加工避讓坑，使氣閥在全開時不會碰到活塞。通過這兩項改造，讓氣閥在卡滯的情況下沒有與活塞相撞擊的可能性，即使在氣閥卡死的狀態下，活塞也不會接觸到氣閥。

將氣閥彈簧的彈力增加一倍，通過增加彈簧的彈力增加氣閥的關閉力，使得氣閥在有輕微卡滯時，仍能正常關閉，減少氣閥無法關閉的可能。

2 MAN B&W16/24柴油機未升級機型的管理

從故障產生機理來說，氣閥卡滯，主要是由于燃料油在氣缸內不正常燃燒，產生的焦化燃燒產物引起。通常情況下，輕柴油不太可能產生這種物質。因此，使用輕柴油該型機基本不會出現上述故障。但是，燃油成本是船舶運營的主要成本之一，使用燃料油仍然是大多數船公司的首要選擇。筆者結合多年船舶設備管理經驗，對使用燃料油的未升級柴油機的維護管理，提出如下參考建議：

2.1保證燃料油進機粘度

柴油機氣缸內燃料油的燃燒是否充分，與燃料油的霧化顆粒是否細小、均勻有很大關系，這又受燃料油粘度的影響很大，粘度低霧化好，粘度高霧化差。燃料油的粘度和溫度是一一對應的關系，溫度高粘度低，溫度低粘度高，控制燃料油的粘度實際上控制的是燃料油的溫度。

一方面，該機型設計進油口直徑約4mm，因此燃油的循環量很小，油溫保持有一定難度。另一方面，從設備的實際布設情況來看，供油單元到機旁一般都有一定的距離，有時管路會有數十米，如果燃料油管系的伴熱情況不佳，加熱后的燃油在從供油單元到柴油機的流動過程中，溫度會下降較快，進機的實際燃油溫度會遠低于供油單元處的溫度，溫度的降低，使得燃油粘度升高，不滿足噴射條件，造成燃油的霧化不良，燃燒的惡化。因此在燃油系統的日常管理過程中，要保證燃油的進機溫度在規定范圍：一要保證管路伴熱狀況的良好，勤檢查管路保溫層有無破損，伴熱管路有無泄漏，蒸汽流通是否通暢等;二要勤檢查燃油進機溫度，機器的進油管路溫度才最接近燃油噴射的實際溫度，應該依據最接近機器的進油管溫度作為參照，來調節燃油的加熱溫度，把燃料油的粘度控制在比較好的狀態。

2.2適時進行燃料油和輕油的轉換

在柴油機使用燃料油停車狀態下，高壓油泵有燃油循環，但噴油器及高壓油管無法循環，這里面留存的燃料油溫度只有數十度，完全無法達到燃料油噴射霧化的理想粘度。起動的時候，留存的油要全部噴入氣缸，后續供入的熱油在高壓油管及噴油器通過的初期還有一個傳熱降溫的過程，這些都將導致起動時噴入氣缸的是霧化不佳的燃油，再加上對于160mm的小缸徑的機器來說，壓縮終點的溫度和壓力都比較低，所以在起動初期氣缸內的熱狀態非常差，噴入氣缸的燃料油絕大部分因無法完全燃燒，而產生焦化物。

正常工況下，氣缸熱狀態好，燃燒完全就不會發生上述的問題。那么，在柴油機氣缸狀態不佳時，最好使用輕柴油。一方面，輕柴油粘度小，容易霧化，著火性能好，燃燒充分;另外一方面，輕柴油比較純凈，所含成分不易產生焦化物，即便燃燒不良，也不會出現因燃燒不良而產生嚴重的焦化煙氣附著氣閥閥桿，引起氣閥卡死。筆者在對該類型柴油機管理過程中，采取了有針對性措施，一方面在柴油機正常工況下，將需要解列的柴油機換用輕柴油運轉一段時間再解列，停車;另一方面使用輕柴油起動，正常并電帶負載后再換用燃料油。三年多來，再沒有發生過氣閥損壞落入氣缸的故障。

筆者以為，即便是升級的柴油機也需要采取上述操作措施。因為這樣的換油操作對進排氣閥的工作有利。在燃燒不佳的情況下，燃料油的排出氣體含有的物質有可能對氣閥閥桿產生影響，這種影響將導致氣閥關閉不嚴，容易導致氣閥和閥座的高溫燒損。從筆者歷來吊缸檢查的情況看，氣閥的燒傷現象比較嚴重，而采用這樣的操作后，氣閥狀態明顯改善。另外，這樣的操作還能減少了對增壓器噴嘴環及渦輪葉片的污染。

2.3合理控制負荷區間

筆者與柴油機制造廠家進行過溝通，從他們售后服務的情況看，氣閥斷裂、燃燒室部件損壞等很多的問題，都發生于長期使用燃料油的低負荷運行狀態下。設備說明書明確規定，低負載下工作不得長期使用燃料油。該機型正常工作時要保持一個相應的負載運行，低負載狀態下氣缸熱狀態差，非常容易導致氣缸燃燒室組件及氣閥閥桿結焦，從而導致嚴重后果的發生。這種機型，氣缸熱狀態對其工況影響非常大。負荷高，氣缸熱狀態自然就好，此時氣缸的磨損率非常低，曲柄箱會比較干凈。由于增壓器在高負荷段效率的提升，增壓壓力提升后，從氣閥導管泄漏的潤滑油也會有大量的減少，這將是一個良性的循環。正常比較良好的狀況是在60%-85%負荷期間運行，對機器的總體狀況的維持會比較好。低負載是該機型最忌諱的。因此，在日常管理中，要注意船舶負荷的合理配置使用，在多臺柴油機并聯運行時，如負荷較小，要及時進行負荷轉移，減少柴油機的運行數量，或者使用較小功率的柴油機，提高柴油機的負荷使用率。如果無法進行柴油機的調整，在負荷低于30%時，建議換用輕柴油。

隨著中國造船業的發展，各類進口設備被廣泛地裝船使用。這些設備在使用的過程中多多少少會存在一些設計、制造、安裝、調試方面的缺陷和瑕疵。作為設備的使用和專業管理人員，要充分把握設備性能，善于發現問題，展開系統分析和研究，采取科學的解決措施，保障設備安全高效運行。

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