WARTSILA RTA主機(jī)高壓油泵 及其換向裝置簡(jiǎn)介

摘? 要：瓦錫蘭RTA系列主機(jī)因單機(jī)功率大，常用于VLCC和大型集裝箱船上，但其所占市場(chǎng)份額較少，相關(guān)的論文和教材不多，教科書(shū)講述簡(jiǎn)單也沒(méi)有具體的數(shù)據(jù)，說(shuō)明書(shū)上的介紹又比較散亂。其與眾不同的高壓油泵和燃油凸輪換向裝置往往令輪機(jī)管理人員摸不著頭腦，本文就從這方面入手，總結(jié)自己的管理經(jīng)驗(yàn)，希望能對(duì)同行有所幫助。

關(guān)鍵詞：閥控式高壓油泵;零位檢查;高壓油泵供油均勻性;噴油定時(shí);浮心凸輪;差動(dòng)角

0 引 言

WARTSILA RTA系列柴油機(jī)是由原來(lái)的蘇爾壽公司（后并入瓦錫蘭）制造，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，維修周期長(zhǎng)，操作方便，單機(jī)功率大，船、機(jī)、槳具有良好的匹配性，常用于大型集裝箱船和VLCC上。RTA系列柴油機(jī)采用了柔性模塊設(shè)計(jì)與優(yōu)化技術(shù)，可靈活改變發(fā)動(dòng)機(jī)的性能數(shù)據(jù);后來(lái)又使用Tribo-pack技術(shù)，使整機(jī)的綜合性能大幅提高;為了節(jié)能，RTA系列柴油機(jī)附帶的泵浦和風(fēng)機(jī)采用變頻器控制，是一款傳統(tǒng)柴油機(jī)向智能柴油機(jī)過(guò)度的經(jīng)典產(chǎn)品。

目前，船用主機(jī)主要品牌有MAN B&W和WARTSILA兩種，MAN B&W主機(jī)使用較多，各種培訓(xùn)教材對(duì)其結(jié)構(gòu)原理和管理要求均有詳細(xì)的介紹。WARTSILA RTA系列主機(jī)在我司的VLCC船舶中只有4艘，大家對(duì)WARTSILA RTA系列柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)原理比較陌生，本文就著重介紹WARTSILA RTA柴油機(jī)的高壓油泵及其換向裝置，供同行參考。

1 高壓油泵組

1.1 閥控式高壓油泵結(jié)構(gòu)

每?jī)筛撞捎靡粋€(gè)泵組，每組由兩個(gè)高壓油泵組成，各閥從左到右依次是：吸油閥，穩(wěn)壓閥，出油閥和回油閥，如圖1所示。

該泵屬于始、終點(diǎn)調(diào)節(jié)式的閥控式油泵，在吸油閥和回油閥控制桿下面裝有兩根偏心軸，分別調(diào)節(jié)吸、回油閥閥桿的升程，如圖2所示。

柴油機(jī)負(fù)荷改變時(shí)，調(diào)速器通過(guò)油量調(diào)節(jié)桿和短桿轉(zhuǎn)動(dòng)偏心軸，即為供油量的總調(diào)。增加轉(zhuǎn)速時(shí)，調(diào)速器順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)回油桿偏心軸（與主機(jī)正車方向一致），回油閥挺桿下降，間隙變大，回油閥滯后落座，供油時(shí)間和供油量增加。當(dāng)燃油手柄置于停車位置時(shí)，只要在柱塞上行的全過(guò)程中，吸、回油閥不同時(shí)關(guān)閉，即可實(shí)現(xiàn)停車。每一高壓油泵組上方設(shè)立一只由電磁閥控制的停油氣缸，該電磁閥由應(yīng)急停車按鈕或由遙控裝置的安全保護(hù)單元發(fā)出信號(hào)來(lái)控制，通過(guò)打開(kāi)吸油閥來(lái)實(shí)現(xiàn)主機(jī)的應(yīng)急停車。

1.2 高壓油泵的零位檢查與調(diào)整

在進(jìn)行零位檢查之前要做很多準(zhǔn)備，比如：換向閥要置于正車位置;檢查各閥孔;如何安裝表盤(pán)式千分表等，說(shuō)明書(shū)和教材上都能查得到，這里不在詳述。零位檢查，其實(shí)就是檢查終點(diǎn)調(diào)節(jié)式的高壓油泵，當(dāng)吸油閥關(guān)閉時(shí)，回油閥的總行程不得少于規(guī)定值（WARTSILA 7RTA 84T-D主機(jī)的規(guī)定值是1.5±0.1 mm，但無(wú)論如何不能小于0.8 mm。）

機(jī)旁操縱燃油手柄置于0位，正車盤(pán)車，使回油桿的偏心輪處于最高位置，即回油閥挺桿和回油閥桿之間的間隙最小。當(dāng)吸油閥上方的千分表指示為0.02 mm，表明吸油閥已關(guān)閉。停止盤(pán)車，這時(shí)觀察回油閥上方千分表的讀數(shù)，其讀數(shù)應(yīng)在1.5±0.1，同時(shí)還要確認(rèn)柱塞上方的千分表是否指示到規(guī)定值a時(shí)（即柱塞的無(wú)效行程，本船主機(jī)型號(hào)是WARTSILA 7RTA 84T-D，柱塞的無(wú)效行程Sa為16.21 mm±00.02）。如果零位不正確，應(yīng)調(diào)節(jié)吸、回油閥下面的調(diào)節(jié)絲桿，使回油閥的升程在規(guī)定值內(nèi)，然后鎖死調(diào)節(jié)絲桿，如圖3所示。

零位檢查時(shí)的注意事項(xiàng)：用柴油清洗各閥和閥孔后，安裝出油閥壓力導(dǎo)套時(shí)，要用二硫化鉬牛油涂在壓力導(dǎo)套上（pressure bushes），上緊壓力導(dǎo)套到規(guī)定扭矩值后，再用專用扳手順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°;VIT機(jī)構(gòu)和FQC機(jī)構(gòu)要鎖死在零位;主滑油泵和十字頭滑油泵要開(kāi)啟;關(guān)閉安全空氣和控制空氣的二位三通閥，打開(kāi)其放殘閥，使進(jìn)、回油閥保持自由狀態(tài)。

1.3 高壓油泵的供油均勻性檢查與調(diào)整

高壓油泵供油均勻性檢查就是在高壓油泵零位檢查與調(diào)整的基礎(chǔ)上，把燃油手柄置于標(biāo)定位置（8格），表明回油桿上偏心輪在最低位置，回油閥頂桿和回油閥閥桿之間的間隙最大。這是測(cè)量吸油閥的關(guān)閉時(shí)刻和回油閥的開(kāi)啟時(shí)刻，并保證各泵柱塞的有效行程相等，并符合說(shuō)明書(shū)的規(guī)定。

正車盤(pán)車，當(dāng)吸油閥上方的千分表是讀數(shù)為0.02 mm，表明吸油閥已經(jīng)關(guān)閉，開(kāi)始噴油，停止盤(pán)車，在飛輪上查看曲柄轉(zhuǎn)角，把噴油提前角和柱塞的無(wú)效行程Sa記錄在專用的表格內(nèi)。繼續(xù)正車盤(pán)車，當(dāng)回油閥的上方的千分表指示是為0.02 mm時(shí)，表明回油閥已經(jīng)打開(kāi)，噴油結(jié)束。同時(shí)，觀察柱塞上方的千分表讀數(shù)為一個(gè)規(guī)定值b時(shí)，即柱塞的總行程Sb（WARTSILA 7RTA 84T-D主機(jī)的Sb為56.46 mm），停止盤(pán)車，在飛輪上查看曲柄轉(zhuǎn)角，把噴油結(jié)束角和柱塞的總行程Sb記錄在專用的表格內(nèi)。那么柱塞的有效行程，也就是供油行程為Se= Sb- Sa，各缸高壓油泵的柱塞供油行程Se偏差值應(yīng)小于0.2 mm，才能保證各缸供油均勻性。若Se不符合規(guī)定值，應(yīng)視供油始、終點(diǎn)的變化，酌情調(diào)節(jié)吸油閥和回油閥下面的調(diào)節(jié)絲桿，如圖4所示。

1.4 噴油定時(shí)測(cè)量經(jīng)驗(yàn)分享

閥控式高壓油泵的定量調(diào)節(jié)，就是通過(guò)挺桿下方的調(diào)節(jié)絲桿，來(lái)改變挺桿與吸（回）油閥桿之間的間隙來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在船上調(diào)節(jié)噴油定時(shí)，先把吸油閥下方的調(diào)節(jié)絲桿露出2～3個(gè)螺紋出來(lái)，回油閥下方的調(diào)節(jié)絲桿露出6～7個(gè)螺紋，然后再盤(pán)車細(xì)調(diào)，7個(gè)缸的高壓油泵全部調(diào)完后，能節(jié)約好多時(shí)間，工作效率較高。WARTSILIA 7RTA 84T-D主機(jī)的高壓油泵噴油定時(shí)往往是在上死點(diǎn)后，這點(diǎn)與其他類型主機(jī)有很大的不同。注意：禁止在主機(jī)運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)挺桿;主機(jī)若出現(xiàn)排溫偏差大，只能調(diào)節(jié)回油閥下面的調(diào)節(jié)絲桿，不能調(diào)節(jié)進(jìn)油閥的調(diào)節(jié)絲桿;高壓油泵總的噴油正時(shí)只能通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)燃油凸輪來(lái)實(shí)現(xiàn)，而不能通過(guò)調(diào)節(jié)吸油閥的挺桿間隙來(lái)改變。如圖5是船上的實(shí)際測(cè)量表，供參考。

2 浮心凸輪

2.1 浮心凸輪的結(jié)構(gòu)

MAN B&W傳統(tǒng)柴油機(jī)燃油凸輪采用的是雞心凸輪，通過(guò)改變滾輪和雞心凸輪的相對(duì)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)換向的。而WARTSILA RTA柴油機(jī)采用的是浮心凸輪（有的造船廠稱浮動(dòng)凸輪），燃油凸輪由軸套，翼塊，段塊，套管，正、倒車油壓空間等組成的。2個(gè)燃油浮心凸輪布置在一個(gè)換向伺服器兩邊，伺服器下方接有正、倒車滑油管和滑油回油管。換向時(shí)，凸輪軸不動(dòng)，通過(guò)控制換向閥，中壓滑油經(jīng)伺服器分別進(jìn)入左右兩邊燃油浮心凸輪內(nèi)部，通過(guò)改變滑油的進(jìn)、排方向，來(lái)改變正、倒車空間，從而推動(dòng)浮心凸輪相對(duì)于凸輪軸和曲軸差動(dòng)，以完成每個(gè)缸的換向動(dòng)作，如圖6所示。

燃油凸輪5和錐形套管14通過(guò)過(guò)盈壓力配合被固定在軸套13上，段塊7用螺栓固定在軸套13上，段塊7把伺服器分割成正車和倒車兩個(gè)空間，這兩個(gè)空間分別與相應(yīng)的滑油管路相連。燃油凸輪5，錐形套管14，軸套13，段塊7和套管8，他們組成了一個(gè)獨(dú)特的整體，可以繞著凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，但要受到翼塊11的限制，翼塊11是兩個(gè)對(duì)稱布置的扇形的制動(dòng)塊，用貫穿螺栓10固定在凸輪軸上。

2.2? 浮心凸輪換向原理

如圖6所示，凸輪軸1在箭頭指示的“DR”方向轉(zhuǎn)動(dòng)。正車時(shí)，從十字頭滑油泵過(guò)來(lái)的中壓滑油，通過(guò)換向閥的正車通道進(jìn)入正車連接管“VA”，壓力油通過(guò)套管8內(nèi)部的鉆孔，充滿正車空間“RA”，倒車空間“RB”釋放油壓，確保段塊7被緊緊地壓在翼塊11上，正確的燃油凸輪位置信息通過(guò)連接管“VR”被反饋到高壓油泵下方的換向連鎖單元。該單元是由一只液控二位三通閥和一只或門(mén)雙向閥組成，液控二位三通閥上有位置指示器，可以直觀地判斷出燃油凸輪是否換向到位。每組高壓油泵對(duì)應(yīng)一組換向連鎖單元，并共同組成與非門(mén)氣路輸出。其功能是：當(dāng)任何一組高壓油泵凸輪換向沒(méi)有到位時(shí)，就會(huì)輸出一個(gè)保護(hù)信號(hào)給氣動(dòng)邏輯單元（G單元），只有當(dāng)所有高壓油泵燃油凸輪都換向到位后，此單元才無(wú)空氣信號(hào)輸出，主機(jī)才能啟動(dòng)，如圖7所示。

當(dāng)主機(jī)接收到倒車信號(hào)時(shí)，十字頭滑油正車連接管“VA”內(nèi)的壓力被釋放，從十字頭滑油泵過(guò)來(lái)的中壓滑油通過(guò)換向閥的倒車通道，進(jìn)入連接管“VB”，倒車空間“RB”被壓力油快速充滿，推動(dòng)段塊7和燃油凸輪5繞著凸輪軸1并與凸輪軸1旋轉(zhuǎn)方向相同的方向旋轉(zhuǎn)，直到再次被翼塊11阻擋住。同時(shí)，這個(gè)正確的換向位置信息通過(guò)連接管“VR”被反饋到換向連鎖單元，轉(zhuǎn)向指示器指示倒車方向，從而完成了燃油凸輪相對(duì)凸輪軸轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)差動(dòng)角。于是，主機(jī)在倒車方向上，燃油噴射正時(shí)得以改變。

2.3 浮心凸輪管理經(jīng)驗(yàn)分享

因WARTSILIA 7RTA 84T-D主機(jī)換向時(shí)，必須有不低于1.0 Mpa的滑油壓力進(jìn)入換向伺服器內(nèi)作為動(dòng)力油，推動(dòng)燃油凸輪相對(duì)于凸輪軸進(jìn)行差動(dòng)。十字頭滑油泵采用了變頻器控制，十字頭滑油泵的壓力并不是說(shuō)明書(shū)規(guī)定的1.2 Mpa，必須滿足慢車時(shí)1.0 Mpa以上，快車時(shí)1.5 Mpa左右的油壓，這樣才能滿足燃油凸輪的換向要求。另外，因?yàn)槭诸^滑油泵的進(jìn)口接在主滑油泵的出口上，所以只有先開(kāi)啟主滑油泵，當(dāng)主滑油泵壓力穩(wěn)定時(shí)，再開(kāi)啟十字頭滑油泵。當(dāng)檢修主機(jī)需停滑油泵時(shí)，先停十字頭滑油泵，再停主滑油泵。停滑油泵期間主機(jī)盤(pán)車時(shí)，因浮心凸輪內(nèi)部無(wú)壓力油，浮心凸輪不受控，當(dāng)浮心凸輪尖端到達(dá)最高點(diǎn)后，會(huì)突然旋轉(zhuǎn)下滑，這樣浮心凸輪內(nèi)部的段塊和翼塊，會(huì)發(fā)生硬碰硬的強(qiáng)力撞擊。因此，停滑油泵盤(pán)車前，主機(jī)機(jī)旁應(yīng)急操縱手柄要放到正車或倒車位置，使浮心凸輪內(nèi)部的正車空間或者倒車空間保留適當(dāng)?shù)挠蛪海苊舛螇K和翼塊發(fā)生強(qiáng)力碰撞。

3 結(jié) 語(yǔ)

WARTSILIA RTA系列柴油機(jī)與其他機(jī)型柴油機(jī)有很大的不同，閥控式高壓油泵柱塞偶件密封性好，磨損小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管理麻煩;浮心凸輪雖然零部件較多，但工作可靠，而且凸輪軸是分段式的，給拆裝工作帶來(lái)方便。作為輪機(jī)管理人員只有不斷地學(xué)習(xí)，彌補(bǔ)知識(shí)上的不足，才能更好地在不同類型的船舶上工作。

參考資料

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[2] 杜榮銘，孫培廷.《船舶柴油機(jī)》[J]：116-117.

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[4] 應(yīng)功偉.簡(jiǎn)介SULZER RTA機(jī)DENIS-I控制系統(tǒng)特點(diǎn)[J].航海技術(shù)，1996（4）：55.

作者簡(jiǎn)介：

王鵬標(biāo)，輪機(jī)長(zhǎng)，（E-mail）wg070421@163.com