窦天君

摘要：超老龄船用发电柴油机随着使用年限的增加，大多表现为排烟温度高、不能重载运行，运行工况逐渐恶化，严重影响船舶营运的安全性和经济性。本文以某超老龄船用发电柴油机为例，利用故障因素排查法对柴油机扫气系统、燃油系统进行逐项排查，找出根本原因并进行适当的改装后，发电柴油机输出功率明显提高。

关键词：发电柴油机;排烟温度高;增压器;功率提高

0  引言

某轮1994年下水，配备YANMAR M200L型发电柴油机3台，额定功率450kW，标定转速720r/min，增压器型号VTR160。经过25年的使用该发电柴油机工况不佳，排烟温度长时间保持在许用温度的上限，经常导致排气阀烧蚀、增压器喘振等故障。

1  故障现象

最近两年以来，该轮三台发电机最大可用功率仅为额定输出功率的40%（约180kW/台），平均排烟温度超过400℃，在对三台发电机均进行常规吊缸保养后，工况依然未能得到改善，这就导致了航行中需要双机并车运行，长时间的低负荷运转导致工况恶化趋势加快，经济性及安全性较低。

2  故障分析

据笔者了解，该轮3台发电机在常规吊缸保养期间，更换了进排气阀杆及阀座、活塞头、活塞环、各缸喷油嘴，检查了进气总管及排气总管，均未发现异常，由此可以推断导致发电柴油机平均排烟温度高、输出功率降低的原因不在燃烧室本身的硬件上，而是在于其外围因素。引起发电柴油机排烟温度高的外围因素主要有以下两点：①燃油供给及喷射;②扫气压力及扫气温度。

2.1 针对燃油供给及喷射

对供油油品、高压油泵、喷油定时三方面进行检查及调整。该轮发电柴油机近十年一直使用IFO80cSt油品，查阅最近五年的副机日志发现在相同负载情况下，排烟温度没有因为燃油批次的不同而发生明显的变化，反而呈现为随着时间的推移而逐渐恶化的趋势，这可以排除由于不同批次油品问题导致工况变差的可能性;查阅检修记录，各缸高压油泵柱塞偶件及喷油嘴使用时间均在说明书要求的范围之内，随机抽取一只缸拆检高压油泵及喷油器，并将柱塞偶件、出油阀及喷油嘴换新后试车，相同负载下该缸排烟温度无明显变化且与其他缸排烟温度偏差较小;检查三台发电柴油机所有缸的喷油定时，发现个别缸喷油定时有轻微变化，但都在说明书允许的范围之内，为了保险起见，将有变化的喷油定时调整至出厂数值后开车试验，在相同负载情况下排烟温度无明显变化。由此可以判断，燃油供给及喷射方面不是导致该柴油机排烟温度高，输出功率降低的主要因素。

2.2 针对扫气压力和扫气温度

查阅历史记录发现，在相近的工作环境及负载情况，扫气温度基本保持不变，扫气压力成逐渐下降的趋势，但是下降趋势非常不明显，横向对比五年前后的参数在同等负载下其扫气压力下降绝对值约为0.4Bar左右，测取各缸的示功图并对比，最大压缩压力及爆压各缸平均，这就能排出进排气阀泄漏的可能。

综合以上两点说明扫气压力降低是引起整机排烟温度高、不能重载运行的主要原因。引起掃气压力降低的原因有进气总管堵塞、空冷器堵塞、增压器故障等。在此之前，三台发电柴油机增压器拆检并将转子送厂检验，均未发现明显异常;进气总管在吊缸保养时也检查过，未见异常;笔者将排查重点放在了空冷器上，拆检空冷器并进行化学清洗，气面散热片校正，气道疏通，装机试车工况依然未得到明显改善，至此故障的原因基本可以锁定为增压器扫气效率低、供气量不足。

由于船舶正处在营运之中，三台增压器整体拆检进厂检修需要耽误船期，且耗资巨大，为了节约成本决定船员自行拆检增压器查找故障原因（增压器剖面如图1）。

拆检发现增压器转子运转灵活，转子、喷嘴环及增压器内部清洁无明显磨损及积碳，仅表面覆盖轻微烟灰，至此排出了因为增压器内部脏污引起的扫气压力低的可能性。检查喷嘴环及转子无异常烧蚀及损伤后清洁装复，按照说明书要求测量了相关数据（如表1）。

表1中的K值、L值及M值是增压器拆检及安装中的三个重要数据，其中K值能直观的说明轴承横向位置是否正确。L值及M值能直观的表明压气端叶片与进气蜗壳的间隙是否符合要求，若其值较小，在增压器运转过程中压气端叶片有擦碰蜗壳的危险;若其值偏大，则扫气效率降低。从表1中数据可以看出L值及M值均已达到或者轻微超过最大允许值，从而引起增压器扫气压力降低。至此故障的原因基本锁定为增压器L值及M值过大，引起扫气压力降低，进而导致该原动机工况逐渐恶化、输出功率逐年降低。

为什么L值及M值会接近极限数据呢？仔细检查了该台增压器固定支架、蜗壳及进气道，发现进气道近压气叶片处及压气叶片背部本体平面有轻微的吹蚀痕迹（如图2），其表现为平面的缓慢气蚀的特征，笔者认为经过25年的使用，该增压器已经达到寿命极限，为正常的磨损损耗。

3  故障排除

该台增压器已经达到寿命极限，需要整体换新。但是考虑到该型号增压器已经停产多年，市场供应奇缺且价格昂贵，同时该轮已经有25年的船龄，整条船舶已经到使用寿命的末期，更换三台主发电柴油机增压器其时间成本及经济压力都非常大。笔者考虑能否充分利用现有条件，以最小的成本换取良好的设备工况，且能满足船舶的日常使用。L值及M值的增大是一个渐变且无法逆转的过程，在无法改变L、M值的情况下，我们能否提高增压器的转速，以弥补因L、M值增大引起的扫气损失呢？减小喷嘴环的口径能提高增压器的转速，但这种方法是一把双刃剑，喷嘴环口径过小会导致增压器超速、喘振等事故;口径过大则会导致增压器转速降低，扫气效率变差。受增压器最大允许转速及喘振的限制，在不引起喘振的情况下适当减小喷嘴环口径，必然会导致该发电柴油机额定功率降低。该船发电柴油机已经使用25年，各部件已有不同程度的老化现象，已不允许在额定功率下运行，所以适当减少喷嘴环口径以提高扫气压力的方案是可行的，只是需要考虑增压器允许最大转速及在常用功率范围内增压器是否会喘振。

由于船上无专业的增压器测试及喷嘴环口径计算设备，笔者只能根据经验，采用枚举法选配不同口径的喷嘴环装机并在常用功率范围内进行试验，以选出最佳口径。该型号增压器原配为口径34.5mm的喷嘴环，笔者先后选取了口径为29.3mm、30.55mm、31.5mm、32mm、33mm的喷嘴环进行装机试验，经过多次的拆装并运行试验，最终确定31.5mm为最佳喷嘴环口径，采用该口径喷嘴环后在常用功率范围内增压器转速不超过许用最大转速，无喘振现象，同等负载下扫气压力提高0.3Bar左右，最大输出功率提升至310kW（提升率约70%），在整个可用输出功率范围内排温平均降低约60℃、各缸示功图正常，船舶定速航行期间单台使用，经济性及安全性都得到了显著提高。

4  总结

超老龄船舶由于设备老化已经处于视情维修阶段，维修的主要目的由保持设计工况转变为维持正常运转、改善工况、延长使用寿命并保持较好的经济性。由于航运萧条，部分超老龄船舶依旧处于正常营运中，超老龄船舶所使用设备大部分已停产或者换代，备件短缺及备件昂贵是常态，这对于超老龄船舶轮机管理人员来说，充分利用现有条件换一个思路解决问题，或许会有更好的效果。

参考文献：

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[2]陆家祥.柴油机涡轮增压技术[M].北京：机械工业出版社，1999.

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[4]杜荣铭.船舶柴油机[M].大连：大连海事大学出版社，2003.