谈ALPHA电子注油器及其管理

2013-06-07大连海事大学仉大志

世界海运 2013年4期

关键词：主控制注油汽缸

大连海事大学仉大志

谈ALPHA电子注油器及其管理

大连海事大学仉大志

介绍ALPHA电子注油器系统及工作原理，详细分析注油率调节方式，并总结在注油率调节管理上应注意的事项。

ALPHA电子注油器；ACC；注油率调节；管理

ALPHA电子注油器（下文简称ALPHA注油器）与传统的机械注油器相比，有着能使汽缸保持良好的润滑状态、节省汽缸油、降低废气颗粒排放等优点，在MAN B&W二冲程船用柴油机上得到了广泛应用。MAN B&W ME系列机型均采用ALPHA注油器，MC系列新造机大多采用此注油器，一些采用机械注油器的MC机型也纷纷改造采用电子注油器。笔者曾在两艘采用ALPHA注油器的新造船舶上工作，想谈一下对ALPHA注油器及其管理工作的认识。

一、ALPHA注油器简介

1.ALPHA注油器系统

ALPHA注油器系统如图1所示，它由泵站、注油器单元、注油器控制单元、人机交互面板、触发系统及负荷传感器等组成。

（1）泵站：由两个独立操作的泵、加热盘管、过滤器和一个吸入油箱组成。泵站启动面板的电源是各自独立供给，以保证油泵运行安全。

（2）注油器单元：每个汽缸都有一个注油器单元，对于缸径在700～980 mm的柴油机每缸有两个注油器，而对于中小缸径型柴油机来说可设置一个注油器。每个注油器的进油处有一个氮气储压器，压力为2.5～3.0 MPa，在出口处也有一个小氮气储压器，压力为0.15 MPa。每个注油器上安装反馈传感器和电磁阀，根据柴油机的型号装有3～6个注油枪。

（3）ALPHA注油器控制单位：由控制注油器的三个电子器件——主控制单元（MCU）、备用控制单元（BCU）和转换开关单元（SBU）组成。

（4）负荷变送器：负荷变送器连接油门总杆，因此把柴油机的油门刻度的百分比连续不断地传送到主控制单元（MCU）。油门刻度百分比近似看做平均有效压力百分比，从而配合转速百分比对柴油机的负荷进行计算。

（5）触发系统（曲轴编码器）：曲轴编码器连接在曲轴前端，信号通过一个接线盒传送到主控制单元，通过这个信号主控制单元决定喷油正时。对于那些曲轴前端不适于安装角度编码器的柴油机来说，一般在飞轮端安装触发环和测速装置。

（6）备用触发系统：备用触发系统由安装在飞轮端的两个转速检测装置组成，因此可以将柴油机的转速信号传送到备用控制单元。

（7）人机交换面板（HMI）：人机控制面板通常安装在集控室内，可以很方便地调整汽缸油注油器参数，并显示出各种数值和报警，手动启动油泵和汽缸油预润滑等操作。

2.ALPHA注油器工作原理

从日用油柜出来的汽缸油经高压泵站增压至4～5 MPa，然后通过共轨油管输送至注油器。每个注油器带有储压器，储压器起到稳压的作用。注油器接收到主控制单元控制信号时，电磁阀通电，注油器向注油枪注油。该主控制单元接受来自曲轴转角信号、负荷变送器的主机负荷信号以及转速信号，经过计算后给出注油定时和注油量，控制注油器的电磁阀以合适的启闭实现各个汽缸的汽缸油注入。每次注油的情况通过反馈信号发光二极管显示。

注油正时是依据曲柄角度编码器的两个信号控制的，一个是以第一缸上止点的信号为准，另一个是曲轴位置传感器信号（曲柄转角），ALPHA注油系统通常是在压缩行程、第一道活塞环上升至对准注油孔时开始向活塞环注油的。

注油量由主控制单元动态控制，在综合考虑了柴油机的负荷、转速后确定出最佳注油率。注油器的每次喷油量是恒量控制，改变注油率由改变喷油频率来实现。也可根据需要依据柴油机的工况在人机交互面板上手动设定注油量，人工面板可以在60%～200%之间（其默认值是100%）对各汽缸的注油率进行独立调整。

柴油机部分负荷下的注油率有两种控制方式：与负荷成比例或者与平均有效压力（MEP）成比例。控制方式可以在系统初装时在系统设定，目前缺省设置是与负荷成比例。平均有效压力信号来自负荷变送器，反映油门百分比；负荷信号是主控制单元根据平均有效压力百分比信号与转速百分比信号计算得来。

柴油启动及机动操作时，系统自动进入变负荷模式，即LCD（Load Change Dependent）模式。此时，程序自动加大25%注油率，注油率随主机转速变化，通常时间持续30 min。为避免柴油机低负荷工作时汽缸注油量过少，当负荷低于25%时，程序将注油率转换为随转速变化。

系统正常情况下是由主控制单元（MCU）控制工作，如果系统检测到故障会在集控室发出报警，具体的报警内容可在人机交互界面面板（HMI）上显示出来。如果主控制单元（MCU）发生故障，那么备用控制单元（BCU）就自动投入工作。当主控制单元（MCU）和备用控制单元（BCU）都发生故障时，将发出自动降速信号到柴油机的安全系统。

二、ALPHA注油器注油率调节

1.汽缸注油的作用

二冲程柴油机汽缸注油作用有三点：

（1）保证活塞与缸套间有合适的油膜，为摩擦副提供润滑。

（2）提供足够的碱，中和燃油产生的硫酸。

（3）抑制燃烧室结炭，溶解并携带燃烧产物到扫气箱，即具有清净分散作用。

MAN公司通过大量的实验，包括在缸套上安装传感器监测油膜厚度及采用不含清洁分散剂的滑油等，发现注油率只要不低于最低注油率，即可保证润滑厚度，为活塞和缸套提供足够的润滑。而清洁分散作用只与添加剂有关，与注油量多少关系不大，最低注油率能够保证良好的清洁分散性。这样，只要不低于最低注油率，注油器注油率只与柴油机负荷即喷入汽缸燃油量和燃油含硫量相关。

2.注油率对汽缸状态的影响

汽缸注油率应当适宜。注油率太小，活塞和缸套之间的摩擦面难以形成完整的润滑油膜，出现半干摩擦，轻者加快缸套、活塞环和活塞裙部的磨损，重者会因摩擦面漏气破坏油膜出现拉缸咬缸现象。注油率太大，除造成不必要的浪费外，还会产生缸套的机械抛光和化学抛光现象，加剧磨损。如果注油率太大，过多的汽缸油在活塞顶部焦化结垢，同时汽缸油不能消耗的碱性添加剂在活塞顶部积聚结垢，尤其是高顶岸活塞的活塞顶部更易结垢，结垢达到一定厚度与缸壁接触，破坏缸壁的油膜，增加了缸壁及活塞环的磨损，这种现象就是机械抛光。此外，汽缸需要适度的酸性腐蚀，以在缸套壁面上产生微观结构上的石墨沟槽，滑油可以储存在小的沟槽里以利于活塞和缸套之间的润滑。注油率太大还会使汽缸完全处于碱性环境，缺少酸性腐蚀，不能形成具有储油能力的石墨沟槽，不利于摩擦面油膜的形成，导致所谓的化学抛光，从而加剧活塞和缸套间的磨损。

对于采用高顶岸结垢活塞的二冲程柴油机，尤其需要注意调节注油率，注油率过大或过小都会加剧活塞和缸套的磨损，严重的会产生拉缸咬缸事故。

3.ALPHA ACC注油器注油率调节

（1）注油因子

基于ALPHA注油器大量成功的使用经验，MAN公司于2004年后将注油率随负荷变化模式作为缺省的控制模式。采用负荷模式控制注油量的ALPHA注油器称为ALPHA ACC（adaptive cylinder oil control）电子注油器，引入了注油因子概念。注油率计算公式为：注油率=注油因子×S%。注油率既能随负荷变化，同时也随燃油含硫量变化而变化。汽缸油注油率与喷入汽缸内的硫含量成正比，能够很好地控制硫酸腐蚀。每次加装不同含硫量的燃油时，注油因子一定，根据含硫量计算注油率，在人机交互面板上按照厂家提供的注油率设定表可以很方便地手动设定注油率。

注油因子是MAN公司在船舶上实验、在缸套磨损率较理想的情况下得出的经验值，经实验得知在使用一定碱值的汽缸油条件下注油量与燃油的含硫量具有一定的线性关系, 如图2所示。注油因子0.26 g/kWh，是MAN公司对于使用BN70的汽缸油、600 mm缸径以下采用ALPHA ACC注油器的二冲程机推荐的基本注油因子。其中0.6 g/kWh是在足以中和酸性产物的同时为了维持油膜厚度所需的最小汽缸油注油率。MAN公司不再推荐基本注油率，而是推荐基本注油因子。基于使用经验，在不低于最低注油率的前提下，按照基本注油因子调节注油率，既可保证柴油机安全运行，又能使汽缸状态保持最佳。

图2 ALPHA ACC润滑曲线图

（2）注油率调节

笔者工作过的Y轮主机为MAN B&W6S35MC-C柴油机，采用的就是ALPHA ACC电子注油器。主机初次投入运行，或者缸套、活塞环换新后的磨合运转时厂家建议的磨合程序，如表1、图3所示。

磨合初期按固定注油率方式逐步降低，然后按照注油因子与含硫量相结合方式降低注油率，需要调整的是逐步降低注油因子到基本注油因子，但不能低于最低注油率0.6 g/kWh。500 h前逐步降低固定注油率，然后按注油因子及燃油含硫量确定注油率，在接下来的2 000 h按固定时间表，配合扫气口检查将注油因子从0.34 g/kWh降到基本注油因子0.26 g/kWh。

图3 Y轮ALPHA ACC电子注油器注油率调节曲线

三、ALPHA注油器管理

（1）日常操作管理。ALPHA注油器由程序控制，自动化程度高，日常操作管理简单。备车时，盘车前在人机交互面板上按下预润滑键，注油器自动注油。航行值班时，注意检查油压油温，及每个注油器中间接线盒上的反馈指示灯是否正常闪亮，每天计算汽缸油的消耗量和扫气箱的放残量，发现异常及时查找原因并消除。每月切换备用泵，也有系统设定自动每天切换备用泵的。了解注油器警报类型及应急处理措施，一旦出现故障能及时处理。

（2）定期检查保养。定期把发动机No.1缸转到上死点位置，检查编码器接线盒上的指示灯（亮），即检查定时是否准确。定期检查转速采样传感器与感应件间的间隙。扫气口检查时，检查注油器注油情况。定期检查控制箱及电路板等电器部件。定期检查注油器单元储压器压力，拆检保养注油器。

（3）注意加强汽缸油流量和负荷变送器监控。ALPHA注油器控制简化精确，但与机械注油器比较起来不够直观，除按说明书要求监控其运行参数外，注意通过汽缸油流量计及程序计算监控汽缸油每日消耗量是否正常。MAN公司曾通报出现过注油器LCD功能在船舶正常定速航行时误启动，导致注油量过大的现象。对于负荷变送器，注意检查其MEP转换百分比是否与油泵油门实际刻度相匹配。曾有同行遇到过由于负荷变送器变形导致注油量不正常的情况。[1]

（4）对于汽缸油注油率的调节，在管理上要胆大心细。不论机械注油器或电子注油器，在实际应用中，一般的趋势都是注油率过大。这主要是因为主管轮机员主观认识上的不足。通常认为注油率调小有主机拉缸的安全隐患，一旦出现问题就要承担责任；而注油率大一点不会出现安全问题，即使有不良后果也是长期积累才能显现出来。如果公司管理人员没有提出明确要求，主管人员就不愿严格按照说明书要求调节注油率。事实上，对于新造船舶处于磨合期的主机，各方面运转良好，根据电子注油理论及实践，主管人员要有这样的信心，严格按照厂家推荐的调节程序，结合扫气口检查，逐步降低注油率，坚信只要不低于最低注油率就不会出现安全事故。相反，注油率过高，反而可能会出现安全事故。

（5）注意注油率调节的时机。注油率调节的最佳时机是在磨合期内，但个别管理人员未能按照说明书要求在磨合期内逐步降低汽缸油注油率，磨合期后注油率仍然很大。这时再降低注油率需要尤其谨慎小心，因为此时汽缸由于汽缸油注油率过大导致了机械抛光及化学抛光，汽缸润滑状态不良，如果盲目将汽缸油注油率降得过大，极有可能导致拉缸事故。某轮主机采用ALPHA ACC注油器，累计运行4 149 h，接船轮机长在HMI面板将注油率仍设定为118（对应于1.3 g/kWh），接班轮机长认为注油率设定过大，调整HMI面板注油率至106（1.17 g/kWh），360 h后（累计运行4 509 h）再调整HMI至94（1.03 g/kWh），其后主机运转631 h开始拉缸。该主机此次拉缸事故，吊了6个缸，更换了4个缸套和6套活塞环。[2]