WARTSILA 8L46C 型废气/增压系统旁通阀异常开启对主机工况的影响与对策

唐 然,喻健康

(中国卫星海上测控部，214431)

0 引言

WARTSILA8L46C 型柴油机引进by-pass valve(增压空气旁通阀)和waste gate valve(废气旁通阀)，在低负荷情况下通过打开by-pass valve，来提高增压器涡轮转速，从而使扫气箱有足够量的增压空气参与燃烧；在高负荷情况下通过打开waste gate valve 来降低废气能量，增压器涡轮转速下降，从而达到保护增压器转子的目的。若在狭窄水道、船舶密集或大风浪航行等，旁通阀异常开启将会严重影响主机工况，进而对船舶航行带来巨大的安全隐患。

1 by-pass valve 和waste gate valve 结构原理简介

图（1）为by-pass valve 和waste gate valve 的基本布置图

1.1 by-pass valve 和waste gate valve 基本管路布置

图（1）中：①烟囱；②增压器；③排气总管；④by-pass和waste gate 共用支管；⑤柴油机机架；⑥扫气箱；⑦bypass valve 支管；⑧by-pass valve；⑨waste gate valve；⑩waste gate valve 支管。

1.2 by-pass valve（增压空气旁通阀）功能及其控制

by-pass 增压空气旁通阀为一只蝶阀，安装于扫气箱与增压器废气进口端连通管上，主要用于转速易变的发动机，以在较高负载时得到一个较高的增压器效率和在部份负载时有足够的余地抵抗负载起伏，即柴油机处于低负荷时，使增压器有足够的喘振裕度。因为，柴油机低负荷时，排气脉冲大，增压器转子动能不稳定，且柴油机耗气量小，增压压力增大，导致压气机背压高，较易发生喘振，因此设置该阀并适时打开，使部分增压空气从扫气箱进入增压器涡轮端，减小压气机背压，来增大转子动能，从而增大喘振裕度。增压空气旁通阀由一个电控气动阀控制，其控制信号来自于串联连接的转速继电器和增压空气压力开关。当柴油机转速低于425 rpm 且扫气压力大于0.032MPa 时，增压空气旁通阀会自动打开，使部分增压空气从扫气箱进入增压器涡轮端以增大增压器的转速。

1.3 waste gate valve（废气旁通阀）功能及其控制

waste gate valve 废气旁通阀装于增压器废气涡轮端连通管上，该阀门系统是一个为高增压柴油机的一套优化/保护综合系统。废气门设计意图是：在较低的和部分负载(较高增压空气压力，较低燃油消耗和较低排气温度)时，提高柴油机的工作性能。当负荷超过85%或增压空气进气温度很低时，增压压力和气缸燃烧压力过高，此时，扫气箱增压压力一旦大于0.03MPa，必须使部分废气分流至烟囱，以此减少进入涡轮端废气流量，使扫气箱增压空气参与各缸燃烧的量控制在适当的水平，以保证柴油机发挥最佳工况。废气旁通阀由一个电控气动阀控制，其控制信号来自于随负荷变化而变化的增压空气压力。当柴油机转速高于425 rpm 且增压空气压力大于0.3MPa 时，废气旁通阀会自动打开，使部分废气分流至烟囱从而降低进入涡轮端废气能量。当增压空气压力小于0.3MPa 时，废气旁通阀会自动关闭。

2 旁通阀异常开启的故障现象

2.1 by-pass valve 异常开启

案例一：某船正常航行在大洋上，船速为18 节，右柴油机工况为7400KW 左右时，康士伯监测报警系统检测到该柴油机各缸平均排气温度超过设定报警值450℃，发出声光报警信号，报警延续10 秒后，该机控制系统自动执行降负荷程序。此时，轮机员检查发现该机增压压力偏高，柴油机排气烟色较黑，扫气温度上升，通过排查确认是由于by-pass valve 异常开启造成。

2.2 waste gate valve 异常开启

案例二：某船在长江航道上行驶，船速为8 节，右柴油机工况为1500KW 左右时，康士伯监测报警系统检测到该柴油机1#气缸排气温度超过设定报警值520℃，随后4#、7#、8#缸排气温度均超过设定报警值。康士伯监测系统发出报警信号，10 秒后柴油机同样执行降负荷程序。此时，轮机员检查发现柴油机增压器转速下降，且增压器前后排气温度差值过小，几乎相等，柴油机烟色变黑，通过排查确认故障原因为waste gate valve 异常开启。

3 旁通阀异常开启对工况的影响分析

3.1 by-pass valve 异常开启的影响

柴油机在高负荷（7400KW）工作时，by-pass valve 异常开启。此时，由于废气压力远远大于扫气压力，高温高压的废气进入扫气箱，造成扫气箱空气温度显著升高，导致柴油机燃烧恶化。同时部分废气进入扫气箱后，又影响到增压器涡轮端的废气能量，造成增压器涡轮转速下降，同轴另一侧的压气机压入的新鲜空气量就会相对减少，在柴油机操作手柄给定量控制下，柴油机不能发挥其最佳给定工况。受其影响的还有，扫气温度升高，扫气箱温控阀会自动增大中冷器的淡水循环量，一旦温度过高，中冷器来不及将扫气温度冷却至45℃，就进入扫气箱，造成空气密度降低，导致柴油机燃烧不充分。柴油机出现滞燃现象后，还会使排气温度显著升高，排温升高又直接影响排气阀使用寿命。冷却水如此循环，由于中冷器热交换量增大，冷却水温度就会升高，此冷却水途经滑油冷却器，过热的冷却水会使滑油冷却效果变差，滑油温度越高，流速越快，粘性越低，进入机体后，润滑油膜不易建立，会加大柴油机运动件的机械磨损，如不及时解决此故障将会带来严重后果。对此进行了排查，发现by-pass 电磁阀阀芯膜片损坏，导致气路直通至by-pass valve 气缸，在0.7MPa 控制空气作用下，by-pass valve 始终处于开启状态，且无法自动复位，造成以上一系列的影响，更换后by-pass 电磁阀阀体，此故障隐患排除，系统恢复正常。

3.2 waste gate valve 异常开启的影响

柴油机在低负荷工作情况下，waste gate valve 异常开启，部分废气被旁通直接排入烟囱，使得增压器涡轮转子动能不足，压气机转速下降，进入扫气箱新鲜空气量不足，增压压力下降，导致柴油机燃烧恶化，多缸排温就会出现高温报警，致使柴油机自动降负荷。在操作手柄给定量控制下，柴油机不能发挥其最佳给定工况。若柴油机在满足by-pass 阀打开的条件时，waste gate valve 异常开启，就会使部分废气进入扫气箱，此时如不及时解决，后果更为严重。对此通过彻底排查，发现柴油机增压空气压力传感器线路短路，造成控制信号异常，是该故障发生的主要原因，更换短路线路后，故障归零。

4 管理对策

柴油机正常运行工况时，上述旁通阀出现异常开启后，对船舶航行安全影响较大，必须高度关注，要及时准确定位，尽快排除。

4.1 日常维护保养

严格按照说明书要求定期（每次启动前）对by-pass valve和waste gate valve 系统进行系统测试，定期（每半年）对旁通阀、定位装置和气压动力缸等部件进行检查保养。

4.1.1 系统功能测试

（1）by-pass valve 系统功能测试

① 柴油机停车时，by-pass valve 应处于关闭状态，接线箱E1 内连接旁通电磁阀的端子上无电压显示。同时还应通过执行器目视检查蝶阀阀瓣的位置。检查阀位指示与实际位置是否对应以及是否有旁通报警（正常情况下，不应有旁通报警）。

② 将压力传感器检验工具（手动气泵）与检验端口（6）相连。见下图（2）。慢慢升高压力，检查压力继电器（4）开关是否在0.032MPa 处动作。此时增压旁通阀应打开（如果接线箱E1 内连接旁通电磁阀的端子上有24VDC，则说明旁通阀已打开）。同时还应通过执行器目视检查蝶阀阀瓣的位置。检查位置指示与实际位置是否对应以及是否有旁通报警（正常情况下，不应有旁通报警）。

（2）waste gate valve 系统功能测试

①发动机停车时的模拟功能测试

如下图（2），将压力传感器检验工具（手动气泵）与检验端口（6）相连，向发动机上的压力变送器（5）模拟增压压力，观察废气旁通阀的动作。

图（2）系统结构原理图

当模拟的增压压力超过0.3MPa 时，旁通阀应开始动作，如果电控系统已给出正确的信号，但旁通阀不动作，此时应检查控制空气压力并通过控制空气进气管上的减压阀时进行调节。如仍无动作，则必须放空空气系统并手动测试旁通阀。如果旁通阀、定位装置和气压动力缸有卡滞现象，必须解体清洁并更换损坏的密封件。此外还应检查定位装置和动力缸之间的连接件。

②发动机运行时的功能测试

柴油机启动时，旁通阀会在启动过程中都要进行自动检测一次，此时应观察电控系统功能和旁通阀的位置，旁通阀应动作。如果不动作，则不得增加柴油机负荷，应按上述方法查找故障原因，直至故障排除。

4.2 突发故障时的应急处置

若船舶在狭窄水道、船舶密集或大风浪航行时，旁通阀发生异常开启，应对措施如下：

（1）by-pass valve 异常开启时的应急处理

①断开by-pass 电磁阀的供电电源；

②关闭by-pass valve 控制空气截止阀。

（2）waste gate valve 异常开启时的应急处理

①断开I/P 控制电磁阀的电源；

②关闭waste gate valve 控制空气截止阀。

5 结束语

增压空气旁通阀和废气旁通阀是WARTSILA8L46C 型柴油机特有的一套辅助装置。对我们轮机管理人员来说，这是一个全新的概念。面对全新的设备和全新的系统，要维护管理好它，必须正确掌握其机理和结构特点，在实践中，不断地对其工作特点、运行规律加以摸索和研究，只有真正做到科学管理，认真维护，才能确保其工作更安全、更可靠。

[1] 满一新.船机维修技术.大连海事大学出版社.1999 年

[2] 轮机维护与修理.大连海事大学出版社.2000 年

[3] WÄRTSILÄ 公司.8L46C 主机使用手册.2007 年