示功图在船用主机故障诊断中的应用

2017-10-10黄步松王必改许明华

科技与创新 2017年19期

关键词：船用供油气缸

黄步松，王必改，许明华

（福建船政交通职业学院，福建福州350007）

示功图在船用主机故障诊断中的应用

黄步松，王必改，许明华

（福建船政交通职业学院，福建福州350007）

柴油机作为民用船舶的主要动力装置之一，其运行的可靠与否直接影响船舶的安全航行。通过对船用主机异常示功图的主要热工参数与正常示功图的比较，对船用主机缸内燃烧情况进行了分析，指出了可能存在的故障，为快速、有效地排除主机运行中出现的故障提供了依据，仅供轮机管理人员参考。

示功图；爆发压力；排气温温；船用主机

船用主机的常用故障诊断技术有性能参数分析法、油液监测法和震动检测法等。其中，示功图法是性能参数分析法的一种，它能够准确、直观地反映柴油机气缸内的燃烧过程。而燃烧过程直接关系到柴油机的动力性、经济性、排放性和可靠性等性能。采用对运转中的柴油机定期进行示功图的测录和分析，比较正常示功图与异常示功图、主要热工参数，找出它们之间的差别，并判断产生偏差的原因，可直观地判断柴油机的燃烧性能，从而进行合理的调整和检修，以确保船用主机在良好的技术状态下运转，保障船舶的安全运行。

1 正常示功图

示功图是指气缸内压力随曲柄转角或气缸容积变化规律的图形，它是在柴油机出厂前，试车台运行状态良好时测取的。正常示功图有以下特征：①工作过程各主要特征参数值比如压缩压力PC、最高爆发压力PZ等应符合说明书或试航报告的规定；②工作过程曲线比较圆滑，曲线过渡处无锐角或突变形状；③示功图尾部轨迹形状应与二冲程柴油机正常时不同的换气形式相符合。

2 异常示功图的特征

造成异常示功图的因素很多，可能是由于示功器本身或使用不当引起的，但主要是由于柴油机本身故障，即缸内燃烧过程不正常引起的。以下列举一些在运行管理中常见的异常示功图的特点。

2.1 最高爆压高而排温降低

最高爆发压力高而排气温度降低的示功图与正常示功图比较有以下几个特点：①燃烧点提前，燃烧曲线与压缩曲线过早脱离；②膨胀曲线与正常示功图低（排气温度降低）；③最高爆发压力PZ比正常要高，示功图头部尖瘦，压力上升曲线陡削。最高爆发压力高、排气温度降低的主要原因有供油提前角过大、喷油器启阀压力降低，进而造成大部分燃油在上止点前喷入气缸燃烧。另外，当由以往燃重质油改用轻质燃油而未调整供油定时，由柴油机燃烧理论分析可知，轻质燃油的滞燃期短，会在气缸内形成提前燃烧，进而增加柴油机的机械负荷，严重时会使气缸内单位曲柄转角压力升高过快，发生最高爆发压力过高的情况，造成燃烧敲缸，降低了主机的可靠性。此时，应及时调小供油提前角。

2.2 最高爆压低而排温升高

最高爆压低而排温升高的示功图与正常示功图比较有以下特点：①示功图头部形状圆滑，燃烧点后移，甚至发生在上止点后；②膨胀线高于正常示功图，且排气温度升高；③最高爆发压力PZ明显降低，即示功图高度下降。最高爆压低而排温升高的原因通常有供油泵供油提前角过小、喷油器启阀压力过高、喷油泵柱塞套筒过度磨损、喷油器针阀与针阀体过度磨损造成泄漏、燃油温度过低、粘度过大造成雾化不良、燃油滤清器部分堵塞、航行阻力增大等。另外，由原来燃轻质燃油改用重质燃油又未调整供油正时，因重质燃油的滞燃期长，在气缸内形成滞后燃烧，滞后燃烧造成热负荷增加，柴油机的动力性、经济性降低、排放增加。此时，应及时调大供油提前角。

2.3 最高爆压与排温均升高

与正常示功图相比，最高爆压与排温都升高的示功图特点为：①膨胀线比正常示功图高（排气温度升高）；②示功图面积增大，即示功增加；③最高爆发压力PZ比正常值高，压缩压力正常。其原因是循环喷油量过大、调节齿轮锁紧螺钉松脱、调节齿轮移位、调速器调节齿杆最大油量螺钉调整失误、油门控制杆卡在大的供油量上、调速器输出轴与喷油泵供油刻度匹配不当、控制空气或扫气空气压力太大等。

2.4 最高爆压与排温均降低

与转角示功图、正常示功图相比，最高爆压与排温都降低示功图的特点为：①压缩线与膨胀线均比正常示功图低；②示功图面积减小，指示功率降低，排气温度升高；③最高爆发压力PZ和压缩压力PC都降低。最高爆压与排温均降低的原因通常是气缸内空气量不足、循环喷油量过低引起的：①气缸内空气量不足的原因主要有气缸漏气，比如活塞与气缸过度磨损，活塞环外表面磨损搭扣间隙、天地间隙过大，气缸注油率和注油定时不当；排气阀与阀座撞击磨损、气阀间隙过小产生漏气等；扫气空气供应不足，比如扫排气口积炭，增压器进气滤清器脏堵，中冷器脏污，工作叶轮、增压器喷嘴环积炭脏污，涡轮前排气管漏气、轴承故障、轴封结碳等；排气系统受阻；船舶在不同气象条件和不同航区下，比如在顶风顶浪、污底等海况中航行时，造成主机与螺旋桨不匹配等。②循环喷油量过低的原因有喷油泵柱塞套筒过度磨损、出油阀与阀座磨损、启阀压力过大、喷孔部分堵塞、燃油滤清器堵塞、燃油控制杆卡死在小的供油量位置、可变喷油定时（VIT）机构调节失常等。

2.5 扫排气口部分堵塞

扫排气口堵塞会使缸内新鲜空气量不足，形成燃烧不完全，使柴油机的动力性、经济性、排放性和可靠性变差。

图1和图2为某二冲程柴油机扫排气口部分堵塞时的示功图。该柴油机在正常工作时测得示功图的压缩始点压力为35 kPa，扫气压力为42 kPa。图1中压缩始点压力为30 kPa，明显低于正常时的35 kPa，这说明气缸内新鲜空气量过少，扫气空气不足，扫气口部分堵塞。图2中排气口开启始点延后，扫气口开启时缸内压力为42 kPa，高于正常扫气压力，且压缩始点压力为38 kPa，也比正常的35 kPa高，说明排气不畅，气缸内废气压力过高，排气口部分堵塞。扫排气口部分堵塞的主要原因有气缸注油量过多、气缸温度过高、循环喷油量过多进而造成燃烧不良。管理中要综合检查燃油系统、换气机构与增压系统、冷却系统和润滑系统等。

3 结束语

示功图对船用主机的故障诊断直观、方便、快速，但由于柴油机的故障往往不是单一因素引起的，而是由许多综合因素引起的，且在实际工作中，示功图测录时会受到示功器本身安装精度、测试时的海况、吃水、船速、气象条件和柴油机本身技术状态等因素的影响，造成所测图形产生一定偏差，给分析故障造成困难。所以，用示功图分析船用主机故障时，还应针对具体情况并参考其他测试的热工参数进行综合分析。只有这样，才能快速、准确地找到和排除故障，确保主机良好运转。