船舶柴油机扫气箱着火分析及预防措施.doc
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大连海事大学
毕业论文
二○一○年五月
船舶柴油机扫气箱着火分析及预防措施
专业班级：
轮机工程2005-9
姓名：
杨重虎
指导教师：
张跃文
轮机工程学院
15
内容摘要
摘要：
本文针对柴油机的扫气箱着火原因进行分析，提出一些可能导致扫气箱着火的因素，并提出一些相应的处理办法以及一些预防的措施，以期减少该事故的发生，同时可供其他轮机管理人员借鉴和参考。
关键词：
主机扫气箱着火故障分析
ABSTRACT：
Thispaperisaboutthecauseofscavengingairboxfiringandthetroublebeingsettled.Theauthoranalysisthecauseofscavengingairboxfiring.Lessonsshouldbedrawnfromthiscase.Theauthoralsolistssomeprecautionsaboutthiscase.Theaimofthepaperistobereducingthisaccident.
Keywords：
mainenginescavengingairboxfiringthecauseoftrouble
目录
1、故障现象 4
2、柴油机扫气原理及特点 4
3、引起扫气箱着火的相关系统 5
3.1扫气与排气系统——废气涡轮增压器 5
3.1.1废气涡轮增压系统的总体结构 5
3.1.2离心式压气机 5
3.1.3废气涡轮机 6
3.2燃油系统 7
3.2.1燃油喷射系统 7
3.2.2、燃烧室部件 10
4、扫气箱着火的原因分析及故障的排除 10
4.1、扫气箱着火原因分析 10
4.2故障的排除 11
5、扫气箱着火征兆及着火后的处理方法 11
6、预防措施 11
7、日常管理措施 12
7.1扫气系统日常管理措施 12
7.2喷油器的日常管理措施 12
7.3燃烧室部件的日常管理措施 13
7.3.1活塞和活塞环的管理措施 13
7.3.2气缸套的管理 14
8、结论 14
9、致谢 15
船舶柴油机扫气箱着火分析及预防措施
前言
扫气箱着火，是指沉积在扫气箱底部的油泥和碳渣混合物遇高温热源而燃烧。
不完全燃烧的废气从扫气口进入气缸，使燃烧恶化，排温升高，增压器喘振，主机功率下降。
不及时处理，将造成停机，因而对船舶安全生产造成极大的危害。
因此，提高轮机管理人员的安全管理意识，采取积极有效的管理措施，加强日常的维护保养是预防扫气箱着火的有效措施。
1、故障现象
凉山轮主机为二冲程半回流扫气十字头式柴油机，机型SULZER6RLB56，制造年份：
1984年，制造厂家：
南斯拉夫造船厂，主机额定功率5600kW，额定转速130r/min。
船舶行驶在印度洋海域时，发现三缸排烟温度较以前升高15摄氏度，测量爆压后以前比较发现稍稍减低。
三天后，船舶泊靠巴基斯坦卡拉奇港清洁扫气道的时候，发现三号缸中的油泥多达两桶（每桶约16L），接近其他缸的三倍。
2、柴油机扫气原理及特点
新气通过吸入口进入废气涡轮增压器（由废气涡轮和离心式压气机组成），经压气机压缩后新鲜空气的压力和温度升高，然后经冷凝器冷却后导入进气管和扫气箱，经口琴阀后从
图1.扫气道和排气道剖视图
气缸下不得扫气口进入气缸，进气流沿活塞顶面向对侧的缸壁向上流动，到气缸盖转向下流
动，把废气从排气口中清扫出气缸。
这种扫气方式突出的优点是：
气缸盖上无气阀机构，结构简单，维护管理方便。
但也存在缺陷：
气流流动流动路线长（通常都大于2S）且流动路线是弯曲的，新鲜空气与废气容易掺混且存在死角与气流短路，因此换气质量差，同时缸套下部的进、排气口两侧受热不均匀，容易产生变形。
3、引起扫气箱着火的相关系统
3.1扫气与排气系统——废气涡轮增压器
3.1.1废气涡轮增压系统的总体结构
主机废气涡轮增压系统由柴油机.压气机、废气涡轮、空气冷却器、重力油柜和辅助鼓风机等基本元件组成。
该系统采用单独增压系统，即主机只用废气涡轮增压器来实现增压。
它可以满足主机的工作需要而不消耗主机的输出功。
因此，它能够最有效地提高主机的功率，同时还能改善主机的经济性。
涡轮增压器由一个轴流的涡轮机和一个径流的压气机组成。
内部的转子安装在2个光滑的轴承上。
废气涡轮增压器的轴承润滑融入到了发动机的滑油循环系统中，并且没有水冷却系统。
压气机端的止推轴承和涡轮机端的光滑轴承分别由单独的两套管路通过主机滑油系统提供润滑。
涡轮机端的壳体有隔热层。
3.1.2离心式压气机
离心式压气机主要由压气机进气壳、进气消音器、压气机叶轮、扩压气、排气蜗壳等组成。
其中，消音器的空气滤网和导流盆对空气过滤、倒流、消音。
压气机叶轮由前弯的导风轮和半开式的工作轮组成。
废气涡轮增压器的压气机采用了连续后弯叶片，使压气机在宽广的压比范围内保持高效率。
首先，空气在进气通道的导流作用下，以最小的损失均匀进入压气机叶轮。
在渐缩型的进气通道中，空气的压力、温度略有降低，流速提高。
在压气机叶轮中，导风轮的扭曲方向和角度，是气流平顺地从轴向转到径向。
空气随着叶轮的高速回转，因而产了离心力。
这样，空气在叶轮叶片间随叶轮做圆周运动的同时，在离心力的作用下向叶轮外缘流动而被压缩。
由于叶轮对气体做功，把叶轮的机械能变成了气体的动能和压力能，因而气体的流速、压力、温度都升高了，其中流速升高了很多。
被压缩的空气进入到了扩压器中，由于扩压器的流道逐渐扩大，使空气的动能转换为压力能，流速降低，压力升高。
接着，被压缩的空气进入排气蜗壳。
由于排气蜗壳的通道也是渐扩的，因而空气流过时继续将动能转换为压力能。
衡量压气机的功能转换效率的指标是压气机的绝热效率。
压气机等熵消耗的功与实际消耗的功之比，即为压气机的绝热效率。
其中，压气机耗功在等熵绝热的理想情况下是最少的。
但压气机实际消耗的功，由于要克服气体流动阻力等，比等熵功要大。
离心式压气机的绝热效率一般为0.7～0.85。
3.1.3废气涡轮机
废气涡轮增压器采用轴流式涡轮机，由涡轮进气箱、喷嘴环、工作叶轮、排气箱等组成。
其中，喷嘴环由喷嘴内环、外环和喷嘴叶片组成。
工作轮由轮盘和工作叶片组成，其中工作叶片轴向安装在轮盘边缘的槽口中，叶身为叶片的工作部分。
具有一定压力和温度的废气从涡轮机进气箱流入喷嘴。
在喷嘴收缩形的流道中膨胀加速，其压力和温度降低，而流速升高，部分压力能转变为速度能，并且使气流具有了工作叶片所需的方向。
从喷嘴出来的高速气流进入叶轮叶片间的流道时，气流被迫转弯。
由于离心力的作用，迫使气流压向叶片凹面而企图离开叶片凸面。
使叶片的凹凸两面间产生压力差。
此压力差的合力即为作用在叶片上的冲动力。
作用在所有叶片上的冲动力对转轴产生一个冲动力矩。
此外，叶轮叶片的通道也是收缩的，废气在其中继续膨胀加速，其流出叶轮的相对速度大于流入叶轮的相对速度。
当气流在旋转的叶轮中流动时，因膨胀加速而给涡轮以反作用力，使得涡轮又得到一个反动力矩。
冲动力矩和反动力矩的方向是相同的，叶轮就在这两个力矩的共同作用下回转。
由于工作轮在高速气流作用下旋转并作机械功，从进口到出口，气流的温度、压力和绝对速度均降低。
废气涡轮所作的轮周功的大小主要取决于燃气的流量和热状态。
燃气在涡轮中的流动损失主要有流动摩擦损失、叶轮摩擦鼓风损失、漏气损失和叶片进口撞击损失等。
在涡轮不全进气的情况下，摩擦鼓风损失很大；涡轮在偏离设计工况下工作，气流进入叶片时就会产生撞击，偏离越大，撞击损失越大。
气流在叶片流道中流动时除了产生旋转力外，还产生轴向推力，使轴朝压气机方向窜动，因此必须在压气机端装设止推轴承
图2.主机废气涡轮增压器
3.2燃油系统
燃油系统是柴油机重要的动力系统之一，其作用是把符合使用要求的燃油畅通无阻的输送到喷油泵的入口端个。
该系统由五个基本环节组成：
加装、测量、储存、驳运、净化处理和供给。
从燃油舱柜中驳出的燃油在进机前必须经过净化系统净化。
对于低质重油还需进行加热，现在船上大多采用蒸汽加热，加热的温度也因粘度要求而异，一般采用分段加热法。
燃油舱中加热是为了便于驳运，因此确保油管出口附近燃油不发生凝固为原则，将油舱加热至15-20℃，出口附近为35-40℃即可。
在沉淀柜中，要加热到50-70℃，以提高沉淀效果。
为了提高分离效果，分油温度不能太低，也不能太高。
对于重油，最高不准超过98℃。
在日用油柜中，重油温度应保持在70-80℃。
为了使喷入汽缸中的燃油具有合适的温度以确保燃烧完全，对喷油泵前的燃油加热十分重要。
雾化加热器的加热温度应在100-150℃。
所以
在日常的巡回检查时，应注意各处的燃油加热温度。
3.2.1燃油喷射系统
燃油喷射系统采用传统的泵-管-嘴系统，每个气缸配有一台高压油泵和两只喷油器。
燃油经供给泵和增压泵将日用柜中的重油输送到高压油泵。
当主机工作时，柱塞式高压油泵同时向两只喷油器供油，喷油器将燃油雾化好后喷入气缸内燃烧；当主机不工作时，燃油经高压油泵和喷油器各自带有的回油管路将燃油汇总到燃油出口管路。
图示背压阀的作用是安装在燃油进口和回油口之间的，可以起到使燃油进口压力保持在8bar左右。
1）高压油泵
油泵工作时，凸轮由顶圆向基圆方向转动时，柱塞下行，当燃油进口处的油压大于吸油阀的启阀压力时，吸油阀被打开，燃油供入柱塞上的空腔内；凸轮转至顶圆在上止点时，柱塞在凸轮作用下向上运动，关闭套筒上回油孔，吸油阀在油压作用下向上落座关闭，燃油被柱塞压缩产生高压，燃油经由高压油管供入喷油器喷入气缸进行雾化燃烧，由电子调速器根
图3.主机高压油泵
据系统设定的转速和调距桨的螺距来实时调节供入高压油泵的油量，油泵中油门齿条与齿圈啮合，当拉动油门齿条时，齿圈转动带动柱塞转动，柱塞上的螺旋槽与套筒上的回油孔之间的相对位置发生变化，从而改变了柱塞的有效行程，改变喷油量；当柱塞上的直槽对正套筒上的回油孔时，柱塞有效行程为零，此时油泵不供油。
油泵不工作时，来自油泵燃油进口管8bar压力的燃油克服吸油阀弹簧的压力，将吸油阀打开，进入油泵燃油压缩空间。
一部分燃油进入高压油管和喷油器，然后经喷油器燃油回油管回到回油总管；一部分燃油通过套筒下部的回油孔回到回油总管，这样燃油可以在油泵和喷油器内循环。
在使用和停车状态下，燃油都可以在油泵和喷油器内循环，柴油机停车和机动航行时都不需换油。
2）喷油器燃喷射过程
在喷油泵的出口端和喷油器的入口端分别装上压力传感器,测量的喷油器出口压力Pp随曲轴转角ψ的变化规律;喷油器进口压力Pn随曲轴转角ψ的变化规律；针阀升程h随曲轴转角ψ的变化规律分别如图5中的（a）、（b）、（c）所示。
图示曲线将从供油始点到喷油终点的喷射过程分为三个阶段（如图4所示）：
（1）喷射延迟阶段Ⅰ
由于燃油的可压缩性，高压油管的弹以及高压系统的节流作用等原因使得喷油器的喷油始点Ou滞后于喷油泵的供油始点。
由此，存在着供油提前角ψp和喷油提前角ψn。
（2）主要喷射阶段Ⅱ
本阶段内由于瞬时供油量大于喷油量，所以喷油压力继续升高，燃油是在不断升高的高压下喷入气缸，循环喷油量的大部分在本阶段内喷入气缸。
通常称针阀开启的燃油压力Pn为喷油器的启阀压力。
显然，本阶段的长短主要取决于柴油机负荷，负荷越大，本阶段越长。
（3）尾喷阶段Ⅲ
当喷油泵停止供油时，由于原压缩燃油在低压下膨胀，高压油管在低压下收缩以及系统
图4喷射过程曲线图
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