轮机工程专业毕业论文发电机部分缸排温过低现象分析及故障.docx
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轮机工程专业毕业论文发电机部分缸排温过低现象分析及故障
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毕业论文
二○一一年六月
“蓝海创新”轮一号发电机部分缸排温过低现象分析及故障排除
专业班级：
轮机工程06级八班
姓名：
指导教师：
内容摘要
摘要：
“蓝海创新”轮所用发电原动机为MANB&WBL23/30型柴油机。
在某航次发现NO1发电机3缸排温过低的现象。
结合该故障，介绍柴油机的换气系统及排气阀的结构及工作原理。
根据理论分析及实际操作消除故障，并提出排气阀的管理及注意事项。
关键词：
柴油机、换气系统、排气阀
ABSTRACT:
MV“LANHAICHUANGXIN”hasthreegeneratorswhichtypeisMANB&WBL23/30.OncewefoundatroublethattheexhausttemperatureofNO.3generatornumberthreecylinderistoolow.Centeringonthetrouble,thisthesisexplaintheoperationprincipleoftheairrenewalsystemandexhaustvalve.Followingtheoreticalanalysisandpracticaloperation,weeliminatethetroublewitheffectivemeasures,andsummarizessomemaintenanceprecautionsforexhaustvalve.
KeyWords:
dieselgeneratorairrenewalsystemexhaustvalve
目录
前言5
1气缸排温异常现象5
2柴油机的燃烧过程及其影响因素5
2.1燃油的燃烧过程5
2.2燃烧过程的影响因素6
3柴油机的换气过程及换气机构6
3.1柴油机的换气过程7
3.2柴油机的换气机构8
3.2.1气阀驱动机构8
3.2.2气阀机构9
4柴油机排温过低原因分析9
5故障的排除和事后处理10
5.1故障排除10
5.2事后处理11
6总结11
【参考文献】12
“蓝海创新”轮一号发电机部分缸排温过低现象分析及故障排除
前言
船舶发电柴油机带动发电设备为全船提供电源，是船舶上所有用电设备的动力之本，俗称副机。
因发电机要求功率不大、转速较高以及结构简单，因而均采用中、高速四冲程筒形活塞式柴油机。
因其换气采用的都是气阀式换气机构，因此气阀机构的工作状况直接影响柴油机的换气是否良好，而换气过程的完善程度对柴油机的性能有重要影响。
若换气较差，压缩过程开始时气缸内残留的废气较多、新鲜空气较少，这就导致燃油不能安全、及时的燃烧。
而燃油不能安全、及时的燃烧不仅使柴油机功率、动力性降低，而且会使燃油大量结炭、排气污染增加。
燃油不能完全燃烧亦会造成气阀结炭，导致气阀不能正常工作，气阀不能正常工作反过来会导致换气冲量系数、扫气效率降低。
这样一恶性循环会对柴油机的性能造非常恶劣的重大影响。
空气冷却器海水温度的控制及气阀启闭装置的可靠性是气缸排温正常的重要环节。
但由于空冷器冷却海水量的控制不当以及气阀及阀座研磨后不注意测量，往往会造成柴油机燃烧不良，以此导致气缸排温异常。
1气缸排温异常现象
“蓝海创新”轮发电机为四冲程中速筒形柴油机，其机型为MANB&WBL23/30。
在某航次发现一号发电柴油机NO3缸排温过低,其它缸排温都在350℃左右，而NO3缸却不到200℃。
对此，二管轮尝试了更换油嘴、调节喷油压力、更换高压油管、增加NO3缸单缸油门等各种方法，均不能有效解决问题。
向轮机长反应，轮机长又采取调节气阀间隙、更换排温表等措施，仍不能解决问题。
于是，轮机长又测量了各缸爆压及压缩压力，结果显示NO3缸爆压、压缩压力都正常，甚至略高于其他各缸。
这就说明该缸活塞也正常。
因本船共有3台发电机，而开航时需用2台，于是，轮机长决定在该航次抛锚时对NO3缸进行吊缸盖检查。
2柴油机的燃烧过程及其影响因素
2.1燃油的燃烧过程
燃油喷入燃烧室后，分散成许多细小的油滴，这些细小油滴经过加热、蒸发、扩散与空气的混合等物理准备及分解、氧化等化学准备阶段后，在高温下即自行着火。
图1为燃油燃烧过程曲线。
根据燃烧过程的进展特点，一般可把燃烧过程分为四个阶段。
（1）滞燃阶段（A-B）：
燃油从A点喷入气缸，这时燃油还不能燃烧直到B点发火点，这个阶段称为滞燃期。
在滞燃期中，燃油进行着一系列发火前的物理和化学准备。
（2）速燃阶段（B-C）：
从气缸内燃油发火燃烧到出现最高压力为止的这段时期称为速燃期。
在速燃期中，不但烧掉了滞燃期形成的可燃混合气，还烧掉了速燃期喷入气缸并已经完成了燃烧准备的部分燃油。
（3）缓燃阶段（C-D）：
从气缸内工质出现最高压力到出现最高温度这段燃烧期称为缓燃期。
缓燃期内燃烧的燃油量约为40%-60%，连同速燃期燃烧的燃油量总计约为80%左右，速燃期和缓燃期统称为燃烧期。
（4）后然阶段（D-E）：
后然是燃烧过程在膨胀行程中的继续。
图1燃烧过程ｐ－φ和Ｔ－φ曲线
2.2燃烧过程的影响因素
影响柴油机燃烧过程的因素主要有以下方面：
（1）燃油品质：
主要包括十六烷值（CN）及燃油的挥发性。
燃油十六烷值高，自燃性好，则滞燃期短，燃烧平稳；反之，十六烷值低，自燃性能差，燃烧过程粗暴。
另外，燃油的挥发性也影响滞燃期，挥发性好，即可缩短着火前得物理准备时间，有利于着火前得化学准备。
（2）缸内工质状态：
主要指压缩终点的空气温度、压力和扰动，其中以温度对燃烧过程的影响为最大。
压缩终点温度愈高，滞燃期愈短，柴油机工作愈平稳。
（3）喷油定时：
主要指喷油提前角。
喷油提前角过大，将因喷油时刻缸内工质状态不利于着火，使滞燃期增长，最高爆发压力过高，燃烧粗暴。
若喷油提前角过小，将因着火前缸内温度与压力已下降，而使滞燃期也增长，但活塞已下行是最高爆发压力降低，后然增加，排气温度上升，由此可知，柴油机均有一个最佳的喷油提前角。
（4）雾化质量：
主要影响燃油与空气的混合状况，取决于喷油设备。
雾化质量好将使滞燃期缩短，柴油机工作平稳，同时燃油的细粒能与空气均匀混合使燃烧完全。
（5）换气质量：
换气质量好，进入气缸的新鲜空气就多，燃油燃烧时有足够的氧气与之混合。
影响换气质量的因素主要有气阀定时、气阀（气口）、气道的清洁程度，增压系统（如增压器、空冷器）的工作状态等；
（6）运转工况：
主要指柴油机的转速和负荷。
3柴油机的换气过程及换气机构
如前言所述，柴油机换气过程的质量直接影响柴油机的动力性、经济性、可靠性及排放特性，是柴油机工作优劣的先决条件。
因柴油机是多缸工作，这些缸必须有一定的工作顺序，这就需要柴油机的换气需要一定的顺序，所以就需要换气机构。
保证柴油机按规定顺序和时刻完成进、排气过程的机构即为气阀机构。
3.1柴油机的换气过程
在柴油机的工作过程中，每完成一个工作循环都必须排出废气和充入新气。
从排气过程、扫气过程到进气终止的整个气体更换过程称为换气过程。
它的作用是将已燃气体排出并为下一循环吸入新鲜空气，为下一个循环的工作提供必要的条件。
图2是四冲程柴油机在换气过程中，气缸压力、排气管中的压力随曲轴转角的变化情况以及相应的低压示功图（p—V图），从图中可以看出，排气阀开启后，废气从气缸急速流入排气管，气缸压力很快下降，直到排气上止点后的某一位置排气阀关闭为止。
进气阀在上止点前开启，新鲜空气流入气缸，直到进气下止点后的某一位置关闭为止。
在排气上止点附近，进、排气阀同时开启。
四冲程柴油机的换气过程可分为自由排气、强制排气、气阀重叠、进气四个阶段
（1）自由排气阶段：
当排气阀在活塞下止点前打开时，气缸内废气压力要大于排气管压力，在这一阶段内，气缸废气主要在这个压差作用下排出，故称为自由排气阶段。
（2）强制排气阶段：
在自由排气结束后，气缸内废气被上行的活塞强制排出，直到排气阀关闭，这一过程称为强制排气阶段。
（3）进气阶段：
广义上，从进气阀开启到关闭的全过程都是进气阶段。
一般为使进气开始时气阀有一定流通截面，以减少进气阻力及增加进气量，进气阀一般在上止点前提前开启。
（4）气阀重叠：
从上述可知，在排气末及进气初会存在进、排气阀同时处于开启的状态，通常将这一现象称为气阀重叠，所对应的角度称为气阀重叠角。
气阀重叠角的出现可利于扫除气缸内的废气及降低燃烧器壁面的温度。
但应该指出，气阀重叠角并不是越大越好。
（a）气缸压力及排气管压力随曲轴转角的变换；（b）进排气阀流通截面比随曲轴转角的变化；（c）低压示功图
图2四冲程柴油机换气过程有关的参数变化
3.2柴油机的换气机构
柴油机的换气机构的任务是保证柴油机在工作过程中按规定的时间开启或关闭各缸的进气阀（或进气口）和排气阀（或排气口），使尽可能多的新鲜空气进入气缸，并使膨胀终了的废气从气缸排净，保证柴油机工作过程连续和完善。
而四冲程柴油机一般采用气阀式换气机构，这种气阀式换气机构主要包括气阀驱动机构和气阀机构两部分。
3.2.1气阀驱动机构
图3为气阀传动机构，其传动机构为机械式传动。
它是由带滚轮的顶头D、推杆C和摇臂B1等组成。
摇臂B1经轴销安装在摇臂支座B2上，摇臂支座固定在气缸盖上。
凸轮在转动中将顶头、推杆顶起，从而使摇臂绕摇臂轴转动，克服气阀弹簧的弹力将气阀打开。
当滚轮沿凸轮的形线下降时，在气阀弹簧的作用下气阀逐渐关闭。
因而凸轮的形状与安装位置就决定了气阀的启闭时刻。
如图3所示，当柴油机处于冷态时，滚轮落在凸轮的基圆上，摇臂与气阀之间应留有间隙（此间隙即为气阀间隙）。
其目的是保证在柴油机冷态时，气阀和气阀传动机构受热膨胀后仍能关闭。
启发间隙可通过调节螺钉A调整，调节气阀间隙时要求滚轮落在凸轮的基圆上，摇臂、顶杆和顶头之间保持接触。
图3机械式气阀传动机构
A—调节螺钉；B1—摇臂；B2—摇臂座；C—顶杆；D—顶头；E—凸轮
3.2.2气阀机构
图4所示是不带阀壳式气阀机构，这种形式的气阀机构是直接装在气缸盖上的，构造简单，但检修时必须拆下气缸盖。
在气阀机构中，气阀和阀座是工作条件最恶劣的零件。
气阀在关闭时与阀座发生撞击和磨损。
在撞击中，由于阀和座的弹性变形、气阀弹簧的振动及气阀弹簧螺旋线的扭转作用，会使阀面和阀座产生楔入性和扭转性滑移。
这种滑移使阀面和座面间产生干摩擦，阀面和座面上的剥落金属颗粒、灰分、炭粒又变成磨料加重了磨损。
燃烧产物对气阀和阀座有腐蚀作用。
特别是燃用重油时由于重油中含有较高的硫及钒、钠等，燃料燃烧后生成硫、钒、钠的氧化物及这些氧化物生成的盐和聚合物。
这些钒、钠的盐、氧化物及聚合物有的熔点低（低至535℃），有的熔点较高（高达900℃）。
它们在排气时一部分沉积到气阀和阀座上，使气阀和阀座接触不良，并对金属起腐蚀作用，使阀面和座面上出现凹坑，造成漏气和烧损。
图4不带阀壳气阀机构
1阀杆；2阀盘；3气缸盖；4气阀导管；5，6弹簧；7弹簧盘；8卡块；9撞击块；10卡环；11阀座
在强载、燃用重油的柴油机中，除了对排气阀和阀座进行冷却外，还装设旋阀器是排气阀在开关过程中慢慢转动。
气阀在开关过程中慢慢转动，可以减少阀面与阀座上的积炭，是磨损减少，贴合严密；可以使阀盘均匀的接受热量和散热，以改善阀盘的热应力状态；消除阀杆与导管之间的积炭，防止卡住。
4柴油机排温过低原因分析
柴油机工作时，燃油在气缸内燃烧对活塞做功驱动柴油机运转。
燃油燃烧后产生的废气经排气阀（口）排出气缸，再经排烟筒排出到大气。
从另一方面来说，可根据排烟温度来判断柴油机的燃烧、工作状况。
柴油机在运行过程中若发现某个缸排温过低，究其原因可能不是单一方面所引起。
我们可根据以下步骤逐步检查：
1）打开该缸示功阀，观察该缸燃烧是否正常；
2）可用手在高压油管上感觉，看是否有油喷出。
若能感觉到油喷出说明高压油泵工作正常；
3）拆出油头检查油头压力、喷嘴及弹簧是否正常；
4）检查柴油机进气压力是否正常，若不正常则柴油机增压器可能出现问题；
5）检查排温表是否正常，必要时换新。
本轮在检修以上各设备后仍发现该机NO3缸排温过低，因此二管轮通知老轨，老轨试验测量该缸爆压及压缩压力均发现正常，并且测试出该缸压缩压力要高出其他各缸。
试调节该缸单缸油门，发现排温能提高但不是很明显，另检查及重新调整该缸气阀间隙，在重新调整气阀间隙后仍不能解决问题。
据此分析推断出该缸进、排气阀可能结炭堵塞。
由此，轮机长决定对该缸进行吊缸盖进行全面检修。
5故障的排除和事后处理
5.1故障排除
根据上述可知因其该缸排温过低的原因出于进、排气阀的堵塞。
于是轮机长决定对NO3缸气缸盖吊出检修。
本船舶发电机气缸盖为单体式，即每一个气缸单独做一个气缸盖。
这种气缸盖除和气缸套和活塞共同组成燃烧室外，在它上面还要安装各种阀件，如喷油器、气缸示功阀、安全阀、排气阀、进气阀等。
在某航次抛锚时我们吊出一号发电机NO3缸气缸盖，发现正如我们推断，该缸进、排气阀都已严重结炭。
因此导致该缸的换气效果差，由此导致该缸燃油不能完全燃烧造成排温过低的现象。
我们吊出气缸盖对进、排气阀清洁、更换阀杆、对阀座进行研磨后装复后试运行，果然发现该缸排温过低的现象消失。
图5阀与阀座的配合方式
在对气阀阀座研磨时，轮机长着重强调其重要性。
由于气阀和阀座在高温、撞击、磨损、腐蚀的条件下工作，因此对气阀的阀面和阀座的座面配合精度要求极高。
而通常这种配合有三种方式如图5所示。
我轮发电柴油机气阀与阀座接触方式我第一种全接触式，这种接触方式接触面大、耐磨、传热好，但易结炭，敲击产生麻点。
在对阀座进行研磨时，我们采用专用气动研磨机，配合粗、细研磨沙进行人工研磨，研磨是一个细心不可操之过急的过程，先用粗磨沙进行研磨，过程中注意用力要均匀，否则可能造成偏磨现象，定时检查座面看是否有明显的痕迹，若发现有明显的痕迹则说明研磨沙中混有杂物，这种情况下要更换新的研磨沙。
另外，定时更换研磨沙亦能起到良好的研磨效果。
在用粗研磨沙研磨一段时间后要更换细研磨沙进行研磨。
气阀与阀座研磨完毕后要进行滴煤油试验，滴上煤油后5分钟内若无滴漏则说明研磨合格，可以投入使用。
另外，若需要更换气阀阀杆，需注意进气阀阀杆和排气阀阀杆的区别防止装错，一般阀杆上会有标记，若无法辨认时可人工做标记以加以辨认，通常可在气阀非工作阀面及阀座附近做对应数量的麻点。
另外，在对气阀进行研磨的同时我们还对NO3缸活塞进行了清洁活塞环槽等全面检修工作，更换了第一道活塞环。
5.2事后处理
这次对一号电机NO3缸吊缸检修使我们意识到很多问题。
造成气阀如此严重结炭并不是单一的原因，气阀研磨不良、换气效果差、气阀间隙不正确等都对柴油机的燃烧造成重大影响。
为了及时检查及排除柴油机的故障，延长其工作寿命，提出以下几项日常注意事项：
1）加强对发电柴油机运转情况及参数的检查，除了抄表外，也要经常巡视，但要注意温度表、压力表等仪表会出现显示不准的情况，所以不能太过于相信仪表读数并且要周期性的对仪表进行校检。
2）保证燃油、滑油、冷却水的特性符合发电柴油机的要求，经常对燃油滑油滤器进行清洗，保证燃油得到合适的预处理（加温、净化，最好抛锚时也能保持循环分油）。
3）经常对增压器透平滤网，压气端，空冷器等进行清洗。
4）除了故障检修以外，也要按照说明书的要求对发电柴油机进行周期性的检查如测量发电柴油机的爆压、曲轴拐档差、喷油定时，对喷油器进行试验等。
5）养成良好的用机习惯，如发电柴油机启动前必须盘车、冲车后再启动，脱电停机前最好能用轻柴油运转一段时间再停机。
6总结
本文叙述了MANB&WBL23/30型柴油机单缸排温过低的现象及故障处理，从分析故障产生的原因我们得出结论:
进、排气阀严重结炭造成了该故障。
但是，是什么原因造成了进、排气阀结炭是我们值得思考的问题。
燃油质量、换气质量以及喷油定时都会影响进排气阀的工作效率。
而在发现故障之后不能完全跟据个人经验去排除故障，个人经验很重要，但要结合本船的具体情况和机器设备的结构特点对故障进行逐一排除。
这就要求我们工作时要善于思考，不仅要在实际操作中积累经验，还要不断提升自己的理论水平。
【参考文献】
[1]李斌主编.船舶柴油机.大连：
大连海事大学出版社.2008.
[2]MANB&WBL23/30型柴油机说明书.
[3]邓杰编著.柴油机喷油系统.北京：
机械工业出版社.1996.
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