发电柴油机排温过高故障分析和处理

1、 发电柴油机排温过高故障分析和处理 摘 要本文主要叙述了MAN B&W 5L23/30型发电柴油机工作过程中排气温度过高这一实际故障，分析了能够导致这一故障现象主要的原因：燃油质量、雾化质量、进气质量、运动部件状况，然后根据分析的这些原因进行逐一的排查。随后简述了燃油系统及喷油器的工作原理及喷油器的检查方法和其故障处理方法，并简述最终解决问题的方法。最后提出了自己对于防止柴油机排温过高的一些管理方面的建议，并且结合此次故障叙述了机械设备日常管理注意事项和心得体会，以及实习的收获。关键词： 发电柴油机 排气温度 喷油器Abstract This paper mainly narrativ

2、es the trouble of too higher exhaust temperature of MAN B&W 5L23/30 diesel generator, analyze mainly reason to the trouble, such as the quality of fuel oil, atomization quality, entering air quality and the moving parts condition, and then investigate the real reason one by one, describe the wor

3、king principle of fuel system and fuel injector and injector inspection methods and its failure treatment, then introduce final solution to the problem. Finally, propose some recommendations of management to prevent diesel engine exhaust temperature is too high, and combine the trouble to narrate ev

4、eryday management attentive matters of mechanical equipment and gains in depth of comprehension, and the practiced harvest. Keywords: Diesel generator 、exhaust temperature 、oil injector.目 录第一章 绪 论11.1 选题背景及研究的意义11.2 本文研究的主要内容2第二章 发电机原动机排温过高故障现象3 第三章 故障原因及分析53.1 进气质量5 3.2 雾化质量6 3.3运转工况6 3.4燃油质量7第四章 故

5、障的查找及处理措施94.1测量爆压10 4.2 运动部件的检查104.3增压器的清洗124.4燃油喷射系统故障处理12燃油喷射设备12燃油的雾化12喷油器和喷油泵的检查13喷油定时的检查13第五章 故障的最终处理解决及日常维护管理建议13总 结14致 谢15参考文献16第一章 绪 论1.1 选题背景及研究的意义柴油机一直被誉为船舶的“心脏”。对同一台柴油机而言,排气温度的高低在一定程度上反映了缸内负荷的大小与燃烧质量的好坏。柴油机排气温度。不但标志热负荷过高,而且还会引起经济性和可靠性下降因此,排气温度通常用来衡量柴油机热负荷的大小,是柴油机运行管理中须重点监测参数,也是柴油机性能分析的重要依

6、据。 船舶柴油机排气温度过高影响柴油机的正常工作,如造成排气管变形破裂漏气,成为火灾的隐患;破坏润滑油膜,加剧发动机活塞与气缸的磨损;同时造成机舱环境污染,影响工作人员的正常工作。 为了保证柴油机的可靠运转,排气温度的数值不应该超出说明书的规定值,并且各缸的排气温度应该基本保持一致。1.2 本文研究的主要内容 本文主要是以船舶发电柴油机为研究对象。研究的主要内容包括以下几点：（1）发电机原动机排温过高故障现象；（2）发电机原动机排温过高故障原因分析；（3）发电机原动机排温过高故障查找；（4) 发电机原动机排温过高故障解决。第二章 发电机原动机排温过高故障现象某轮有三台发电柴

7、油机，机型为MAN B&W 5L23/30四冲程柴油机，气缸数为5、缸径为225mm、冲程为300mm、额定功率为650KW，额定转速为720rpm，其使用的增压器是PBS Turbo.s.r.o生产的NR15/R151。在锚地抛锚待泊，早上当班机工抄表时发现No.1号发电机原动机排温不太正常，当班机工发现此情况后立刻告知二管轮，二管轮下到机舱发现No.1排温和相同负荷下的No.2号发电机原动机相比平均高出约40（电机日志中的数据，如表1），虽然排温过高现象不是十分严重，但为了安全起见还是决定对一号机进行检查和维修（注：电机排气温度抄表时末位均为“5”或“0”）。表1 No.1、No.

8、2号发电机原动机排温对比（负荷均为400KW）缸数1 #2 #3 #4 #5 #（NO.1）温度（）395415400400400（NO.2）温度（）370360360365360第三章 故障原因及分析 排气温度是了解燃烧情况的重要指标，排气温度过高直接导致柴油机热负荷增加，不仅使热应力增大，材料的机械性能下降，而且高温破坏了柴油机的润滑条件，致使柴油机磨损加剧，甚至还会使燃烧室周围零件损坏（如排气阀），最终可能会影响柴油机的平稳运转，缩短维护周期以及工作寿命。排气温度主要受到进气质量，燃油的质量，雾化的质量，柴油机的运转工况等的影响。正常情况下的每台发电柴油机排温在相同负荷时差别应不大，且有

9、个极限值(本轮发电机排气温度报警值为500)，排气温度过高是发电柴油机经常出现的故障，导致这一故障的原因也是多种多样的，但并不是无迹可寻，下面对可能导致柴油机排温过高的主要原因作些简要分析。3.1 进气质量 气缸的进气质量差，进入气缸的空气量不足，燃油燃烧时就没有足够的氧气与之化合，燃油不能完全燃烧便会造成排气温度过高。而进气质量变差的主要指标有两个，一是进气压力低，其主要原因有：增压器淤堵（包括滤网堵塞、压气机端或透平端积污），发电柴油机所在场所大气负压(如现在我轮11月份在北方时，机舱门关闭且为了保温未开风机)，机械方面的原因（活塞环泄漏、进排气阀泄漏或间隙不当或增压器故障）。二是进气温度

10、过高，对于增压柴油机来说：空气进入柴油机之前要在压气机中被压缩，随着空气压力的上升，其温度也会升高，对于5L23/30H柴油发电机来讲，一般情况下增压器压气机出口温度高达180，而进入空冷器冷却后的温度仅为55左右，这就对空冷器的冷却效率和阻力系数要求较高，随着运行时间的增加，空冷器容易出现污染问题，即空气侧积灰，水冷侧结水垢，这些均会导致进气温度升高从而使排气温度也升高。如果是进气质量导致的排温过高，则可以通过检查机旁的通风情况，进气温度，进气压力，以及透平前后的压差来判断。3.2 雾化质量 雾化质量不好会使燃油颗粒不够细，导致燃油不能与空气混合均匀，从而造成喷入气缸的燃油无法完全燃烧或滞燃

11、致使排气温度升高，其主要受燃油喷射系统的影响（燃油质量也会影响雾化），例如高压油泵齿条脏污、油尺卡死在最大位置或超出最大位置使气缸处于多供油位置。再如喷油器使用一段时间后，喷油压力下降，喷油嘴针阀密封环带密封不良，针阀与喷嘴体的配合间隙太大，喷孔堵塞、针阀不能落座卡死在开启位置等都会使雾化质量变差。雾化质量的检查首先可以通过观察排气烟色来判断，正常情况下排气烟色应该为浅灰色或者接近无色透明，雾化质量不良时容易在排烟管内发生二次燃烧而导致排温过高，排气会冒黑烟，其次可以通过对喷油设备的拆检来判断，后文会有详细的介绍。3.3 运转工况 柴油机如果超负荷运转，则会造成过大的扭矩，致使排气温度过高，再

12、者如果柴油机运动部件有阻力（如拉缸）也是导致排温过高故障发生的原因。3.4 燃油质量 燃油的好坏程度是由其特性指标决定的，当燃油的特性（如进机粘度和温度）不能满足柴油机的要求时，会发生燃烧恶化致使柴油机排气温度过高，柴油机燃油进机粘度一般要求在10-15cST（运动粘度）。“广州发展1”轮柴油发电机进机粘度一般控制在13 cST左右，使用的是180cST的燃油，因为粘度计一直有问题不能正常工作，靠手动调节燃油温度确定进机粘度，根据燃油粘度/温度曲线图（图1）确定进机温度一般为115左右。燃油质量的检查可以通过检查滤器，燃油加热情况等来判断，如燃油的品质不佳滤器会脏的很快，温度方面主要是检查燃油

13、柜的温度，燃油管路蒸汽伴行管加温的情况。 图1 燃油粘度/温度曲线图第四章 故障的查找及处理措施通过以上对排温过高的原因分析，我首先想到去检查一下排气的烟色，发现冒黑烟的情况并不严重。随后我又检查了透平压差、空冷器的温度（冷却水温和空气温度）、燃油温度等参数，除了增压压力略低以外其余均在正常范围之内，然后我打开机舱水密门并加开一台风机，然而排气温度并未好转。雾化质量方面，读取油门齿条刻度分别为17/17/16.5/17/17，并检查齿条活动情况未见异常，而就理论上讲，五个缸同时因为喷油器故障导致的排温都过高几乎不太可能，所以我认为可以排除雾化和进气这两方面的原因。但二管轮却认为引起排气温度过高

14、这一现象的原因太多，不能通过简单查看系统参数来判断，而且2#缸排温很高不能排除其喷油器完全没有故障，还是要通过拆检等详细检查才能确定到底是什么原因导致的这一故障，所以除了空冷器之外（上一航次拆检过），我们对能导致排温过高的原因进行逐一的排查。 4.1 测量爆压柴油机的最大爆发压力和排气温度都是了解燃烧情况的重要指标，两者互有关联，爆压可以作为确认排气温度过高故障原因的参考，爆压的测量步骤如下如（图2）所示安装爆压表A前，用示功阀专用扳手打开示功阀B，然后，轻松开启1-2次后关闭示功阀（目的是为了吹掉内部污物以免造成爆压表损坏）将爆压表安装到示功阀接头C部位，并拧紧锁紧螺帽D将爆压表固紧在示功阀

15、上关闭爆压表上的排气阀E，打开示功阀，记下爆压表上的压力读数如表2所示，爆压比正常略有偏高。表2 爆压表上的压力读数缸数1 #2 #3 #4 #5 #爆压（bar）8.68.48.48.48.3 图2 测量爆压示意图4.2 运动部件的检查 盘车，发现运动部件并无卡阻等异常情况，而电机也没超负荷的情况，检查气阀间隙发现气阀上下启闭灵活无卡死现象，顶杆摇臂传动机构也正常，基本也可排除运动部件以及运转工况对排气温度的影响。4.3 增压器的清洗4.3.1 固体污染物的控制 通过对进气压力的检查，发现比起柴油机说明书规范所对应的值略有降低，清洗了增压器透平滤网排除了机器处所大气负压的原因之后发现进气压力

16、没有改善，为了保险起见，还是对增压器压气机进行清洗，增压器的清洗步骤如下： 清洗前，要确认柴油机负荷在75%或以上。 将专用清洗液倒入注射器A中（如图3所示）。 将注射器接口与另一端连接在增压器进口的注入管相连。 操作注射器使用其喷射清洗液。 注入清洗液3-5分钟后，按上述步骤注入等量的淡水，清洗后要在该负荷状况下运转1小时以上。 图3 增压器压气机清洗示意图4.4 燃油喷射系统故障处理 因燃油的燃烧情况与燃油喷射系统有极大的关联，以下首先对燃油喷射系统，燃油喷射设备及燃油喷射规律进行简介，帮助我们分析排气温度过高的故障原因。 本文所研究的发电柴油机采用的是传统的柱塞泵式喷射系统，高压油泵由一

17、个密封式的柱塞筒和稳压阀组成，并采用柱塞润滑方式，喷油器的进口管通过锻钢制成的燃油喷射体与高压油泵相连即所谓的泵-管-嘴系统，其系统简图如下（图4） 图4 柴油机喷射系统简图1-凸轮；2-滚轮；3-柱塞；4-出油阀；5-出油阀弹簧；6-高压油管；7-喷油器弹簧；8-喷油器；9-针阀；10-喷油孔 柴油机工作时，柱塞3由喷油泵凸轮1经滚轮2驱动上下往复运动。凸轮1固定在凸轮轴上，并通过由曲轴带动凸轮轴传动机构。凸轮按一定时刻顶动滚轮，从而保证了喷射定时要求。柱塞3上行其上端面封闭孔A时，泵腔中的燃油受到压缩，当油压升高到克服弹簧5的弹力和高压油管中的残余压力时，出油阀4开启，压力油泵入出油阀空间

18、B，此为供油始点。高压燃油沿高压油管6传递至喷油器8端空间C，当其油压大于喷油器弹簧7的预紧力时针阀向上跳起，高压燃油经喷孔10喷入气缸。当柱塞3下部的斜槽边缘开启油孔A时，泵腔高压燃油经斜槽回油至进油空间，出油阀相继落座，此为供油终点。此后当空间C的油压低于弹簧7预紧力时，针阀落座，喷油结束。柱塞下行时泵腔内为充油过程。在这种系统中，每个柱塞元件对应一个气缸，小型多缸柴油机所用的柱塞数和气缸数相等且合为一体，构成组合式喷油泵；对小型单缸机和大型多缸机，常采用每个柱塞元件独立组成一个喷油器，称之为单体喷油器。4.4.1 燃油喷射设备 （1）喷油器的结构及原理介绍图5所示为我轮柴油发电机所用喷油

19、器简图，其主要部件有针阀偶件（针阀与针阀体）、调压装置及喷油器体。图5 喷油器结构示意图 图6 针阀偶件 针阀偶件（图6）是喷油器中的精密偶件，其内部有高压油腔、承压锥面、密封锥面、喷孔等，它由针阀和针阀体构成，一般采用耐磨性好，韧性好、疲劳强度高以及高温下有足够硬度的材料制成（本轮柴油发电机喷油器针阀偶件用优质轴承钢制造而成）其相互配合的滑动圆柱面间隙仅为0.02-0.04mm,，不同针阀偶件不可互换，配合间隙如果过大会造成喷油压力下降、喷雾质量变差。间隙过小又会使针阀易卡死。针阀中部的环形锥面（承压锥面）位于环形油腔中，作用是承受由油压产生的轴向推力，使针阀上升。针阀下端的锥面（密封锥面）

20、与针阀体相配合，起密封喷油器内腔的作用，密封锥面的密封环带不宜太宽或太窄，通常以0.3mm-0.5mm为最佳。针阀上部有凸肩，当针阀关闭时，凸肩与喷油器体下端面的距离为针阀的最大升程，升程增大会使针阀落座时撞击增大，一般为0.4mm-0.5mm,针阀体与喷油器体的结合处有定位销防止针阀体转动，以免进油孔错位。 调压装置决定针阀的开启压力（喷油压力），它是由调压弹簧，调整螺栓，顶杆等构成，可通过调压螺栓改变喷油压力。 喷油器体的组成是进油管（带缝隙式滤清器）回油管接头、定位销等组成。当喷油器工作时，来自高压油泵的高压燃油经油管接头进入喷油器体上的进油道，再进入针阀体中部的环形油腔作用在针阀的承压

21、锥面上，对针阀形成一个向上的轴向推力，此推力一旦大过喷油器调压弹簧的预紧力时，针阀立即上移，打开喷孔，高压燃油从喷孔中喷入气缸雾化，当喷油泵停止供油时，高压油道内的压力迅速下降，承压锥面上的推力不足以克服调压弹簧的预紧力时，针阀在调压弹簧的作用下及时复位，将喷孔关闭，停止喷油。（2）高压油泵的结构及原理介绍 本轮发电柴油机采用的是回油孔式的喷油泵(如图7所示)主要部件有柱塞偶件、调油机构（调节齿条与调节齿圈）、出油阀总成构成。 柱塞偶件是由柱塞和套筒组成，其为一对精密偶件，经配对研磨后不能互换、要求有高的精度、光洁度和耐磨性，柱塞头部圆柱面上有斜槽，套筒上部有回油孔，因本轮采用的是终点调节式，

22、柱塞头部上断面为平面，斜槽在下部，转动柱塞调节油量时，供油终点不变而始点变化。 调油机构包括调节齿条和调节齿圈，调节齿条有刻度线，指示喷油泵的供油量，每个缸喷油泵的调节齿条与油门拉杆相连接，通过调速器拉动油门拉杆带动齿条移动使齿圈转动从而拉动柱塞转动，让柱塞上的螺旋槽与柱塞套油孔之间的相对位置发生变化，改变了柱塞的有效行程实现对供油量的调节。 出油阀总成包括出油阀，阀座与出油阀弹簧，出油阀和出油阀座也是一对精密偶件。出油阀在喷油泵停止供油时，泵腔油压小于出油阀弹簧力与高压油管残余油压之和时被紧压在阀座上，防止燃油的回流，并保持高压油管一定的残余油压。当柱塞上行压油时，泵腔油压大于出油阀弹簧压力

23、与高压油管残余油压之和后，出油阀离开阀座，打开高压油路。当柱塞开始回油时，泵腔压力迅速下降，出油阀下行落座，隔断高压油路，这样，出油阀的卸载容积使高压油管油压迅速降低，有助于消除高压油管剩余压力过高而引起的重复喷射现象。 图7 高压油泵结构图a-泵体 b-柱塞 c-柱塞偶件 d-挺柱总成 e-止脱销 f-弹簧承碟 g-弹簧座 h-弹簧 l-调节齿条 j-弹簧座 k-调节齿圈 m-安装螺栓 n-出油阀总成 柱塞在套筒内由凸轮顶动上下往复运动，当柱塞位于凸轮基圆位置最低时，套筒上部的进油孔开启，燃油进入泵腔（图8a所示）。当柱塞上行关闭回油孔后，泵腔燃油受到压缩，油压迅速升高，推开出油阀，高压燃油

24、经出油阀进入高压油管（图8b所示）。柱塞继续上行，当柱塞头部的斜槽打开回油孔时，柱塞上方的燃油经柱塞头部的直槽和环形槽与回油孔相通而流回进油空间，出油阀关闭，供油结束（图8c所示）。 图8 柱塞泵工作原理4.4.2 燃油的雾化在柴油机中，燃油在高压下喷入气缸，并分散成细细小油滴的过程称燃油的喷雾或雾化。其目的就是要大大增加燃油蒸发的表面积，从而加速燃油的吸热与气化过程，进而加速燃油与空气的混合。例如一台柴油机全负荷时的循环供油量为130mm3，如果形成1个油滴的话，油滴直径为3.14mm，表面积为124 mm2，如果将这么多燃油雾化成直径为24 m的油滴，那么油滴个数将达到3.1×1

25、07个，表面积为3900 mm2，增加约314倍，这就意味着燃油与空气的接触面积大大增加了，对混合气的形成和燃烧十分有利。油束的形成与油束特性燃油在很大的压差（10MPa60MPa）作用下，以高速（100m/s300m/s）喷入气缸。由于燃油高速流经喷孔时的扰动作用以及缸内压缩空气的阻力作用，使喷出的油流分裂成由细小油粒组成的近似圆锥形油束，如图9所示。这些油粒（直径大多在5m50m）在燃烧室中进一步分散和细化形成细微的油滴。这一过程称为燃油的雾化。在油束的中间部分油粒较大，运动速度大，雾化较差；而油束外部油粒分布较散，油粒直径较小。通常在油束外部的细小油粒最先蒸发并与空气混合成可燃混合气。图

26、9 油束的形成 （1）油束的射程L油束的射程也称为油束的贯穿距离，表示油束的贯穿能力。射程越长，贯穿能力也越强。但油束射程的长短应与燃烧室相匹配，缸径大的燃烧室要求油束射程长，如小缸径燃烧室配以长射程，则大部分燃油将喷射到缸壁，并聚集在缸壁，不能与空气很好混合。（2）油束锥角油束外缘之间的夹角称为油束锥角，表示油束的紧密程度。（3）雾化质量雾化质量可用油滴平均直径和雾化均匀度表示。油滴平均直径表示雾化颗粒的大小，雾化均匀度表示不同油粒直径的油粒占油粒总量的百分数X04.4.3 喷油器和喷油泵的检查 通过以上介绍可知，燃油喷射系统引起的排温过高主要是由于喷油设备故障导致的雾化不良从而使燃油不能完

27、全燃烧，产生排气温度过高的现象。从常理上讲喷油器故障只会影响单缸的排气温度而且有时会伴有声音的异常，所有缸的排温过高往往是增压器和空冷器方面的原因所致，但柴油机排温过高有时有可能会是几个因素共同作用的结果，所以二管轮决定，作为预防和补救措施，还是对喷油设备进行检查。1）喷油器启阀压力的检查启阀压力是喷油器开始喷射时的最低压力，对雾化质量影响很大，喷油器长期使用后，启阀压力可能因调节螺钉松动、弹簧折断或卡滞、顶杆与针阀磨损或卡滞等原因而变动,我轮发电柴油机喷油器正常启阀压力在27.4-29.4Mpa之间，其检查步骤如下：清除喷嘴头部的积碳后，将喷油器安装在喷射试验装置上（如图10）。图10喷射试

28、验步骤用试验用的高压软管连接喷油器和试验泵。快速的操作试验泵的杠杆数次，排除空气直到压力指针摆动并开始喷油。缓慢操作试验泵杠杆（大约每秒一次），检查压力读数。通过检查发现五个缸的喷油器启阀压力均在说明书规定的正常范围内，考虑到排气温度过高的故障，二管轮将喷油器的启阀压力稍微调高了一点达到正常设定压力的上限即29.4Mpa，方法是用松开调节螺栓上的锁紧螺母后用螺丝刀旋入调节螺栓升高启阀压力，最后紧固锁紧螺母。2）密封性的检查喷油器密封性检查包括针阀与针阀体柱面和针阀与阀座两处密封性检查。此项检查也是再喷油器实验装置上进行，按启阀压力检查的方法将喷油器置于喷油器试验装置上，试验时喷油油压控制在稍低

29、或稍高于启阀压力，停止泵油后观察油压降落速度。我轮发电柴油机喷油器要求泵压至启阀压力在5S内压力降不大于5 MPa。若此速度大于规范时，说明针阀与针阀体圆柱面间隙大，因密封不良而产生漏油致使压降较快。在检查圆柱面面密封性的同时，亦可检查锥面的密封性，即在上述停止泵油时，若喷孔处只有轻度潮湿而无燃油滴漏为密封性良好。检查下来发现喷油器密封性良好。3）雾化质量的检查此项检查也是在喷油试验装置上进行，操作步骤如下：i）按上述方法将喷油器安装在喷油试验装置上。ii）让喷油器对准一张空白纸喷射，以方便检查。iii）快速操作测试泵杆数次（大约每分钟两三次）检查燃油喷射情况，观察喷柱的形状、数目、油滴细度和

30、分布情况，正常工作状态下的喷油器喷射情况如图11所示，且整个喷射过程伴有清脆的“吱吱”声。 图11喷油器喷射情况iv）检查喷射试验后，是否从喷嘴头部滴油。 通过喷油器雾化质量的检查，发现五个缸除No.2缸外均雾化良好，对No.2缸喷油器的喷嘴进行了更换，装复后，No.2缸排气温度下降明显，但总体来说排温还是偏高，继续对喷油泵进行检查。4.4.4 喷油定时的检查喷油泵主要检查为供油量及喷油定时，因前面已经检查过油门齿条刻度，并无异常，所以对喷油泵的检查只检查喷油定时，我轮发电柴油机喷油泵检查喷油定时按照说明书是用标记法，如图12所示，手动盘车当高压油泵的起喷线与高压油泵挺柱的线对齐时从飞轮上的刻度盘上读出起喷角度，发现角度与柴油机说明书规范值仅相差1°在误差允许范围内，排除喷油定时所造成的排气温度过高。图12喷油定时的检查 第五章 故障的处理解决及日常维护管理建议 通过上述对柴油机的检查和调整，排气温度过高的现象有所改善，随后对燃油滤