毕业论文-浅析“育鲲”轮气缸注油系统

PAGEPAGE1┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊大连海事大学毕业论文二O一二年五月PAGE18浅析“育鲲”轮气缸注油系统专业班级：轮机管理08-3姓名：指导教师：轮机工程学院内容摘要摘要：柴油机作为船舶的“心脏”，其安全可靠性至关重要，而柴油机缸套的工作性能又直接影响到柴油机的安全运行。由于缸套工作在高温、高压、高腐蚀的恶劣环境中，其润滑较为困难,这也就使气缸润滑系统的维护与管理成为了轮机管理的重要内容。本文结合育鲲轮主机气缸注油系统，详细介绍了汽缸油和注油定时的选择以及气缸注油率的选择和计算，并对实际注油率和理论值进行了分析和比较，提出了提高船舶经济性的措施。此外还总结了气缸注油系统的日常管理要点，最后介绍了现在最新的气缸注油技术以及应用于育鲲轮的理论分析。关键词：气缸注油器注油率ABSTRACT:Astheheartofship,thesafetyofmarinedieselengineisextremelyimportant.Theworkingconditionofcylinderlinerisdirectlyrelatedtothesafetyofthemainengine.Undertheunfavorableworkingconditionofhightemperature,pressureandcorrosion,thecylinderlinerisdifficulttolubricate,makingthemaintenanceandmanagementofcylinderlubricatingsystemanimportantpartofthemarinemanagement.BasedonthecylinderlubricatingsystemonYuKun,thearticleintroducestheselectionofcylinderoil,timingandfeedingrateaswellasthecalculationoffeedingrate.Bycomparingandanalyzingtheactualfeedingratewiththetheoreticalone,themeasureofsavingcostfortheshipisputforward.Besides,thepapersummarizesthemainpointsofcylinderlubricatingsysteminroutinemanagement.FinallyitintroducesthelatesttechnologyoncylinderlubricatingandanalyzesthetheoreticalpossibilityofitsapplicationtoYuKun.Keywords:cylinderlubricatorfeedingrate目录前言 51. 育鲲轮气缸注油系统简介 61.1气缸注油系统 61.2电子注油器 61.3运行参数 81.4负荷变送器 81.5触发系统（曲轴编码器） 81.6备份触发系统 81.7人机交互面板（HMI） 81.8中间盒LED的作用 92. 气缸油和注油定时的选择 102.1对气缸油的要求 102.2气缸油的选择 102.3注油定时的选择 113. 气缸注油率的选择和计算 113.1气缸注油率的选择 113.2磨合期气缸注油率的选择 113.3最佳注油率 123.4气缸注油率的计算与分析 133.4.1气缸注油率的计算 133.4.2气缸注油率的分析 144.Alpha注油器典型故障维修 144.1低油压 144.2LED#4两个注油器的反馈信号丢失 144.3外部信号丢失的紧急运行 155.气缸注油系统的管理 155.1主机启动阶段的检查 155.2主机正常工作时的定期检查 155.3气缸油日用柜的检查 165.4扫气口检查 166.气缸润滑系统技术发展与展望 166.1新技术展望 166.2我的设想 177.小结 17【参考文献】 17浅析“育鲲”轮主机气缸注油系统前言现代大型船用柴油机随着行程缸径比（S/D）的增加，发展了长行程（S/D>2.5）和超长行程（S/D>3）柴油机。活塞与缸套的相对运动路线变长，磨损加剧，工作条件更为恶劣，这就对气缸的润滑提出了更高的要求。因此，气缸润滑及注油系统的管理是船舶轮机管理中的重要内容。根据相关资料的统计分析：润滑不良、超负荷等14种原因所引发的645次故障中，润滑不良达166次，约占26%；润滑方法不当达92次，约占14%。如果气缸润滑不良，就会加剧缸套磨损，甚至引发拉缸等重大事故。正确地使用气缸注油器，科学地选择注油定时和注油率，做好气缸注油系统的管理和维护能够有效减少活塞和缸套的磨损，改善气缸的工作性能，减少柴油机故障的发生，也能合理节油，提高经济性。MANB&W公司开发的AlphaACC气缸注油系统，近年来已经被越来越多的船舶所采用，其优点是实现了自动控制，优化了系统设计，改善了气缸的润滑条件，降低了气缸的磨损和汽缸油的消耗量。下面将结合育鲲轮上的AlphaACC气缸注油系统，对系统的工作原理，结构部件，注油率以及最新技术等进行较为详细地分析和探讨。育鲲轮气缸注油系统简介1.1气缸注油系统气缸油日用柜注油器气缸油日用柜注油器控制面板柴油机气缸泵站控制箱气缸油储存柜气缸油驳运泵图2.气缸注油系统布置图育鲲轮主机气缸采用AlphaACC电子注油系统。如简图1所示，该系统包括气缸油储存柜，气缸油驳运泵，气缸油日用柜，气缸油泵站，alpha电子注油器，注油接头，控制箱及控制面板。气缸油日用柜位于主机舱顶层，通过管路进入泵站小油箱，向气缸油泵供油。气缸油泵有两个，互为备用。控制箱通过相关电路控制泵站和电子注油器的工作，控制面板可以完成工作模式的选择以及相关参数的设定和调整，从而保证良好的气缸润滑。1.2电子注油器每个缸有一个电子注油器。当活塞上行至第一道活塞环经过注油枪时，注油器通过四根油管向四个注油枪注油，润滑活塞环及缸套。通常，曲轴每四转注油器注一次油。每次注油量是固定的，注油频率是可变的，系统通过程序根据缸内平均有效压力改变注油频率，从而改变注油量的大小。图2Alpha注油器单元外观图2Alpha注油器单元外观Alpha电子注油器的工作原理如图3所示.注油器内部主要包括执行活塞、活塞行程位置传感器、注油器柱塞、弹簧、球阀、调节螺丝、活塞行程基本设定值垫圈等重要部件。其中调节螺丝可以调节执行活塞的行程从而可以改变柱塞每次的注油量。活塞行程基本设定值垫圈依靠垫圈限制调节螺丝的向内移动从而限制执行活塞的最小行程。当气缸油经进油阀进入注油器后并不能直接进入注油器注油，而是必须通过注油器上的两位三通电磁阀。系统中装有角度译码器，可以把1号缸的上止点标识信号和曲轴位置触发器信号持续的传递给主控制单元（MCU）。当主控制单元根据这两个信号计算出某个缸的曲柄转到了注油定时位置，且决定要向该缸注油时，会送出一个信号使对应气缸注油器单元的电磁阀通电。于是电磁阀的AP口导通，高压气缸油经过电磁阀进入执行活塞右端，推动执行活塞克服弹簧力向左移动，从而推动注油器柱塞移动，使柱塞缸中的气缸油进一步增压。增压后的气缸油克服球阀的弹簧力打开球阀进入气缸注油点对气缸和活塞进行润滑。当注油信号结束时，电磁阀失电AT口导通。此时进口气缸油被截止在电磁阀前，执行活塞右端气缸油经AT口泻放到出口管路中。执行活塞在弹簧力作用下复位，球阀关闭。图3.Aplha电子注油器结构原理图1.3运行参数滑油压力滑油温度正常工作范围40~50bar正常工作范围30~60oC最小报警35bar最大报警70oC最大报警60bar1.4负荷变送器负荷变送器与燃油支架连接，因此可持续地传输燃油指数%给MCU，根据此信息和探测到的柴油机RPM计算柴油机负荷。1.5触发系统（曲轴编码器）曲轴编码器接在曲轴前端，信号通过终端盒传递至计算机面板。曲轴前端不能安装角度编码器的柴油机，触发器环和速度传感器可安装在飞轮上。图4.负荷变送器图5.触发系统1.6备份触发系统备份触发系统由两个传感器组成，他们安装在飞轮旁的一个盒内，从而将柴油机RPM传输至BCU。备份传感器也连接在MCU上以达到监视的目的。1.7人机交互面板（HMI）HMI面板（见图6）由三位模式开关和相关指示灯所组成。在HMI面板上，可以显示各类值和报警，我们可以对单个的气缸进行润滑调整，选择工作泵，以及进行人工预润滑。标准做法是将其安装在集控室内，然而一个附加的HMI面板，可以安装在泵站其中一个启动板上，这种情况下应安装本地/遥控开关。三位开关可以选择以下几种模式：MCU-mode：主控制单元BCU-mode：备用控制单元Auto-mode（自动模式）：若MCU注油失效，BCU自动接管，BCU接管控制后，此模式只能通过手动开关拨至MCU模式在反拨回自动模式来取消。图6.人机交互界面1.8中间盒LED的作用图7.LED中间盒当反馈传感器有一信号输入，两绿色LEDD5和LEDD6（FB-信号输入A和FB-信号输入B）亮。绿色LEDD17是FB-信号输出，每次发光反馈信号就向SBU（开关板元件）传送一次，在每次FB-信号输出闪光瞬间，两个FB-信号输入之一就会输入。如果FB-信号输出电缆或者SBU元件板输入有故障，故障LEDD7显示红色。如果有故障，从J1断开插头，观察LED是否指示故障。如果是，更换电路板，如果不是，断开故障指示，接着检查电缆是否有损坏。如果电缆损坏，更换电缆，或者，如有可能修复电缆。如果电缆没有任何损坏，这个故障信号可能来自SBU元件板的输入线路。图8.中间盒外观气缸油和注油定时的选择2.1对气缸油的要求良好的气缸油应具有如下性能：（1）润滑性。气缸油必须在活塞与气缸壁之间形成适当厚度的油膜，并能良好的润滑金属，一减少滑动摩擦和磨损。鉴于气缸润滑处于边界润滑条件，因而要求气缸油应具有良好的润滑性。（2）黏度及粘度指数。气缸油在较高温度下应有适当的黏度，并能迅速分布到整个工作表面，而在启动时黏度又不致太高，即要求气缸油应有适当的黏度（通常在100°C时为14~20cSt）和较高的粘度指数（75~95）。（3）清洁分散性。气缸油应能抑制在活塞和活塞环上形成漆膜和沉积物；应具有良好的蔓延扩散性；具有能使炭渣变成微小颗粒悬浮在空中的能力。（4）中和性能。要求气缸油具有一定的碱性（TBN约为40至100KOH/g）。气缸油应能中和燃用低质高硫燃油时生成的硫酸。（5）抗氧化性。气缸油应在气缸内高温下具有良好的抗氧化性，防止生成积碳沉积物，使活塞环区及气口处沉积物减至最少，使缸壁上的油膜得以保持。（6）其他。气缸油燃烧后生成的灰分应尽可能少，且不属于硬颗粒的磨料物质，应具有良好的密封性和储存稳定性。2.2气缸油的选择选择气缸油时，一般应根据所使用燃油的硫分来选择气缸油的总碱值。根据使用经验，使用高硫分（硫分>2.5%）的燃油，气缸油的TBN应为65~70；硫分<2.5%的燃油，TBN约为40。近代有些工作条件严酷的柴油机已采用TBN为100的气缸油。一些柴油机制造厂曾根据燃油的硫分，推荐出理论上的气缸油总碱值，但这种匹配关系在实践中却不易执行。其主要原因在于远洋船舶需要在世界不同港口加装燃油，在决定加装燃油时，习惯上均以粘度等级为准，而相同粘度等级的燃油硫分随产地的不同又有较大差别。对这种差别船方实现无法获得有关数据，无法根据燃油硫分的变化来改变气缸油的总碱值。在多数情况下，船方只备有某一总碱值的气缸油。因而在实践中总碱值与燃油硫分的匹配比较粗糙。育鲲轮主机采用嘉实多Cyltech70气缸油，其相关性能参数如下：标准规格Cyltech70比重@15℃,kg/l0.940运动粘度@100℃,cSt19.5美国汽车工程师学会粘度分类号（SAE）50总碱值，mgKOH/g闭口闪点,℃>190倾点,℃-9或以下2.3注油定时的选择通常认为，注油定时应选择在活塞上行使注油点位于第一、二道活塞环之间时向缸内注油。实践研究表明，只有在缸内压力低于注油管中的油压时，气缸油才会注入气缸。在短活塞柴油机曲轴回转一转中，这种机会一般有两次：一次是活塞上行到上止点附近，活塞的下边缘打开注油孔；另一次是活塞在下止点附近，缸内正在扫气时。而对长活塞曲轴一转中，这种机会只有一次，即当气缸内正在扫气时。注油次数随机型而异，通常2~4个活塞行程注油一次。对于育鲲轮，曲轴每四转气缸注油一次。气缸注油率的选择和计算3.1气缸注油率的选择气缸油的注油率应当适宜。注油率太大，不但浪费而且还会使活塞顶面、环带区、气口和排气阀处的沉积物增多，引起活塞环和排气阀黏着，使气流通道部分堵塞。同时多余的气缸油还会沉积在活塞下部空间、扫气箱和定压排气管中，导致扫气箱着火；注油率太小，则难以形成完整的油膜，而使活塞环与缸套磨损加剧和漏气增多，漏泄的燃气又会破坏缸壁上的油膜导致发生咬缸事故。因而存在一个最佳注油率，不同类型的柴油机的注油率在不同工况下各不相同，最适宜的注油率应该根据推荐的注油率并综合考虑活塞环的状态、缸套磨损率的大小、所用燃油的含硫量以及柴油机部件的拆检周期来确定。如缸套内壁表面湿润、干净，首环半干半湿，其余环湿润，活塞环在环槽内活动灵活，环外圆表面光亮，倒角尚在，则气缸注油率适中。3.2磨合期气缸注油率的选择处于磨合期的气缸活塞组件，为了加速磨合，通常采用无添加剂的精炼润滑油，其牌号应与所用燃油含硫量相匹配，因为该滑油具有加强的承载能力而又不阻碍硫分对工作表面的腐蚀（一定的腐蚀有利于磨合）。在任何条件下均不应使用高碱性气缸油，那样会使磨合期加长切无法控制举烈的磨损和擦伤。而在整个磨合期的各个不同阶段还应适时换用不同碱值的气缸油。磨合期的气缸注油率目前尚无一致的标准，比较公认的做法是增加注油率20%~100%,随着负荷的提高逐渐减少过量滑油。通常认为在磨合期使用硫分大于1%的燃油对磨合有利。MANB&WMC柴油机各个运行阶段注油率的选择见下表：MANB&WMC柴油机各个运行阶段注油率项目注油率及相关说明基于气缸良好条件的平均注油率g/(kw·h)S-MC机型，0.8g/(kw·h)基本设定点最小注油率+50%磨合初期注油率基本设定点+注油器的超出量，或基本设定点+6mm注油行程时间新机在台架试验及航行试验期间，或营运中检修吊缸后24h负荷24h内逐渐增加负荷磨合注油率基本设定点+50%实际注油率基于扫气口检查后判定机动操纵及负荷变动期实际注油率+503.3最佳注油率气缸油注油率,与机型、扫气方式、冲径比、负荷强度、活塞环状态等很多因素相关。最佳注油率,一般指在燃烧良好的前提下,气缸油注油量正好能够保证:气缸磨损率,在设计范围内;气缸内表面,润泽无拉痕;活塞环槽,没有积炭;活塞环,外圆光亮无拉痕,在环槽内活动灵活,第一道环干爽,第二道环下部和其他环油润;扫气口处,无明显刮痕、磨损和积炭;扫气箱内,残油和积炭少;排烟颜色,无蓝色成分,等。图9.直流扫气柴油机气缸注油率与缸套磨损率的关系3.4气缸注油率的计算与分析3.4.1气缸注油率的计算(方法一)参考AlphaACC说明书中HMI面板的使用说明，在参数rXXX中读出每分钟注油器冲程数，在ALCU单元集成附件文件中可以知道注油器容积（容积效率为0.97）V，气缸油密度为ρ，主机功率为P则可以依据下面公式算出注油率:待算（方法二）更精确地计算可以通过diSP菜单里的Str.hi和Str.Lo参数来实现。这两个参数合起来表示注油器总的冲程数，即在主机的工作寿命中电磁阀开启的总次数。其中Str.hi表示从，Str.Lo表示从1到，总冲程数=Str.hi*+Str.Lo。注油率则可以通过一段特定时间内Str.hi和Str.Lo的变化值来计算。同样已知注油器容积V，气缸油密度ρ，主机功率为P，及一段时间间隔T（通常取一小时）。如果总的冲程数由Totstr1变为Totstr2。则可由下面公式算出注油率： (方法三)若气缸注油器属“随转速调节”式，则当转速变化后其气缸注油率（g/[KW·h]）应按下式计算式中：A—气缸注油率；G—柴油机气缸油消耗量，g/h;Pb，nb—分别为标定功率KW，标定转速r/min;n—实际转速，r/min；z—气缸数。（方法四）实际注油率也可以根据气缸油日用柜的消耗量并结合主机相关参数来计算。下航次计算3.4.2气缸注油率的分析4.Alpha注油器典型故障维修4.1低油压低油压的报警值为35bar。当发生低油压时，备份电机会自动启动并触发HMI板上的普通报警和49号报警。如果备用电机启动后油压建立，普通报警并不会解除，直到手动停止备用电机。两个电机将会因为检测到的故障而持续同时运转，可以按HMI板上的任一PUMP按钮来回到正常状态。这一过程中，要检查高压供油管是否泄漏，并通过油压传感器（4-20mA）电流来对比压力。如果电流和压力不符，应更换或校准传感器。4.2LED#4两个注油器的反馈信号丢失无论什么原因，如果BCU检测到注油器的反馈信号不正常，将会出现报警（BCU失效报警）。注意如果是由于MCU失效而进入了BCU模式，在HMI板上MCU不会显示任何报警代码，可以通过观察反馈信号指示灯来找到出错的注油器，那些灯在主机中间接线盒上。这种报警表明气缸上的润滑已经停止，降速信号将会被发出。首先，检查故障是否不止在一个气缸，如果多个气缸发生（故障），检查滑油供应系统，油压可能过低或者日用油柜的滑油供应停止，检查滑油供应回路的泄漏情况。如果故障仅仅在一个气缸，检查从故障气缸中间接线箱到控制箱（ALCU）的反馈线路，中间盒的PCB（印刷电路板）本身可能损伤。为了检查BCU板故障，缺陷气缸的插座应当从BCU断开，被工作气缸的插座临时代替。如果以前运行正常的气缸现在出现故障，BCU板可能损坏。操作时，应记住插座应当对号入座。主电源供应中断5s，BCU计算机应该重新启动。4.3外部信号丢失的紧急运行说明书建议在切换至紧急模式之前，检修所有的触发系统。如果所有润滑系统的触发信号失灵（角度编码器和BCU系统传感器），依靠MCU或者BCU板内置接触发生器，可使润滑系统维持一定的润滑水平。接触发生器每秒发射一个脉冲信号，为了能运行紧急模式，下面的线路连接需要改变：断开MCU-J22接线头1，连接一条从MCU-J52接线头到MCU-J22接线头1的额外线路。不管主机是否处于运行还是停车状态，系统开始进行润滑并发出不同的报警信号。尽管如此，反馈报警信号开始运行，反馈显示是否所有的气缸处于润滑状态。主机在紧急状态运行下，BCU系统不起作用，而MCU减速功能仍然起作用。润滑以“随机定时”和“rmp-依靠式”模式作用于主机，并且以总量的25%供给每一缸，但是主机保持60转固定转速。5.气缸注油系统的管理5.1主机启动阶段的检查(1)Aplha注油系统被设定为在启动辅助鼓风机时自动预润滑（注油12次）(2)检查当主机启动时泵站的其中一个泵是否会自动工作，气缸滑油压力是否达到40～50bar(3)检查每个注油器中间盒上的绿色LED是否闪烁(4)检查集控室和HMI板上没有报警信号5.2主机正常工作时的定期检查(1)通过下列措施检查所有滑油点供油情况:a)观察每个中间盒上的反馈指示LED是否闪烁b)如果感觉注油器上的压力冲击有问题，卸下气缸套上的管子，检查油的流动是否正常(2)检查泵站上的油压表，正常值为40～50bar(3)检查系统漏油，当发现漏油时，及时查找漏源，同时向主管轮机员报告，尽快清除漏油并恢复系统正常工作(4)检查油温，正常值为30～60℃(5)当柴油机处于连续低负荷运转的特殊情况下，注油率绝对不能低于该机标定注油率的40%5.3气缸油日用柜的检查定期检查气缸油用柜的油位，发现油位较低时及时从气缸油储存柜向日用柜驳油。正常定速航行时，主机每天消耗约100L气缸油。这样,一般每天用气缸油驳运泵从气缸油储存柜向日用柜驳一次油。5.4扫气口检查 为了确保活塞气缸良好的工作状态，在停航时或经过一定时间间隔后应该打开扫气口观察气缸套和活塞的状态，判断气缸油碱值和注油率是否合适。在观察时如果发现活塞头上有白色、微黄色的沉积物（来自气缸油中的碱性添加剂），而且沉积物较厚但环槽中黏着物并不太多，则说明所用气缸油碱值太高。若气缸套表面上有白色或微带褐色的区域，这是由于腐蚀磨损形成，可能是滑油碱值太低。如果第一道活塞环表面有半干半湿的润滑油膜存在，且活塞环和缸壁表面油膜干净，则说明注油量适中。如果发现活塞和活塞环槽内结碳黏着现象较重，活塞与缸壁表面油膜污染变黑，气口因结碳堵塞较重，则说明注油量过多。如果第一道活塞环干燥而环与壁均出现磨痕，则说明注油量