主机排烟温度高、最大爆发压力低故障分析

船舶航行试验是全面检验船舶动力装置各部分的安装质量、运转性能及其可靠性，确定船舶在各种航行工况下的航速、推力装置的工作特性、燃油消耗率等动力装置的性能指标。同时测定船舶的操纵性能如回转性能、航向的稳定性以及对于规定航区的适应性等。在航海试验过程中为船舶航行提供动力的主机是整个动力装置结构最复杂、为其服务的相关系统最多的一个重要设备，在航海试验过程中也是最容易出现问题的设备。因此，在航海试验过程中要密切关注船舶主机的相关参数及运转状况。我厂为南京油运公司生产的46000t油轮主机型号为Sulzer-RTA52U型主机。航海试验主机磨合试验中当主机转速达到100r/min以上时，主机各缸排烟温度均达到了390℃以上，高出台架试验时同转速下的排烟温度40~50℃，测量各缸最大爆发压力时发现示功图异常（见图1)，最大爆发压力低于正常值。主机其它参数值均正常且无异常声响。以上现象充分说明了主机汽缸内的燃烧工作状态不正常。示功图是研究柴油机汽缸内燃烧工作完善程度的依据。通过示功图可以研究缸内的燃烧过程、燃烧放热规律，确定主机最大爆发压力和压缩压力等。从而可以根据示功图对主机汽缸内的整个燃烧工作过程进行分析（见图2)。根据示功图可将柴油机燃烧过程分为四个阶段。一、滞燃阶段滞燃阶段又称为着火延迟期，是指从燃油开始喷入汽缸的α点到燃油自行着火的b点（即汽缸内压力开始离开压缩曲线而急剧上升点)。燃油从a点喷入汽缸,这时虽然汽缸中空气的温度一般高于当时压力下燃油的燃点，但燃油并不能立刻燃烧。在滞燃期阶段，主要进行燃油受热、蒸发、扩散、与空气混合等一系列燃烧前物理上的准备。当发火燃烧时，在滞燃阶段内喷入的燃油就会立即燃烧，使汽缸内的压力急剧增高到最大燃烧压力而离开了纯压缩线。若滞燃期过长，积累的燃油就过多，一旦发生燃烧，其压力就会突然增高，使柴油机工作粗暴，表现在燃烧曲线上压力的上升过于陡峭，最大燃烧压力过高。如果在发火前燃油积累过多，混合气的初步化学反应比较充分，这时一旦发火燃烧，柴油机就会发生敲缸现象。二、速燃阶段从着火点（c点）开始到缸内气体压力最高点(y点)为止，称为速燃期，此阶段亦称预混合燃烧阶段。这一燃烧时期的特点是汽缸中的压力迅速上升至最大爆发压力Pz。压力之所以迅速上升，一是由于燃烧急剧进行，二是由于活塞的位移极微。在速燃期中，不但烧掉了滞燃期形成的可燃混合气，还烧掉了速燃期内喷入汽缸并已完成了燃烧准备的部分燃油，燃烧近乎在等容状态下进行。速燃期的燃烧速率很难直接用控制该燃烧期燃油与空气混合速度的办法来加以控制，故亦称不可控燃烧期。由于速燃期的可燃混合气主要是滞燃期内喷入汽缸的燃油所准备的，为了使柴油机工作平稳，应通过滞燃期来影响速燃期，力求缩短滞燃期、减少滞燃量、控制可燃混合气的形成量。滞燃期对燃烧质量起决定作用，因此控制滞燃期是影响燃烧过程的重要手段。三、缓燃阶段从缸内气体压力最高点（y点）到缸内气体温度最高点(z点)为止，称为缓燃期。在缓燃期中，由于燃烧室内已充满燃烧产物和正在燃烧的火焰，温度很高，燃油喷入汽缸即蒸发燃烧。到缓燃期结束时，放热量可达循环总放热量的70%~80%，温度迅速上升至最高温度。但此时由于活塞已离开上止点下行，汽缸容积迅速扩大，故燃油虽多，而缸内压力却缓慢下降。一般认为温度最高点（d点）即是燃烧结束点。四、后燃阶段缸内气体温度最高点（d点)以后发生的燃烧过程，称为后燃期。后燃是燃烧过程在膨胀行程中的继续。其原因有二:一是在缓燃期中难免有一部分燃油因遇不到足够的氧分子而来不及燃烧或燃烧不完全;二是部分燃烧产物在高温下发生逆化学反应，这些燃烧产物只能在活塞下行、汽缸内温度下降后才能重新燃烧。后燃期因汽缸内温度开始下降，活塞下行，工质膨胀比减小，致使燃油的热效率较低。后燃期的存在使排气温度提高并由此使柴油机机件的热负荷增加。因此后燃期愈短愈好。通过测绘柴油机各缸的示功图可以清晰的看出每个缸各阶段燃烧情况，从而判断各缸燃烧所存在的问题。根据主机的功率和国际海事组织相应的调整，示功图曲线可在两种情况下变化，见图3。五、常见异常示功图1、最大爆发压力值高于正常值，压缩压力值正常。引起最大爆发压力大于正常值的原因为喷油定时过早引起的,见图4。2、最大爆发压力值低于正常值,压缩压力值正常。引起最大爆发压力小于正常值的原因为喷油定时过晚、喷油器堵塞、损坏引起的，见图5。3、压缩压力值与最大爆发压力值均小于正常值,见图6。引起压缩压力值与最大爆发压力值均小于正常值的原因为实际负荷小于设定负荷、排气阀泄漏、空冷器和增压器工作不正常引起的进气温高、扫气压力低等原因造成的。4、压缩压力值与最大爆发压力值均大于正常值，见图7。引起压缩压力和最大爆发压力均大于正常值主要是由于主机超负荷运转引起的。通过以上针对示功图的分析不难看出，影响最大爆发压力的因素很多，如:喷油泵、喷油器技术状态、压缩终点压力的高低、供油量的大小、喷油定时的早晚等等。而造成排气温度过高的原因主要有:喷油定时过晚，后燃严重、燃油雾化质量差，滞燃期过长、排气阀开得过早或漏气、中冷器堵塞、扫气压力低、供油量太多、柴油机超负荷、柴油机在低转速大负荷下运行等。在本产品各缸同时出现了最大爆发压力小和排气温度高而其它参