发电柴油机排烟温度过高故障判断与消除.docx

大连海事大学

毕 业 论 文

二○一一 年 十 月

发电柴油机排烟温度过高故障判断与消除

专业班级：轮机管理2007级16班

姓 名： 林 洋

指导教师：　　　　　　　　

轮机工程学院

摘要

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。
首先本文介绍了影响排烟温度的一些基础理论知识。然后利用故障排除法，分析排查故障原因，最终副机修复后使其功率得到了一定的提高。

关键词：柴油机; 排气温度; 热负荷; 燃烧质量; 影响因素

Abstract

To the same engine, the temperature of the exhaust, to some extent, reflects the load of the cylinder and the quality of combustion. If the exhaust temperature is too high, not only it reflects the thermal load is too high, but also leads to the decrease of the economic efficiency and reliability. Therefore, the temperature of exhaust is usually used to measure the thermal load of the diesel engine. And it should be monitored darning the management of diesel engine. And it is also an important basis for analysis of the diesel engine performance.
Too high of the exhaust temperature can impact the normal operation of the diesel engine. For example, it may lead to the deformation and fracture of the exhaust pipe, hazard of a fore, destruction of the lube oil film, increase the wear of the piston and the cylinder, and at the same time cause the pollution of the engine room, and make a influence for the workman.
In order to ensure reliable operation of the engine, exhaust temperature should not exceed the value of the specified value specification, and the exhaust temperature of each cylinder should remain basically the same.
First, it introduces some theoretical knowledge, than the factors of failure for diesel generator were found with a method of eliminating failure. In the last, the power of the diesel generator repaired was upgraded so much.

Keywords: diesel engine, exhaust temperature, thermal load, combustion quality,

目录
前言 1
第一章 故障现象 1
第二章 理论知识的简单介绍 2
2.1 燃烧过程 3
2.2 燃油喷射系统 3
2.3 增压系统 3
第三章 故障分析排查 4
3.1 从燃油喷射与燃烧质量方面考虑 4
3.2 从换气方面考虑 6
3.3 效果对比 6
第四章 结论 7
参考文献 8
致谢 9

附图：
1、 柴油机燃烧过程曲线（图1）
2、 燃油喷射系统图（图2）
3、 增压器系统图（图3）
4、 综合密封检查连接示意图（图4）
5、 喷油嘴与针阀偶件（图5）
6、 废气端油封和轴承（图6）
7、 脏堵严重的扩压器（图7）

发电柴油机排烟温度过高故障判断与消除
前言：

“汇盛” 轮建造于1982年，于1984年下水，该船长193.84m,总吨25231.05T，净吨20257.07T，船速14.5RTS，设计航区为远洋型散货船。该轮具备3台型号相同的柴油机发电机组，型号MAN 7V 235/33HL．额定功率600KW , 标定转速600r／min，增压器型号VTR160。由于使用年限较长，该机组的技术状态有所下降。
按照柴油机发电机说叫书的要求，各缸排烟温度不得超过400℃，增压器前排烟总管排烟温度不得超过420℃。当该套机组使用达到10多年多的时候，排烟温度过高的问题便凸显出来，最近几年( 使用已达26年)，若使排烟温度保持在许用排烟温度的上限，则发电机功率只能达到180KW。结果导致该柴油机发电机只能长期在低功率下运行。从而降低船舶营运的经济性，提高了运营成本。
例如每年增加的运营费用简单核算如下：
一般“汇盛”轮维持正常的航行或停泊均需要200KW左右。当3台机组都能在额定功率下正常工作时，只用一台发电机组进行发电，其他2台发电机组进行备份等待。为此只能2台机组同时工作方能满足需求。这样，每天需要多增加1t左右的优质柴油，按目前柴油8000元／t 价格， 每年使用300天计算，则每年需要额外增加240万元以上的费用。这还没有包括因备份发电机组减少而增加的在公海上船舶停车所造成的航运损失。

第1章 故障现象
2011年6月23日，“汇盛”轮由越南到达韩国，由于船舶处于抛锚状态，负荷较小，所以二管轮决定解列停用一台副机，只留用一台NO.2副机。在技工师傅值班检查时发现：当负荷是160KW时，NO.2副机出现了排烟温度过高现象。

缸数
1
2
3
4
5
6
7
温度
380
380
390
380
410
400
360

按照柴油机发电机说叫书的要求，各缸排烟温度不得超过400℃，由上表可以看出5,6缸已经超出规定的限制的温度。由于NO.2副机已接近吊缸时间，所以轮机长和二管轮决定对该副机进行吊缸以便对其故障进行排查。

第二章 理论知识的简单介绍

2.1 燃烧过程

燃烧过程分为四个阶段：滞燃阶段，速燃阶段，缓燃阶段，后燃阶段

滞燃阶段，是燃烧前燃油的一系列物理和化学准备阶段，自喷油始点（A）燃油雾化进入气缸（未燃烧）开始，至燃烧始点（B，着火点）燃油被点燃止。。滞燃期长短，取决于当时气缸内物理、化学环境，即燃烧条件，影响因素甚多，留待下面逐一讨论
速燃阶段，从气缸内燃油发火燃烧开始（着火点B）到出现最高压力点（C），其间还有燃油雾化喷入。速燃阶段的长短，取决于：缓然阶段的起始点，即滞燃和速燃阶段的长短，以及燃烧准备质量和燃烧质量；继续喷入的燃油量，以及燃油的燃烧条件。
缓燃阶段，从气缸内工质出现最高压力点（C）到最高温度点（D）。喷油终点可能延长至缓燃阶段的前期。缓燃阶段的长短，取决于：缓燃阶段的起始点，即滞燃和速燃阶段的长短，以及燃烧准备质量和燃烧质量；继续喷入的燃油量（喷油终点），以及燃油的燃烧条件。
后燃阶段，自最高温度点（D）至燃烧终点（E）。后燃阶段长短取决于：滞燃阶段、速燃阶段和缓燃阶段的长短；以及燃烧准备质量和燃烧质量；以及燃油的燃烧条件。

2.2 燃油喷射系统
该副机的燃油喷射系统是典型的柱塞泵式喷射系统，该系统的基本组成是高压喷油泵、喷油器及高压油管。柴油机工作时，柱塞3由喷油泵凸轮1经滚轮2驱动。凸轮1固定在凸轮轴上，并通过由曲轴带动的凸轮轴传动机构。凸轮按一定时刻顶动滚轮，从而保证了喷射定时的要求。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是，出油阀4开启，压力油泵如出油阀空间B，此为供油始点。高压燃油沿高压油管6传递到喷油器8端空间C，当其供油压力大于喷油器弹簧7的预紧力是针阀向上跳起，高压燃油经喷孔10喷入气缸。当柱塞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，伺候当空间C的油压低于弹簧7预紧力是，制作落座，喷油结束。柱塞下行时泵腔内为充油过程。 （图2）

2.3 增压系统
该副机增压器型号为VTR160，其工作原理为：在废气端，柴油机的废气约以0.3MPa的压力和很高的速度沿进气蜗壳进入喷嘴环，在喷嘴环呢将废气的压力能转变为动能，使气流加速，然后气流以更高的速度并以
一定的方向进入工作叶轮。 （图3）
从叶轮中流出的废气进入导流器，并顺着导流器进入排气壳再从烟道中排除。
在压气机端，空气经过滤器、消音器和进气通道导流后，轴向的进入叶轮，在叶轮中空气被带动旋转而产生离心力，是空气被压缩，压力逐渐升高速度也增加，然后以很高的速度和一定的压力被甩出叶轮，进入扩压器，是增压空气压力再度提高，然后进入排气蜗壳，并通过空气中间冷却器冷却后进入扫气箱供柴油机使用。

第3章 故障分析排查
排烟温度是反映发电柴油机大小的重要参数，而影响排烟温度的两大因素是换气质量和燃油喷射与燃烧质量。
影响燃油喷射与燃烧质量的因素有；( 1 ) 燃油质量问题；( 2 ) 各缸负荷不均；( 3) 喷油器雾化不良；( 4 ) 喷油正时问题。
在柴油机管理中，影响换气质量的因素有：( 5 ) 废气涡轮增压器故障；( 6 ) 进气系统严重漏泄；( 7 ) 空冷器堵塞和脏污；( 8 ) 进气总管着火；( 9 ) 气道脏堵；( 10 ) 进排气阀故障。

用发电机大修机会，抽取NO.2机做吊缸试验，并从如下几方面进行分析、排查及故障处理：

3.1 从燃油喷射与燃烧质量方面考虑
( 1 ) 排除燃油质量问题，该发电柴油机使用的是轻柴油，查看副机( 即发电柴油机，相对动力柴油机简称副机 )日记一年来的记录，排气温度没有因为每次在不同港口加油而发生明显变化，说明长期以来所用油品不成问题。
( 2 )排除各缸符合不均问题， 查看副机日志，确实存在各缸负荷排温不一致现象，最高与最低差值30 ℃。吊缸前通过测取该机各缸高压油泵刻度值、喷油提前角、爆值（下表），进行比较分析，得出如下结论：各缸高压油泵油门刻度值都一致，排除了各缸供油量不一致的嫌疑;

80KW时
缸数
1
2
3
4
5
6
7
排烟温度
240
240
240
250
240
240
230
油门刻度
6.0
6.0
6.0
6,2
6.0
6.0
5,9
爆压值
52
53
52
50
53
52
54

140KW时
缸数
1
2
3
4
5
6
7
排烟温度
340
340
340
340
360
350
330
油门刻度
9.8
9.6
9.8
9.8
10
10
9.6
爆压值
62
62
60
62
57
58
64

（3）排除喷油雾化不良问题，在2.1中我们了解了燃油喷射系统的工作原理，喷油雾化不良的主要原因是：
①柱塞偶件的磨损、拉毛、卡紧、咬死以及穴蚀。
②出油阀偶件的磨损、阀杆的卡紧和咬死。
③针阀偶件的密封面磨损及针阀卡紧、咬死。
④喷油嘴的喷孔堵塞、磨损、以及裂纹
对于原因①、②我们采用检查油泵与出油阀的综合密封性的方法，即在喷油泵高压油管接头处装压力表，手动泵油至说明书规定的泵油压力时停止泵油，按住手柄不动，观察压力指针。此压力读数在30内保持未变，故油泵与出油阀
的密封性良好，排除了原因①、②。详情如下图

（图4综合密封检查连接示意图）

对于原因③、④我们对各缸的喷油器进行了拆检，对喷油嘴进行了清理，并将有裂纹的喷嘴进了换新，再重新调试喷油器的启阀压力，使其压力达到28MPa，并且雾化状况都良好一致。

（图5喷油嘴与针阀偶件）

（4）排除喷油正时问题，在2.1中我们知道如果整体喷油定时错误, 致使喷油提前角减小,因着火前缸内温度与压力已下降, 而使滞燃期变长,最高燃烧压力降低, 后燃增加, 从而导致排烟温度升高。为排除此原因我们采用了课本中提到的标记法来测量其供油定时，测得其供油提前角为17度，与说明书中一致，故可排除此原因。

3.2 从换气方面考虑
（5）、（6）在值班巡回检查中并未发现进气系统漏泄，和进气总管着火的问题，故可排除原因（5）和原因（6）。

（7）排除废气涡轮增压器故障，对此我们请了专业的厂家对增压器进行了拆检清洗，在厂家的检修报告中反应，轴承松弛，转子主轴下沉，铝质油封圆周向摩擦受损，这说明增压器存在机械方面的故障，导致了轴承传动受阻，转速下降，增压空气压力下降。为解决此故障厂家换新了轴承和油封，并做了动平衡试验，修磨压气端叶片3g。
（图6废气端油封和轴承）
（8）排除进气系统漏泄的原因，在吊缸前二管轮测取了各缸的示功图并做了比较，最大压缩压力各缸都基本相同，这也排除了进气阀和缸内漏泄，空气量不足所导致的排烟温度升高的问题。

（9）排除空冷器脏堵得原因，我们对空冷器进行了拆检，化学清洗，试压，通过此做法，既清通了空冷器海水侧也洗净了空气侧换热面的脏污，确保了空气流通不会脏堵和空气足够的冷却。在拆检空冷器时我们发现，由于空冷的流通管道比较狭小，所以无论是空冷器的海水侧还是空气侧的换热面脏堵都比较严重，这说明这也是导致排烟温度升高的主要原因之一。

（10）气道脏堵愿意的排除，由于此型号的副机没有专门的增压器清洗设备，所以我们在拆检是发现增压器的增压端和废气端都脏污严重，解决此问题我们更换了透平滤网清洁了增压器叶轮，扩压器，废气蜗壳和扫气道等。 （图7脏堵严重的扩压器）

3.3效果对比
经过以上两方面的检查处理之后，对副机进行负荷检查。

100KW
缸数
1
2
3
4
5
6
7
排烟温度
230
240
230
240
220
230
230
140KW
缸数
1
2
3
4
5
6
7
排烟温度
300
300
310
310
290
300
300

160KW
缸数
1
2
3
4
5
6
7
排烟温度
330
330
330
330
310
320
330
180KW
缸数
1
2
3
4
5
6
7
排烟温度
360
350
350
360
340
360
360

从此次的负荷检查中我们发现，通过以上几方面的排查处理，NO.2副机的排烟温度明显下降。

第四章 结论

在此次的故障排查过程，我发现主要的原因是在换气方面，如废气涡轮增压轴承磨损、主轴下沉、油封摩擦、致使阻力增大，从而使增压器转速降低、扫气压力降低，另外气道脏堵，空冷器脏堵也导致了扫气压力降低。而在燃油喷射与燃烧质量方面问题出现的问题则较少。这也与平常轮机员平常维护管理有着直接关系，通常轮机员比较注重喷油泵、喷油器等的维护保养，但在增压器、空冷器，特别是增压器的管理上较为疏忽。如NO.2副机上的扫气压力表和扫气温度表已损坏多年，却未得到更换，从而无法测得扫气压力和温度，致使轮机员们在整机排温过高的故障分析与排除中破费周折。
本人认为，随着柴油机增压压力的提高，应加强对增压器管理的重视，如定期更换滤网、定期的拆检清洗增压器和空冷器等。通过这次对NO.2副机排烟温度过高因素的分析，总结如下：（1）单缸温度过高时有喷油器雾化不良引起。（2）整机排烟温度过高时因废气涡轮增压器轴承、主轴下沉、油封摩擦致使的增压器转速下降及气道脏堵、空冷器脏堵等导致的扫气压力下降引起的。此次NO.2副机故障就是整机排烟过高，其原因即是（2）。

参考文献
[1] 孙培廷. 船舶柴油机 [M ]. 大连:大连海事大学出版社 , 2002
[2] 陈发培. 斯达-斯太尔重型柴油机排烟故障检修.航海工程，2005

致谢
本文的写作过程中得到了“汇盛”轮上轮机长及二管轮的耐心指导，他们在资料搜集和构建论文写作的基本思路上给了我很大的帮助，并对本文做了认真的修改，对论文的完成起了决定性的作用。
另外衷心的感谢大连海事大学轮机管理专业各位老师，在大学学习期间，给予了我极大的鼓励和帮助，在学习上给予了我严谨、耐心的指导，在生活上给予了我亲切、热情的关怀。老师们渊博的学识、谦虚严谨的治学作风，一丝不苟、尽职尽责的工作态度以及正直的为人之道，都将使我终身受益，并激励我始终刻苦努力学习。在此，我向各位老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！
由于学识和资料有限，本文难免存在一些纰漏，希望各位老师指正。

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