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第15章 船舶动力装置实用技术 (2)

机舱空气中的废气中:氮氧化物NOx(NO与NO2)、烟(含焦烟)、粉尘、硫酸气、一氧化碳、碳氢化物、臭氧、二氧化碳及水蒸气等。以上废气用NOx表示。空气主要由氧气,氮气,惰性气体、和杂质组成。按摩尔(mol)计,1mol空气中所占的成分为:O2占0.21 mol,N2占0.78 mol,惰性气体(以Ar代表)占0.06 mol,它们和NOx组成混合气体。混合气体中各组成气体摩尔之和等于1。即:

η1+η2+...+ηn η=1(4)

式中:η1、η2......ηn--各组成混合气体的量,mol;

η--混合气体的总量,mol。

由式

(4)可知,机舱空气内增加的NOx,看作ηn,那么NOx增加,O2等则减少。

柴油在汽缸内燃烧,是燃油被空气中的氧剧烈氧化的结果,柴油机在吸气过程中,应保证有充足的新气进入汽缸,从中获得足够的氧气,为柴油机燃烧过程创造良好条件。机舱空气内含O2减少,燃烧时所需要的氧不足,排气烟度增大,柴油机功率下降。

1 mol空气中,O2占0.21 mol,那么,1 kg燃油完全燃烧所需要的理论空气量L0式如下:

L0=1 0.21gc 12+gH 4-g0 32

(5)

式中:gC、gH、g0分别代表1 kg燃油中碳、氢、氧的量。

从式(4)和(5)分析,当机舱空气被NOx混充后,1 mol空气中O2的量小于0.21 mol。完全燃烧1 kg燃油所需的Lo就要增加,从式(2)可知,当Lo增大,g不变,α减小。在运转中的柴油机由于进排门、活塞环及缸套磨损泄气,使α更小,导致汽缸内进气不足,燃烧不完善,柴油机的热效率下降。

三、小结

机舱气温升高,空气被污染,导致柴油机的α、ηυ降低,使柴油机的动力性和经济性下降。特别是对无空调、无通风设备的船和非增压柴油机的工作指标降低较大,机舱空气污染对轮机人员身体健康的威胁是不可忽视的。根据上述探讨建议:

(1)对主机、副机及各种机舱设备应加强维护保养。

(2)船外新气直接引进柴油机进气口,或将进气口设置在空气流通的地方。

(3)设计船舶时,机舱的门窗、天窗、通风口应宽大,以保证空气流通。

(4)机舱设置空调、通风设备或柴油机进气口安装冷却器,若有这些设备,应加强维护保养。

(5)设计制造适应气温变化及净化空气的船用新型柴油机。

第三节 柴油机零件磨损引起燃油

超耗的原因与对策

柴油机在运转中,由于机械摩擦与腐蚀引起零件磨损,使柴油机的工作性能发生变化,从而降低了柴油机的经济性。柴油机的汽缸密封件、凸轮、精密偶件等磨损,引起燃油超耗尤其严重。下面结合实际谈谈柴油机零件磨损引起燃油超耗的原因与对策。

一、汽缸密封件磨损引起燃油超耗的原因与对策

柴油机缸套、活塞、活塞环、气门与气门座等,磨损过度引起汽缸严重漏气、窜气,不但使汽缸压缩终点的压力和温度降低,而且造成汽缸内的空气量减少,结果引起燃烧不良,油耗增加。油耗随着柴油机累计工作时间的增加和密封件磨损的增加而增高。笔者在6135AG型柴油机上做过试验:柴油机大修后或新柴油机累计工作2000h,燃油消耗为217~224 g/(kW·h);累计工作4000h,燃油消耗增至234g/(kW·h);累计工作5500~6500h,燃油消耗增至256g/(kW·h)。有的柴油机保养差,长期超负荷运转,燃油消耗超过265g/(kW·h);有的虽经过多次保养,但燃油消耗仍不断增加,问题就可能出现在柴油机的零部件趋于老化,特别是运动件与常拆装件更为严重。要保持稳定的最佳油耗,可采取以下三种措施。

(1)柴油机累计工作1500~2000h,要认真检查汽缸密封情况,并检查活塞环、汽缸套、气门与气门座是否有严重磨损或损坏,必要时还需修复或换新。

(2)对柴油机的大修期不要限得太死,要灵活掌握。柴油机累计工作时间越长,燃油超耗越多,柴油机超耗的燃油费用来购新件换旧件都有余。以6135AG型柴油机超耗的燃油为例,柴油机累计工作4000 h后,燃油消耗增加了21.7~31 g/(kW·h)。这样,一台110 kW的柴油机每小时就超耗燃油2387~3410g。如果柴油机从4000h开始,再继续工作2500h,则要超耗燃油5967~8525kg,若是将这些超耗的燃油所值的价钱用来购买汽缸密封件、凸轮轴、精密偶件等,至少一次可折换8台柴油机的旧件。

(3)修复处理。活塞环、汽缸套磨损较快,而活塞外圆磨损量较小,环槽磨损量较大,若是活塞与缸套一并换新,就有些浪费,而且活塞价一般会高于缸套和活塞环(缸/组),因此能修复的尽量修复,但若磨损超过极限,则应及时换新。气门与座的接触面的燃损和凹痕应采取光车、磨处理,并同时将气门导管换新。

二、凸轮磨损引起燃油超耗的原因与对策

柴油机主要有两根凸轮轴,一根是关系着喷油定时的喷油泵凸轮轴;另一根是关系着配气定时的配气凸轮轴。这两根凸轮轴的凸轮都承受着较高的挤压力和摩擦力,故易引起凸轮磨损。有的船经过多次中修和大修,虽然对供油角、喷油量、气门间隙等进行了检查和调整,却忽视了检查或更换超过磨损极限的凸轮轴,这也会导致燃油超耗。

1.喷油泵轴的凸轮磨损

喷油泵轴凸轮是根据喷油器的喷射压力、每次的喷油量、喷油时间等喷射特性制成。喷油器喷入汽缸的喷油量随凸轮转角变化的关系称之喷油规律。凸轮外廓形状磨损严重,对喷油规律影响很大。

磨损后的凸轮外形比原始外形平阔,占喷油泵轴转角较大,致使喷油泵柱塞的工作行程减少,喷油压力上升速度减慢,减弱了喷油器的雾化功能,造成燃油雾化不佳,喷油终了时喷孔边缘附油,从而导致燃油燃烧不良,排气冒黑烟,柴油机功率下降。当凸轮磨损超过极限时,最佳喷油量难调整,使喷油持续角增大,增加滞燃该段的喷油量,引起燃烧不完全。

柴油机累计工作1500~2000h或中修时,应检查喷油泵传动轴凸轮的磨损情况,当喷油泵轴凸轮磨损不大时,可调整喷油提前角,并用油石将凸轮修磨光滑。凸轮尖端磨损低于1.0~1.35mm时则应及时换新。

2.配气凸轮磨损

配气凸轮的外形是根据气门开启高度,柴油机转速和进排气特性制成的。配气凸轮磨损后的外形。凸轮尖端磨损严重时,如果在同样大小的曲轴转角内,气门开启和关闭速度减慢,开启高度随着降低,就会造成进入汽缸内的新鲜空气减少,废气不易排尽。当喷油量不变时,则燃烧恶化,排气冒黑烟,致使柴油机输出功率降低。以有效燃油消耗率ge表示柴油机的经济性,其表达式为:

ge=Ge Ne×103

式中:Ge--柴油机每小时的耗油量,kg/h;

Ne--柴油机的输出功率,kW。

由上式说明,柴油机在工作中,当Ge不变,Ne降低,则Ge增高。如一艘6135AG型柴油机船,经过大修后输出功率不足,排气冒黑烟,花了很多时间找原因,都未能解决。后来检查了该机大修前5年的领用零部件情况,各零部件大都检查换新,只有配气凸轮轴未检查更换。拆出凸轮轴检测发现凸轮尖端已磨去1.8~2.2mm,后经换了新配气凸轮轴,在原先供油不变的情况下,排气不再冒黑烟,转速从1470r/min,增至1 505r/min,功率提高了2.13kW。

柴油机累计工作1500~500h,应检查测量配气传动机构的磨损情况。配气凸轮尖端磨损低于0.8~1.5mm,应修复或换新,有条件的单位可将磨损的凸轮进行堆焊光磨或镶凸轮修复。6135AG型或6160A型柴油机的配气凸轮轴造价不高,从经济角度来看它占柴油机总费用的比例很小,为了保证营运时间和修理质量,最好更换新凸轮轴。

三、精密偶件磨损引起燃油超耗的原因和对策

柴油机的精密偶件有柱塞、出油阀、喷油嘴针阀偶件等。这三大偶件磨损严重对柴油机经济性能影响很大。密封性能下降,导致喷油压力降低,喷雾不良,燃烧恶化,使燃油消耗增高。出油阀与座磨损严重时,致使密封不良,引起出油阀偶件漏油,喷油定时延迟,造成柴油机功率下降。喷油嘴针阀导向磨损、喷孔磨大,引起漏油量增多,喷射压力下降,喷雾不佳,喷油嘴外部漏油、滴油、结碳,造成柴油机燃烧恶化。

柴油机累计工作500~700h,应对柱塞偶件进行滑动和径部密封性试验,同时检查柱塞偶件表面是否严重磨损,斜槽和直槽是否剥落或锈蚀,必要时应换新。检查油阀与座锥面的密封性能,如有磨耗或轻微下凹者应进行研磨修复,严重者要及时换新。对喷油器进行雾化试验,若发现有喷油不雾化、切断不明显、滴油、漏油的情况,应及时修复或换新。

四、小结

有的柴油机安装了节油装置,但也不可忽视零件磨损引起的燃油超耗。不同的柴油机有不同的保修期,这个期限只能作参考,一旦柴油机零件超过了磨损极限,应提前修理或换新件。对影响柴油机使用的零部件,要果断地加以处理。对那些修复困难,修复价值不大,修理费用昂贵的磨损件,最好换新,从而防止因零件磨损引起燃油超耗,以确保船舶的营运。

第四节 船用齿轮式机油泵的故障分析与检查

船用齿轮式机油泵是一种容积式旋转泵常称机油泵。它具有体积小、重量轻、结构简单、排量连续、有自吸能力的特点,广泛地用作船用柴油机、油压齿轮箱、液压舵机等设备的润滑泵或液压泵。一旦它发生故障则会造成整台设备不能工作,轻则使设备停止运转,重则造成船舶停航。轮机管理人员、设备操作人员必须掌握好船用齿轮式机油泵的故障分析与检查方法,以便顺利、及时排除故障。以下是几种常见的故障分析处理。

一、故障分析与检查

(一)机油泵不供油

机油泵不供油有三种情况:一是突发性的不供油;二是渐进性的不供油;三是原始性的不供油。首先要确定是哪一种情况不供油,然后进行分析并给予处理。

1.突发性的不供油

齿轮式机油泵在工作时突然发生不供油,供油压力急剧下降为零。这种情况先要从简单方面或外部分析处理。比如先看吸入管处油源是否中断。引起油源中断的原因有:吸入箱的油已用完、吸入口露出油面有空气进入、吸油管断裂或阻塞等。若是此原因不存在,则可再分析、检查其内部或关联零部件的工作情况。如传动齿轮轴或主动轴是否折断,键与槽是否因损坏而滚键,致使传动齿空转或传动齿轮退脱等。此外,还可对机油泵以外的关联件--调压阀、安全阀、液压部件作检查,看是否出了毛病,如阀内的弹簧是否折断,输油主管是否脱节或断裂等。

2.渐进性的不供油

不供油是逐渐形成的,有一定过程。它的表现是供油压力从高到低慢慢降为零,而且泵开始工作时的机油黏度大,工作油压也能满足要求,但是机油温度升高后机油黏度下降,工作压力也随着下降,渐次降为零。这种情况大都因泵壳、盖、齿轮磨损严重,造成间隙过大。关联零部件工作失调,如调压阀、傍通阀故障或液压部件有毛病,机油过滤器太脏而阻塞,接受供油设备的主油道漏油或润滑主件间隙超过极限等。

3.原始性的不供油

这种情况必须是泵才开始工作或者是新安装、新换的泵。不供油的原因有:①泵的旋转方向不对。因为泵的吸、排方向和安全(调压)阀的工作都是按一定方向设计制造的,不可逆转式的齿轮式机油泵的旋转方向必须与泵所规定方向一致,否则不供油。安装新泵时可将进油口浸入柴油中,用手按规定方向旋转,出油口连续向外供油,而泵内零件齐全,无故障。②吸油管道密封不良,有空气进入,造成气塞或吸入口在液面上。③吸程超过规定。④磨损间隙较大的泵或停止工作时间太长,造成吸油管和泵内无油,开始工作时必须充满机油,否则不供油。⑤由于垫片或其他原因引起出油道与回油道直接相通。

(二)机油泵供油达不到需要的压力

对于船用柴油机、油压齿轮箱、液压舵机的齿轮机油泵来说,首先要考虑两个方面的问题:一是机油泵本身的问题;二是机油泵以外的问题。有时两个问题一起发生,在考虑问题时必须区分先后。

1.机油泵本身的问题

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