楊永東

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熱點(diǎn)聚焦

ME船用電噴主機(jī)運(yùn)行常見問題和管理要點(diǎn)
——機(jī)械部分

楊永東

摘要：MAN B&W ME-C 系列船用電噴柴油機(jī)自2003年面世至今，以其優(yōu)良的性能、更經(jīng)濟(jì)的油耗、低排放、易于操作等特點(diǎn)，得到市場的高度認(rèn)可。但是，和所有其他產(chǎn)品一樣，該系列船用柴油機(jī)也有不完美的地方，使用或管理不當(dāng)仍然會(huì)出現(xiàn)各種問題。依據(jù)MAN B&W服務(wù)工程師實(shí)船收集的案例，分析ME-C/B 電噴柴油機(jī)在運(yùn)行過程中常見的問題，并總結(jié)使用者和管理者在日常工作中應(yīng)該注意的要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：ME船用電噴主機(jī)；MC主機(jī)；船用柴油機(jī)

由于MC主機(jī)比較普及（1982年引入市場），很多用戶仍然覺得MC機(jī)械式噴油系統(tǒng)的主機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、容易操作和維護(hù)，實(shí)際上ME電噴柴油機(jī)比MC更簡單、更容易操作。認(rèn)為MC簡單，主要是因?yàn)檩啓C(jī)人員大多對(duì)它比較熟悉。相比MC，ME引入了更多的電子控制系統(tǒng)和智能化控制軟件，而90%的機(jī)械部件和傳統(tǒng)MC主機(jī)是一樣的，事實(shí)上，增加的電子控制系統(tǒng)和智能軟件能夠?yàn)檩啓C(jī)人員進(jìn)行故障分析和診斷提供更多的幫助和相關(guān)信息。既然ME電噴主機(jī)是在MC主機(jī)的基礎(chǔ)上升級(jí)改進(jìn)而來的（見圖1和圖2），這里僅針對(duì)最常見的并且是由于ME設(shè)計(jì)改變而帶來的“新”問題進(jìn)行分析，主要從機(jī)和電（控制）兩大方面來列舉和分析其常見問題。

圖1 傳統(tǒng)MC主機(jī)　

圖2 ME電噴主機(jī)

關(guān)于MC主機(jī)的機(jī)械故障，相信有經(jīng)驗(yàn)的輪機(jī)管理人員已經(jīng)耳熟能詳，而ME主機(jī)的機(jī)械故障也大同小異，其中最常見的故障包括缸套低溫腐蝕、高壓油泵柱塞積炭、排氣閥行程不正常等。由于ME系列同時(shí)引入了200～300 Bar的伺服油系統(tǒng)，本文對(duì)其帶來的問題也一并簡單介紹。

一、缸套低溫腐蝕

缸套低溫腐蝕已經(jīng)不是什么新的問題，但傳統(tǒng)MC主機(jī)卻沒有像ME主機(jī)這么明顯和普遍。如果將現(xiàn)在的ME主機(jī)的爆壓、行程和轉(zhuǎn)速與傳統(tǒng)MC主機(jī)對(duì)比一下，就能夠清楚為什么ME主機(jī)的缸套低溫腐蝕比MC主機(jī)嚴(yán)重。與MC相比，ME主機(jī)行程更長，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速更低、爆壓更高，直接后果就是燃?xì)庠谄桌锿Ａ魰r(shí)間更長，燃燒室形成的硫酸蒸氣隨著活塞下行溫度降低，最終接近三氧化硫的露點(diǎn)，從而在缸套上形成硫酸液體，造成低溫腐蝕。在沖程更長的G型機(jī)上，缸套低溫腐蝕現(xiàn)象尤為明顯。這是不斷追求主機(jī)高功率和高效率帶來的負(fù)面影響。但是，與其更低的油耗相比，ME主機(jī)的這些缺點(diǎn)已然可以被接受，同時(shí)設(shè)計(jì)廠家也在不斷地從設(shè)計(jì)和制造方面來改進(jìn)和完善。那么，作為使用者和管理者，能夠從哪些方面來盡量降低低溫腐蝕帶來的影響呢？從強(qiáng)酸形成的機(jī)理來看，我們可以從這幾個(gè)方面入手：

1. 提高缸套高溫冷卻淡水出口溫度

很多輪機(jī)員還習(xí)慣于過去MC主機(jī)的管理理念，把缸套冷卻水的出口溫度控制在80多度，然而對(duì)ME主機(jī)來說，這是完全錯(cuò)誤的做法?，F(xiàn)在新的G型和S型ME主機(jī)建議缸套冷卻水的溫度在88～92 ℃之間。為了更好地控制缸套冷卻水溫度，設(shè)計(jì)者將缸套冷卻水的溫度控制設(shè)計(jì)在主機(jī)的控制系統(tǒng)軟件里，由主機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)主機(jī)負(fù)荷來自動(dòng)調(diào)整缸套冷卻水溫度，我們稱它LDCL（Load Dependent Cylinder Liner Cooling Water System）。如果當(dāng)前使用的機(jī)器沒有這套系統(tǒng)，可以重新加裝LDHT（Load Dependent High Temperature Cooling Water System），原理和LDCL是一樣的，或者改裝缸套冷卻水的控制管系JBB（Jacket Cooling Water By Pass Basic）。作為主機(jī)的設(shè)計(jì)廠家，MAN Diesel & Turbo也已經(jīng)在某些機(jī)型上推出新的缸套R(shí)DL （Rating Dependent Liner），針對(duì)每一臺(tái)機(jī)器的功率和負(fù)荷要求，設(shè)計(jì)出相對(duì)應(yīng)的缸套單獨(dú)用于此臺(tái)主機(jī)。同時(shí)，在很多新的G型機(jī)上已經(jīng)應(yīng)用兩排汽缸油注油點(diǎn)，即MC機(jī)型只有在活塞1/4沖程處有一排注油點(diǎn)，而新的ME機(jī)在活塞1/8沖程處增加了一排注油點(diǎn)。同時(shí)，MARK II電子注油器可以更加精細(xì)地控制汽缸油，不再是單純的開關(guān)量控制，把燃油的控制理念引入汽缸油控制。

2.提高汽缸油的總堿值（TBN，Total Base Number）

MAN在其服務(wù)通函SL2014-587中明確指出，對(duì)于MARK 8.2以后的機(jī)型，燃燒含硫量大于1.5%的重油時(shí)，需要使用TBN100的汽缸油，同時(shí)注油因子（ACC Factor）最大值已經(jīng)從原來的0.34增加到了0.4。船舶公司還可以根據(jù)自己每條船的實(shí)際情況，進(jìn)行為期連續(xù)144 h的汽缸油用量掃測（Sweep Test），來找到對(duì)應(yīng)每一缸的最合適的注油因子。這種方法能夠準(zhǔn)確地找到適合單缸的汽缸油注油量。SL2014-587中推薦的只是一個(gè)范圍，這個(gè)范圍需要覆蓋所有使用電子注油器的MAN B&W低速主機(jī)，但是每臺(tái)主機(jī)的使用情況各有不同，所以，掃測是找到適當(dāng)注油因子的最佳手段。SL2014-587中有詳細(xì)的掃測步驟和描述。

3. 提高掃氣口檢查的頻率

盡量做到每個(gè)航次都進(jìn)行掃氣口檢查，并且以圖片報(bào)告的形式發(fā)給公司或者專業(yè)的服務(wù)廠家。一份完整的掃氣口檢查報(bào)告或者缸套狀態(tài)報(bào)告至少包括如下照片和信息：掃氣總管的總體照片，活塞環(huán)天地間隙，活塞環(huán)GL-GROOVE深度（如果有），缸套表面照片（不同位置，掃氣口附近、掃氣口上部到汽缸注油嘴，以及汽缸注油嘴以上部分），活塞裙，活塞環(huán)，活塞頭，活塞桿，掃氣箱下部放殘結(jié)垢狀態(tài)，風(fēng)機(jī)的單向閥，汽水分離器，汽水分離器放殘管系布置，汽缸油的TBN，燃油含硫量，注油因子，各缸注油量，缸套冷卻水的出口溫度，上一個(gè)航次信息（從哪里到哪里），上個(gè)航次的主機(jī)負(fù)荷工況點(diǎn)，MOP（Main Operating Panel）里面的FQA設(shè)定值，SDA和HFO 分析化驗(yàn)報(bào)告，汽缸油24 h的使用量。SDA化驗(yàn)的殘余TBN推薦控制在15～55 mgKOH/g，鐵的含量控制在200 ppm以下，200 ppm對(duì)應(yīng)的缸套磨損率是0.10 mm/1 000 h。船東公司可以根據(jù)實(shí)際情況來均衡汽缸油的消耗量和缸套磨損率，來選擇最經(jīng)濟(jì)的注油量。當(dāng)然，如果船上有VAK/LDM（Liner Diameter Measurement，缸套測量工具）的話，還可以在不拆缸蓋的情況下進(jìn)行缸套測量，那樣最佳。目前很多船上能快速檢測掃氣箱放殘的TBN以及鐵的含量，如果航次比較長的話，可以以此作為調(diào)整汽缸油的依據(jù)，同時(shí)注意保持記錄的完整性。鑒于現(xiàn)在流行大數(shù)據(jù)，這個(gè)在船上實(shí)際上是最有用的。

二、高壓油泵噴油柱塞積炭

眾所周知，MC主機(jī)的高壓油泵靠旋轉(zhuǎn)噴油柱塞改變噴油始終點(diǎn)來改變噴油量，噴油柱塞的行程無論在任何主機(jī)負(fù)荷下都是最大的，并且是一樣的。但是ME主機(jī)高壓油泵的噴油柱塞行程可以直接由FIVA（Fuel Injection Valve Actuation）控制，也就是說它的行程是和單缸的油門刻度成正比例的，是可以變化的，并且柱塞不會(huì)旋轉(zhuǎn)。所以，在目前流行降負(fù)荷運(yùn)行的情況下，主機(jī)長時(shí)間在部分負(fù)荷下運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致噴油柱塞的行程永遠(yuǎn)只會(huì)是最大行程的一小部分，也就是說，一直在使用噴油柱塞最上面的一小段，大部分的噴油柱塞根本就沒有機(jī)會(huì)到泵蓋中。漸漸地，未被使用到的噴油柱塞下部就開始積炭，而當(dāng)需要增加負(fù)荷時(shí)，噴油柱塞行程加大，有積炭的柱塞部分進(jìn)入泵蓋，就容易導(dǎo)致柱塞卡死在泵蓋中，回不到原位，最終導(dǎo)致單缸自動(dòng)停油。MC和ME高壓油泵的設(shè)計(jì)對(duì)比見圖3，圖4 為ME主機(jī)高壓油泵部件，圖5是一條實(shí)船的積炭嚴(yán)重的噴油柱塞照片，該輪低負(fù)荷運(yùn)行6 000多小時(shí)，開航前試主機(jī)，6個(gè)缸有4個(gè)缸不發(fā)火，經(jīng)檢查噴油柱塞全部卡死，而且很嚴(yán)重。

對(duì)于這種問題，用戶可以：

· 在選擇供油商的時(shí)候應(yīng)該更加關(guān)注燃油的品質(zhì)，每次加油都要自己做燃油化驗(yàn)分析，在船輪機(jī)員需確保燃油分油機(jī)能有效工作（參考服務(wù)通函SL2005-452）。

· 已經(jīng)降負(fù)荷運(yùn)行的船舶，應(yīng)該根據(jù)廠商的要求，定期將主機(jī)負(fù)荷提高到要求的負(fù)荷點(diǎn)，運(yùn)行一到兩個(gè)小時(shí)，可以有效降低風(fēng)險(xiǎn)（服務(wù)通函SL2011-544中有詳細(xì)描述）。

圖3 MC和ME主機(jī)高壓油泵設(shè)計(jì)比較

圖4 ME主機(jī)高壓油泵部件

圖5 積炭嚴(yán)重的噴油柱塞下部

· 保持燃油進(jìn)油壓力在10 Bar左右，噴油柱塞在噴油完畢之后，主要靠燃油壓力將其壓回到原位。如果燃油壓力不夠或者不穩(wěn)定，柱塞是無法回到原位的，也會(huì)導(dǎo)致卡死。尤其是船舶在使用輕油的時(shí)候，須嚴(yán)格遵循換油程序，提前做好充分的準(zhǔn)備，保證燃油黏度緩慢變化。

· 定期檢查高壓油泵吸油閥，檢查后用輕柴油試漏，應(yīng)該保持5 min無漏泄，如果有漏泄，需要換新，不可以自行研磨。如果吸油閥打不開，燃油是沒有辦法進(jìn)入柱塞頂部推動(dòng)柱塞回到原位的。

那么，如何確定柱塞已經(jīng)卡死？對(duì)于ME-C主機(jī)很好判斷，一旦卡死，MOP會(huì)報(bào)警，即顯示“Fuel Plunger didn't returned”，在主機(jī)停機(jī)狀態(tài)下，去對(duì)應(yīng)報(bào)警的那一缸的高壓油泵上把泵蓋中間的反旋螺絲打開，用一根鐵絲就可以去量柱塞在哪個(gè)位置。為了確認(rèn)，可以量另外一個(gè)沒有報(bào)警的缸，進(jìn)行對(duì)比。正常情況，停機(jī)狀態(tài)下柱塞在最低的位置，如果卡死，柱塞可能在中間，或者最高的位置。圖6顯示出了高壓油泵頂部的反旋螺絲的位置，紅色圓圈中即為上文提到的反旋螺絲。

圖6 高壓油泵頂部的反旋螺絲的位置

三、排氣閥行程不正常（關(guān)閉/開啟行程過?。?/h2>

相信大部分的ME主機(jī)都發(fā)生過“Exhaust Valve Stroke Two Low”報(bào)警，該報(bào)警會(huì)引起主機(jī)自動(dòng)降速，其不僅涉及排氣閥本身，還和控制排氣閥的CCU（Cylinder Control Unit）、FIVA以及反饋探頭有關(guān)系。在這里我們只討論與機(jī)械部分有關(guān)的原因，與控制相關(guān)的電氣原因?qū)⒃诤竺娼榻B控制系統(tǒng)常見問題的時(shí)候再進(jìn)行探討。從圖7可以看出，MC 和ME主機(jī)在實(shí)現(xiàn)排氣閥開關(guān)的原理上是一樣的，都是通過液壓頂桿里的系統(tǒng)油頂開排氣閥，靠空氣彈簧關(guān)閉。只是用來驅(qū)動(dòng)排氣閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的介質(zhì)變了，MC主機(jī)用排氣凸輪，ME主機(jī)用200～300 Bar的伺服液壓油。因?yàn)闆]有排氣凸輪，所以，ME主機(jī)排氣閥的定時(shí)就只能通過排氣閥的位置傳感器來檢測其開關(guān)位置和行程，當(dāng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)前文所說的報(bào)警。MC主機(jī)也會(huì)出現(xiàn)這樣的問題，只是沒有報(bào)警而已，需要輪機(jī)員或者工程師根據(jù)主機(jī)工況先行判斷是否出問題，再去找原因，更為復(fù)雜。ME主機(jī)的這個(gè)報(bào)警直接告訴你出現(xiàn)了什么問題，輪機(jī)員只需要去分析故障、查明原因、解決問題就可以了。同時(shí)在ME主機(jī)的MOP中的Alarm Infor里已經(jīng)把所有可能有關(guān)的原因羅列出來，輪機(jī)員只需要一個(gè)個(gè)去印證就可以找出原因。

“Exhaust Valve Stroke Low”這個(gè)報(bào)警在排氣閥沒有全開或者全關(guān)都會(huì)出現(xiàn)，如果單純從機(jī)械方面去找原因，可以從下面幾個(gè)方面著手：

· 液壓頂桿中有空氣，會(huì)導(dǎo)致排氣閥不能全開或者全關(guān)。圖8中的171如果長時(shí)間沒有檢修，就有可能損壞，134中間有一個(gè)小孔，作用是讓液壓頂桿里的空氣從這個(gè)小孔經(jīng)由229排出，所以，先檢查229是不錯(cuò)的選擇。檢查229是不錯(cuò)的選擇。

圖7 MC主機(jī)和ME主機(jī)排氣開關(guān)原理

· 圖8右圖中的184是排氣閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)補(bǔ)油管路的兩個(gè)截止止回閥，如果失效，也會(huì)導(dǎo)致此類報(bào)警，還會(huì)敲缸。同時(shí)，172也是一個(gè)放氣的裝置，同229的原理和作用是一樣的。

· 排氣閥桿在導(dǎo)套中運(yùn)動(dòng)的過程受到卡阻，主要原因是排氣閥桿在運(yùn)行的過程中，空氣彈簧下部的密封不好，滑油漏泄形成積炭，造成排氣閥開關(guān)過程阻力過大，從而導(dǎo)致報(bào)警。建議船東不要為了節(jié)省幾根橡皮密封圈的錢而導(dǎo)致主機(jī)停車耽誤船期。采購正規(guī)的、質(zhì)量好的備件才是解決這種問題最關(guān)鍵的方法。

圖8 排氣閥和排氣閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)部件結(jié)構(gòu)圖

四、采用高壓伺服油系統(tǒng)帶來的問題

在MAN Diesel & Turbo2012年出版的服務(wù)經(jīng)驗(yàn)中提到過有一條船的ME主機(jī)高壓油泵（俗稱“油頭”）頻繁損壞的故障，MAN以最快的速度從總部哥本哈根派出四位工程師隨船航行解決問題，才有了那篇寶貴的服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，并且以后再也沒有出現(xiàn)過類似的問題。這篇服務(wù)經(jīng)驗(yàn)在MAN Diesel & Turbo的官方網(wǎng)站可免費(fèi)下載。

ME電噴主機(jī)為了保證在任何負(fù)荷/轉(zhuǎn)速下良好的燃油霧化和經(jīng)濟(jì)排放性能，用200～300 Bar伺服油來驅(qū)動(dòng)高壓油泵產(chǎn)生700～1 000 Bar的噴油壓力。噴油定時(shí)和噴油量都是通過主機(jī)控制系統(tǒng)中的參數(shù)來控制。這些參數(shù)都是在主機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)和試航的時(shí)候進(jìn)行最終調(diào)整，如果在這個(gè)過程中對(duì)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致同一類事故頻繁發(fā)生，并且故障現(xiàn)象一模一樣。這個(gè)時(shí)候輪機(jī)員或者船東需要立即聯(lián)系造機(jī)廠或者設(shè)計(jì)廠商參與調(diào)查，不要一味通過更換備件解決問題。圖9是采集的各種油頭故障的照片。這類故障的表現(xiàn)，有時(shí)會(huì)先出現(xiàn)油頭固定螺栓斷裂，再出現(xiàn)油頭和缸蓋結(jié)合面裂紋，進(jìn)而油頭內(nèi)部部件斷裂損壞，甚至還會(huì)出現(xiàn)缸蓋裂紋，等等。另外，輪機(jī)員在進(jìn)行維修保養(yǎng)的時(shí)候，一定要按照說明書要求的上緊扭矩來緊固所有的固定螺栓，往往小的細(xì)節(jié)失誤最后會(huì)釀成大禍。

圖9 油頭故障各種事故照片采集

受篇幅所限，本文只針對(duì)ME電噴主機(jī)機(jī)械方面的常見問題進(jìn)行分析，對(duì)于控制系統(tǒng)的常見問題和管理要點(diǎn)，將在下篇介紹。

DOI:10.16176/j.cnki.21-1284.2016.07.001

作者簡介：楊永東，MAN Diesel & Turbo Singapore服務(wù)工程師，E-mail：yang.yongdong@sg.man.eu