輪機工程專業(yè)畢業(yè)論文--發(fā)電機部分缸排溫過低現(xiàn)象分析及故障

1、<p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p><b>　　二○一一年 六 月</b></p><p>　　“藍海創(chuàng)新”輪一號發(fā)電機部分缸排溫過低現(xiàn)象分析及故障排除</p><p>　　專業(yè)班級：輪機工程06級八班 </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　內容摘要</b></p><p>　　摘要：“藍海創(chuàng)新”輪所用發(fā)電原動機為MAN B&W BL23/30型柴油機。在某航次發(fā)現(xiàn)NO1發(fā)電機3缸排溫過低的現(xiàn)象。結合該故障，介紹柴油機的換氣系統(tǒng)及排氣閥的結構及工作原理。根據(jù)理論分

3、析及實際操作消除故障，并提出排氣閥的管理及注意事項。</p><p>　　關鍵詞：柴油機、換氣系統(tǒng)、排氣閥</p><p>　　ABSTRACT: MV“LAN HAI CHUANG XIN” has three generators which type is MAN B&WBL23/30. Once we found a trouble that the exhaust tem

4、perature of NO.3 generator number three cylinder is too low. Centering on the trouble, this thesis explain the operation principle of the air renewal system and exhaust valve. Following theoretical analysis and practical

5、 operation, we eliminate the trouble with effective measures, and summarizes some maintenance precautions for exhaust valve.</p><p>　　Key Words: diesel generator air renewal system exhaust valve </p>

6、;<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前言5</b></p><p>　　1 氣缸排溫異?，F(xiàn)象5</p><p>　　2柴油機的燃燒過程及其影響因素5</p><p>　　2.1燃油的燃燒過程5</p><p>　　

7、2.2燃燒過程的影響因素6</p><p>　　3柴油機的換氣過程及換氣機構6</p><p>　　3.1柴油機的換氣過程7</p><p>　　3.2柴油機的換氣機構8</p><p>　　3.2.1氣閥驅動機構8</p><p>　　3.2.2氣閥機構9</p><p>　　4柴

8、油機排溫過低原因分析9</p><p>　　5故障的排除和事后處理10</p><p>　　5.1故障排除10</p><p>　　5.2事后處理11</p><p><b>　　6總結11</b></p><p><b>　　【參考文獻】12</b></p

9、><p>　　“藍海創(chuàng)新”輪一號發(fā)電機部分缸排溫過低現(xiàn)象分析及故障排除</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　船舶發(fā)電柴油機帶動發(fā)電設備為全船提供電源，是船舶上所有用電設備的動力之本，俗稱副機。因發(fā)電機要求功率不大、轉速較高以及結構簡單，因而均采用中、高速四沖程筒形活塞式柴油機。因其換氣采用的都是氣閥式換氣機構，因此氣閥機構

10、的工作狀況直接影響柴油機的換氣是否良好，而換氣過程的完善程度對柴油機的性能有重要影響。若換氣較差，壓縮過程開始時氣缸內殘留的廢氣較多、新鮮空氣較少，這就導致燃油不能安全、及時的燃燒。而燃油不能安全、及時的燃燒不僅使柴油機功率、動力性降低，而且會使燃油大量結炭、排氣污染增加。燃油不能完全燃燒亦會造成氣閥結炭，導致氣閥不能正常工作，氣閥不能正常工作反過來會導致?lián)Q氣沖量系數(shù)、掃氣效率降低。這樣一惡性循環(huán)會對柴油機的性能造非常惡劣的重大影響。&

11、lt;/p><p>　　空氣冷卻器海水溫度的控制及氣閥啟閉裝置的可靠性是氣缸排溫正常的重要環(huán)節(jié)。但由于空冷器冷卻海水量的控制不當以及氣閥及閥座研磨后不注意測量，往往會造成柴油機燃燒不良，以此導致氣缸排溫異常。</p><p>　　1 氣缸排溫異?，F(xiàn)象</p><p>　　“藍海創(chuàng)新”輪發(fā)電機為四沖程中速筒形柴油機，其機型為MAN B&W BL23/30。在某航次

12、發(fā)現(xiàn)一號發(fā)電柴油機NO3缸排溫過低,其它缸排溫都在350℃左右，而NO3缸卻不到200℃。對此，二管輪嘗試了更換油嘴、調節(jié)噴油壓力、更換高壓油管、增加NO3缸單缸油門等各種方法，均不能有效解決問題。向輪機長反應，輪機長又采取調節(jié)氣閥間隙、更換排溫表等措施，仍不能解決問題。于是，輪機長又測量了各缸爆壓及壓縮壓力，結果顯示NO3缸爆壓、壓縮壓力都正常，甚至略高于其他各缸。這就說明該缸活塞也正常。因本船共有3臺發(fā)電機，而開航時需用2臺，于是，

13、輪機長決定在該航次拋錨時對NO3缸進行吊缸蓋檢查。</p><p>　　2柴油機的燃燒過程及其影響因素</p><p>　　2.1燃油的燃燒過程</p><p>　　燃油噴入燃燒室后，分散成許多細小的油滴，這些細小油滴經(jīng)過加熱、蒸發(fā)、擴散與空氣的混合等物理準備及分解、氧化等化學準備階段后，在高溫下即自行著火。</p><p>　　圖1為燃油燃

14、燒過程曲線。根據(jù)燃燒過程的進展特點，一般可把燃燒過程分為四個階段。</p><p>　　(1)滯燃階段（A-B）：燃油從A點噴入氣缸，這時燃油還不能燃燒直到B點發(fā)火點，這個階段稱為滯燃期。在滯燃期中，燃油進行著一系列發(fā)火前的物理和化學準備。</p><p>　　(2)速燃階段（B-C）：從氣缸內燃油發(fā)火燃燒到出現(xiàn)最高壓力為止的這段時期稱為速燃期。在速燃期中，不但燒掉了滯燃期形成的可燃混合氣

15、，還燒掉了速燃期噴入氣缸并已經(jīng)完成了燃燒準備的部分燃油。</p><p>　　(3)緩燃階段（C-D）：從氣缸內工質出現(xiàn)最高壓力到出現(xiàn)最高溫度這段燃燒期稱為緩燃期。緩燃期內燃燒的燃油量約為40%-60%，連同速燃期燃燒的燃油量總計約為80%左右，速燃期和緩燃期統(tǒng)稱為燃燒期。</p><p>　　(4)后然階段（D-E）：后然是燃燒過程在膨脹行程中的繼續(xù)。</p><p&

16、gt;　　2.2燃燒過程的影響因素</p><p>　　影響柴油機燃燒過程的因素主要有以下方面：</p><p>　　(1) 燃油品質：主要包括十六烷值（CN）及燃油的揮發(fā)性。燃油十六烷值高，自燃性好，則滯燃期短，燃燒平穩(wěn)；反之，十六烷值低，自燃性能差，燃燒過程粗暴。另外，燃油的揮發(fā)性也影響滯燃期，揮發(fā)性好，即可縮短著火前得物理準備時間，有利于著火前得化學準備。</p>&l

17、t;p>　　(2) 缸內工質狀態(tài)：主要指壓縮終點的空氣溫度、壓力和擾動，其中以溫度對燃燒過程的影響為最大。壓縮終點溫度愈高，滯燃期愈短，柴油機工作愈平穩(wěn)。</p><p>　　(3) 噴油定時：主要指噴油提前角。噴油提前角過大，將因噴油時刻缸內工質狀態(tài)不利于著火，使滯燃期增長，最高爆發(fā)壓力過高，燃燒粗暴。若噴油提前角過小，將因著火前缸內溫度與壓力已下降，而使滯燃期也增長，但活塞已下行是最高爆發(fā)壓力降低，后然

18、增加，排氣溫度上升，由此可知，柴油機均有一個最佳的噴油提前角。</p><p>　　(4) 霧化質量：主要影響燃油與空氣的混合狀況，取決于噴油設備。霧化質量好將使滯燃期縮短，柴油機工作平穩(wěn)，同時燃油的細粒能與空氣均勻混合使燃燒完全。</p><p>　　(5) 換氣質量：換氣質量好，進入氣缸的新鮮空氣就多，燃油燃燒時有足夠的氧氣與之混合。影響換氣質量的因素主要有氣閥定時、氣閥（氣口）、氣道

19、的清潔程度，增壓系統(tǒng)（如增壓器、空冷器）的工作狀態(tài)等；</p><p>　　(6) 運轉工況：主要指柴油機的轉速和負荷。</p><p>　　3柴油機的換氣過程及換氣機構</p><p>　　如前言所述，柴油機換氣過程的質量直接影響柴油機的動力性、經(jīng)濟性、可靠性及排放特性，是柴油機工作優(yōu)劣的先決條件。因柴油機是多缸工作，這些缸必須有一定的工作順序，這就需要柴油機的換

20、氣需要一定的順序，所以就需要換氣機構。保證柴油機按規(guī)定順序和時刻完成進、排氣過程的機構即為氣閥機構。</p><p>　　3.1柴油機的換氣過程</p><p>　　在柴油機的工作過程中，每完成一個工作循環(huán)都必須排出廢氣和充入新氣。從排氣過程、掃氣過程到進氣終止的整個氣體更換過程稱為換氣過程。它的作用是將已燃氣體排出并為下一循環(huán)吸入新鮮空氣，為下一個循環(huán)的工作提供必要的條件。</p&

21、gt;<p>　　圖2是四沖程柴油機在換氣過程中，氣缸壓力、排氣管中的壓力隨曲軸轉角的變化情況以及相應的低壓示功圖（p—V圖），從圖中可以看出，排氣閥開啟后，廢氣從氣缸急速流入排氣管，氣缸壓力很快下降，直到排氣上止點后的某一位置排氣閥關閉為止。進氣閥在上止點前開啟，新鮮空氣流入氣缸，直到進氣下止點后的某一位置關閉為止。在排氣上止點附近，進、排氣閥同時開啟。四沖程柴油機的換氣過程可分為自由排氣、強制排氣、氣閥重疊、進氣四個階

22、段</p><p>　　(1) 自由排氣階段：當排氣閥在活塞下止點前打開時，氣缸內廢氣壓力要大于排氣管壓力，在這一階段內，氣缸廢氣主要在這個壓差作用下排出，故稱為自由排氣階段。</p><p>　　(2) 強制排氣階段：在自由排氣結束后，氣缸內廢氣被上行的活塞強制排出，直到排氣閥關閉，這一過程稱為強制排氣階段。</p><p>　　(3) 進氣階段：廣義上，從進氣閥

23、開啟到關閉的全過程都是進氣階段。一般為使進氣開始時氣閥有一定流通截面，以減少進氣阻力及增加進氣量，進氣閥一般在上止點前提前開啟。</p><p>　　(4) 氣閥重疊：從上述可知，在排氣末及進氣初會存在進、排氣閥同時處于開啟的狀態(tài)，通常將這一現(xiàn)象稱為氣閥重疊，所對應的角度稱為氣閥重疊角。氣閥重疊角的出現(xiàn)可利于掃除氣缸內的廢氣及降低燃燒器壁面的溫度。但應該指出，氣閥重疊角并不是越大越好。</p>&l

24、t;p>　?。╝）氣缸壓力及排氣管壓力隨曲軸轉角的變換；（b）進排氣閥流通截面比隨曲軸轉角的變化；（c）低壓示功圖</p><p>　　圖2 四沖程柴油機換氣過程有關的參數(shù)變化</p><p>　　3.2柴油機的換氣機構 </p><p>　　柴油機的換氣機構的任務是保證柴油機在工作過程中按規(guī)定的時間開啟或關閉各缸的進氣閥（或進氣口）和排氣閥（或排氣口），使

25、盡可能多的新鮮空氣進入氣缸，并使膨脹終了的廢氣從氣缸排凈，保證柴油機工作過程連續(xù)和完善。而四沖程柴油機一般采用氣閥式換氣機構，這種氣閥式換氣機構主要包括氣閥驅動機構和氣閥機構兩部分。</p><p>　　3.2.1氣閥驅動機構</p><p>　　圖3為氣閥傳動機構，其傳動機構為機械式傳動。它是由帶滾輪的頂頭D、推桿C和搖臂B1等組成。搖臂B1經(jīng)軸銷安裝在搖臂支座B2上，搖臂支座固定在氣缸

26、蓋上。凸輪在轉動中將頂頭、推桿頂起，從而使搖臂繞搖臂軸轉動，克服氣閥彈簧的彈力將氣閥打開。當滾輪沿凸輪的形線下降時，在氣閥彈簧的作用下氣閥逐漸關閉。因而凸輪的形狀與安裝位置就決定了氣閥的啟閉時刻。</p><p>　　如圖3所示，當柴油機處于冷態(tài)時，滾輪落在凸輪的基圓上，搖臂與氣閥之間應留有間隙（此間隙即為氣閥間隙）。其目的是保證在柴油機冷態(tài)時，氣閥和氣閥傳動機構受熱膨脹后仍能關閉。啟發(fā)間隙可通過調節(jié)螺釘A調整，

27、調節(jié)氣閥間隙時要求滾輪落在凸輪的基圓上，搖臂、頂桿和頂頭之間保持接觸。</p><p><b>　　3.2.2氣閥機構</b></p><p>　　圖4所示是不帶閥殼式氣閥機構，這種形式的氣閥機構是直接裝在氣缸蓋上的，構造簡單，但檢修時必須拆下氣缸蓋。</p><p>　　在氣閥機構中，氣閥和閥座是工作條件最惡劣的零件。氣閥在關閉時與閥座發(fā)生撞

28、擊和磨損。在撞擊中，由于閥和座的彈性變形、氣閥彈簧的振動及氣閥彈簧螺旋線的扭轉作用，會使閥面和閥座產(chǎn)生楔入性和扭轉性滑移。這種滑移使閥面和座面間產(chǎn)生干摩擦，閥面和座面上的剝落金屬顆粒、灰分、炭粒又變成磨料加重了磨損。燃燒產(chǎn)物對氣閥和閥座有腐蝕作用。特別是燃用重油時由于重油中含有較高的硫及釩、鈉等，燃料燃燒后生成硫、釩、鈉的氧化物及這些氧化物生成的鹽和聚合物。這些釩、鈉的鹽、氧化物及聚合物有的熔點低（低至535℃），有的熔點較高（高達90

29、0℃）。它們在排氣時一部分沉積到氣閥和閥座上，使氣閥和閥座接觸不良，并對金屬起腐蝕作用，使閥面和座面上出現(xiàn)凹坑，造成漏氣和燒損。</p><p>　　在強載、燃用重油的柴油機中，除了對排氣閥和閥座進行冷卻外，還裝設旋閥器是排氣閥在開關過程中慢慢轉動。氣閥在開關過程中慢慢轉動，可以減少閥面與閥座上的積炭，是磨損減少，貼合嚴密；可以使閥盤均勻的接受熱量和散熱，以改善閥盤的熱應力狀態(tài)；消除閥桿與導管之間的積炭，防止卡住

30、。</p><p>　　4柴油機排溫過低原因分析</p><p>　　柴油機工作時，燃油在氣缸內燃燒對活塞做功驅動柴油機運轉。燃油燃燒后產(chǎn)生的廢氣經(jīng)排氣閥（口）排出氣缸，再經(jīng)排煙筒排出到大氣。從另一方面來說，可根據(jù)排煙溫度來判斷柴油機的燃燒、工作狀況。</p><p>　　柴油機在運行過程中若發(fā)現(xiàn)某個缸排溫過低，究其原因可能不是單一方面所引起。我們可根據(jù)以下步驟逐步

31、檢查：</p><p>　　1）打開該缸示功閥，觀察該缸燃燒是否正常；</p><p>　　2）可用手在高壓油管上感覺，看是否有油噴出。若能感覺到油噴出說明高壓油泵工作正常；</p><p>　　3）拆出油頭檢查油頭壓力、噴嘴及彈簧是否正常；</p><p>　　4）檢查柴油機進氣壓力是否正常，若不正常則柴油機增壓器可能出現(xiàn)問題；</p

32、><p>　　5）檢查排溫表是否正常，必要時換新。</p><p>　　本輪在檢修以上各設備后仍發(fā)現(xiàn)該機NO3缸排溫過低，因此二管輪通知老軌，老軌試驗測量該缸爆壓及壓縮壓力均發(fā)現(xiàn)正常，并且測試出該缸壓縮壓力要高出其他各缸。試調節(jié)該缸單缸油門，發(fā)現(xiàn)排溫能提高但不是很明顯，另檢查及重新調整該缸氣閥間隙，在重新調整氣閥間隙后仍不能解決問題。據(jù)此分析推斷出該缸進、排氣閥可能結炭堵塞。由此，輪機長決定對

33、該缸進行吊缸蓋進行全面檢修。</p><p>　　5故障的排除和事后處理</p><p><b>　　5.1故障排除</b></p><p>　　根據(jù)上述可知因其該缸排溫過低的原因出于進、排氣閥的堵塞。于是輪機長決定對NO3缸氣缸蓋吊出檢修。本船舶發(fā)電機氣缸蓋為單體式，即每一個氣缸單獨做一個氣缸蓋。這種氣缸蓋除和氣缸套和活塞共同組成燃燒室外，在

34、它上面還要安裝各種閥件，如噴油器、氣缸示功閥、安全閥、排氣閥、進氣閥等。在某航次拋錨時我們吊出一號發(fā)電機NO3缸氣缸蓋，發(fā)現(xiàn)正如我們推斷，該缸進、排氣閥都已嚴重結炭。因此導致該缸的換氣效果差，由此導致該缸燃油不能完全燃燒造成排溫過低的現(xiàn)象。我們吊出氣缸蓋對進、排氣閥清潔、更換閥桿、對閥座進行研磨后裝復后試運行，果然發(fā)現(xiàn)該缸排溫過低的現(xiàn)象消失。</p><p>　　圖5 閥與閥座的配合方式</p>&

35、lt;p>　　在對氣閥閥座研磨時，輪機長著重強調其重要性。由于氣閥和閥座在高溫、撞擊、磨損、腐蝕的條件下工作，因此對氣閥的閥面和閥座的座面配合精度要求極高。而通常這種配合有三種方式如圖5所示。</p><p>　　我輪發(fā)電柴油機氣閥與閥座接觸方式我第一種全接觸式，這種接觸方式接觸面大、耐磨、傳熱好，但易結炭，敲擊產(chǎn)生麻點。在對閥座進行研磨時，我們采用專用氣動研磨機，配合粗、細研磨沙進行人工研磨，研磨是一個細

36、心不可操之過急的過程，先用粗磨沙進行研磨，過程中注意用力要均勻，否則可能造成偏磨現(xiàn)象，定時檢查座面看是否有明顯的痕跡，若發(fā)現(xiàn)有明顯的痕跡則說明研磨沙中混有雜物，這種情況下要更換新的研磨沙。另外，定時更換研磨沙亦能起到良好的研磨效果。在用粗研磨沙研磨一段時間后要更換細研磨沙進行研磨。氣閥與閥座研磨完畢后要進行滴煤油試驗，滴上煤油后5分鐘內若無滴漏則說明研磨合格，可以投入使用。另外，若需要更換氣閥閥桿，需注意進氣閥閥桿和排氣閥閥桿的區(qū)別防止

37、裝錯，一般閥桿上會有標記，若無法辨認時可人工做標記以加以辨認，通?？稍跉忾y非工作閥面及閥座附近做對應數(shù)量的麻點。</p><p>　　另外，在對氣閥進行研磨的同時我們還對NO3缸活塞進行了清潔活塞環(huán)槽等全面檢修工作，更換了第一道活塞環(huán)。</p><p><b>　　5.2事后處理</b></p><p>　　這次對一號電機NO3缸吊缸檢修使我們

38、意識到很多問題。造成氣閥如此嚴重結炭并不是單一的原因，氣閥研磨不良、換氣效果差、氣閥間隙不正確等都對柴油機的燃燒造成重大影響。為了及時檢查及排除柴油機的故障，延長其工作壽命，提出以下幾項日常注意事項：</p><p>　　1）加強對發(fā)電柴油機運轉情況及參數(shù)的檢查，除了抄表外，也要經(jīng)常巡視，但要注意溫度表、壓力表等儀表會出現(xiàn)顯示不準的情況，所以不能太過于相信儀表讀數(shù)并且要周期性的對儀表進行校檢。</p>

39、<p>　　2）保證燃油、滑油、冷卻水的特性符合發(fā)電柴油機的要求，經(jīng)常對燃油滑油濾器進行清洗，保證燃油得到合適的預處理（加溫、凈化，最好拋錨時也能保持循環(huán)分油）。</p><p>　　3）經(jīng)常對增壓器透平濾網(wǎng)，壓氣端，空冷器等進行清洗。</p><p>　　4）除了故障檢修以外，也要按照說明書的要求對發(fā)電柴油機進行周期性的檢查如測量發(fā)電柴油機的爆壓、曲軸拐檔差、噴油定時，對噴

40、油器進行試驗等。</p><p>　　5）養(yǎng)成良好的用機習慣，如發(fā)電柴油機啟動前必須盤車、沖車后再啟動，脫電停機前最好能用輕柴油運轉一段時間再停機。</p><p><b>　　6總結</b></p><p>　　本文敘述了MAN B&W BL23/30型柴油機單缸排溫過低的現(xiàn)象及故障處理，從分析故障產(chǎn)生的原因我們得出結論:進、排氣閥嚴

41、重結炭造成了該故障。但是，是什么原因造成了進、排氣閥結炭是我們值得思考的問題。燃油質量、換氣質量以及噴油定時都會影響進排氣閥的工作效率。而在發(fā)現(xiàn)故障之后不能完全跟據(jù)個人經(jīng)驗去排除故障，個人經(jīng)驗很重要，但要結合本船的具體情況和機器設備的結構特點對故障進行逐一排除。這就要求我們工作時要善于思考，不僅要在實際操作中積累經(jīng)驗，還要不斷提升自己的理論水平?！緟⒖嘉墨I】</p><p>　　[1]李斌主編. 船舶柴油機.大連