“MSCBelem”轮副机超速故障分析与处理.doc

“MSCBelem”轮副机超速故障分析与处理 摘要：本文从DAIHATSU6DK-20型船舶发电柴油机飞车故障案例出发，对柴油机调速工作原理和燃油系统各部件组成、结构和工作原理，燃烧室的结构对燃烧的影响等方面进行分析，总结了柴油发电机超速的原因，提出故障处理以及平时应做的预防措施。 关键词：超速故障喷油装置燃烧室船舶调速器 现代船舶用发电柴油机，大都是中速四冲程柴油机，作为船舶发电机的原动机，要求能在外界负荷变化时保持恒定转速，以保证发电机的电压与频率恒定。但发电柴油机本身没有调速能力，所以必须设调速器，通过调速器来调整喷油泵的供油量，使柴油机的有效功率随外界负荷的变化而变化，以保证柴油机始终能以额定转速稳定运转。 一、发电柴油机超速故障现象 “MSCBelem”轮柴油发电机为四冲程中速柴油机，其型号为DAIHATSU6DK-20，使用的是PGA液压调速器，且燃烧室为预燃室式。正常工作时，柴油机声音平稳无杂音，转速维持在720r/min，各缸的排温也都维持在320左右(350KW负荷时)。事故发生在当班轮机员停掉GS泵后，发现电网频率升高，立即去机旁检查，柴油机有点抖动，透平发出沉重轰鸣声，各缸排温持续升高，当班轮机员立即启动备用发电机合闸并网供电，此时，3号发电机转速继续升高，超速警报触发，但是柴油机仍然没有停车，轮机员现场发现油门杆卡死，停油气缸也不能将油门杆推至零位，此时当班轮机员果断将该柴油机进油阀关闭，实现停油停车的目的。超速保护本应在柴油机转速达到115-120%额定转速时，柴油机油门杆拉至零位，自动停车，同时超速保护警报触发。 二、引起超速相关装置的结构及工作原理 1、调速器 1.1调速器的结构特点 船舶调速器分为机械调速器和液压调速器。对于机械式调速器，它主要由飞重、滑动套筒及调速弹簧组成，通过飞重转动形成的离心力与弹簧的作用力相互作用，达到相对平衡，从而调节喷油量。而机械式调速器不能保持柴油机调速前后的转速不变，负荷改变时柴油机不能恢复到原来的转速。产生这种转速差的根本原因是因为感应元件与油量调节机构之间采用的是刚性连接。所以机械式调速器只适用于中小功率的柴油机，具有灵敏度和精度差，结构简单，维修方便的特点。现代的船舶发电柴油机大都是大功率柴油机，所以机械式调速器不能够满足现代船舶航行要求，这里就需要液压调速器来帮忙。该轮发电柴油机功率大，调速器拉动油量调节机构所需力矩较大，故增加了一个放大伺服机构在感应机构和油量调节机构之间，使调速器灵敏度和工作能力大大提高。且本轮发电机采用一种双反馈、气动速度设定的全制式液压调速器，所以这里主要分析的是液压调速器，其结构如下图所示。 1.2调速器的工作原理 如上图所示，PGA液压调速器基本由三大部分组成，每个部分都有不同的作用。当柴油机负荷减小时，转速升高，飞重离心力大于调速弹簧的弹力，则飞重向外收拢，滑阀柱塞8向上运动，此时压力油进入阻尼活塞12右侧并推动它向左移动，并将左侧的油压入伺服油缸17内动力活塞的上部，随着油压的升高，推动动力活塞向下移动，此时柴油机供油量减少，转速下降。这时阻尼活塞12左右两侧的油压同时作用在位于滑阀上部的补偿环带7的两侧，且作用在上侧的油压大于下侧油压，产生向下的推力(称为补偿力)，使滑阀8下移而超前复位，即由补偿力产生的负反馈作用。所以柴油机减速过程中，由油压差所产生的补偿力将由阻尼活塞的缓慢右移而通过补偿针阀进行调节，使油压差逐渐减小。一般情况下调节补偿针阀的开度大小，使补偿力增加的速度与飞重离心力的降低速率相同，这样便可以保持滑阀在中央位置不动，从而使得当转速恢复至原设定转速稳定运转时，补偿力消失，飞重恢复至垂直位置，滑阀与阻尼活塞均恢复到原中央位置，而动力活塞稳定在新的位置上。这样便保证了柴油机负荷减少时，供油量降低的情况下稳定在额定转速。负荷增加则与上述过程相反。 2、喷油设备 2.1喷油泵 结构特点。喷油泵是喷射系统中核心组成部件之一。主要产生高压燃油供喷油器雾化喷进燃烧室，还能控制供油量和喷油定时。喷油泵分两种结构：单体泵和合成泵，主要由一个柱塞和套筒构成，本身不带凸轮轴，有的甚至不带滚轮传动部件，由于这种单体泵便于布置在靠近汽缸盖的部位，使高压油管大大缩短，目前应用在缸径为200mm以上的大功率中、低速柴油机上，见图2。一般小功率柴油发电机都是用合成泵，为回油孔调节式合成泵，在同一泵体内安装与柴油机汽缸数相同的柱塞套筒偶见，每缸一组喷油元件，由泵体内凸轮轴上的对应该缸的凸轮驱动。 工作原理。柱塞与套筒是一对精密偶件。柱塞在套筒内由凸轮顶动上下往复运动。当柱塞由凸轮顶动上行，在柱塞上部端面刚好关闭回油孔时，泵腔内燃油开始受压，是为几何供油始点。柱塞继续上行，当柱塞斜槽打开回油孔时，柱塞上方的高压燃油经直槽和环形槽与回油孔相通而流回进油空间，是为几何供油终点。从供油始点到供油终点柱塞上行的距离为有效行程，该行程的大小代表供油量多少;当调速器输出的油量调节信号经油门杆拉动齿圈和柱塞转动时，柱塞上的螺旋槽与套筒油孔之间的相对位置变化，从而改变柱塞有效行程，该缸喷油量减少，发电机发出功率减低;喷油定时的调整通过改变套筒和柱塞间相对位置而改变供油始点的方法实现。本轮事故即为发电机负荷降低时，第1、5两缸油齿、柱塞和套筒卡在较大供油量位置，发电机转速不断增大导致超速。 易发生的故障。首先是柱塞与套筒偶件。柱塞在套筒中高速往复运动，仅通过微量的燃油漏泄润滑其配合表面，在几百Bar的高压燃油下还需保持良好的密封。柱塞偶件在如此恶劣的工作环境中易受到燃油的腐蚀和杂质的擦伤，故柱塞偶件采用高硬度、耐磨、耐腐蚀的材料经精密加工而成。 2.2喷油器 喷油器的结构和工作原理：喷油器分为开式喷油器和闭式喷油器，开式喷油器的主要特点是喷油器喷油管内腔始终与燃烧室相通。由于它没有关闭喷孔的针阀，所以结构简单，但容易产生滴油，无明显的压力界