毕业论文：三菱SJ分油机故障分析

1、 大连海事大学毕 业 论 文 三菱SJ分油机故障分析 专业班级:轮机01级1班姓 名: 轮机工程学院 内容摘要摘要: 本文简要介绍了辅锅炉的结构，该锅炉由日本AALBORG公司设计制造，型号为GCS-19S。介绍了该锅炉燃油系统之后，阐述了我轮在正常航行期间燃油锅炉点火失败的事件,其故障表现为燃油系统中回油压力过低;对燃油系统的可能发生故障的设备进行检查，先后分析了锅炉喷油器、回油压力调节阀和燃油供给泵的工作原理。在调节相关阀件不起作用后，进行了实际拆卸，通过内部的零件状态找到问题症结，并一一解决了所有问题，最终使回油压力恢复到良好状态，使辅锅炉能够成功点火。最后根据此次故障的分析排除，针对锅

2、炉日常管理的提出个人看法。关键词: 辅锅炉 压力调节阀 燃油供给泵 喷油器ABSTRACT This paper introduces the structure of the auxiliary boiler, whose model is GCS19S ,designed and manufactured by the Japanese AALBORG company. After the boilers fuel system is introduced, and then details the fuel boiler ignition failure when our vessel

3、is at normal sailing. The malfunction representation is the pressure of the back oil was too low. check up the equipment which may cause the fault ; analyzes the working principle of fuel supply pump, sprinkle nozzle and pressure regulating valve ; disassembles some related valves which did not func

4、tion. We removed all the problem renewed the good state. Finally summarizes this malfunction, puts up my viewpoint on the ordinary management of the auxiliary boiler.Keywords : auxiliary boiler ,pressure regulating valve, fuel supply pump, sprinkle nozzle 目 录1 前言2 GCS19S辅锅炉结构及其燃油系统简介 (1) GCS19S型辅锅炉结

5、构简介 (2) 辅锅炉燃油系统简介3 辅锅炉点火失败的故障表现4 燃油系统相关设备的工作原理 (1) 辅锅炉燃油增压泵工作原理 (2) 燃油回油阀工作原理 (3) 带喷油阀式压力喷油器结构5 回油压力低的原因分析6 故障的排除及事后调整7 总结附图：图1 GCS19S型辅锅炉结构图 图2 辅锅炉燃油系统图 图3 燃油增压泵工作原理图 图4 燃油回油阀工作原理图 图5 带喷油阀式压力喷油器结构图辅锅炉点火失败故障分析与排除 前言：锅炉是船舶动力装置的重要组成部分，它的作用随着船舶主机的型号和种类不同而有所差异。在蒸汽轮机为动力装置的船舶上，锅炉产生的高温高压过热蒸汽用于驱动主蒸汽轮机，以推动船舶

6、前进，这种锅炉称为主锅炉辅锅炉。在柴油机动力装置的船舶上，锅炉产生的蒸汽用于加热燃油、滑油、水以及日常生活的需要，这种锅炉称为辅锅炉。辅锅炉参数的选择及个数的设置也船舶用途而各不相同。在锅炉故障中，点火失败是最常见，同样对于轮机员来说，也是比较棘手的。本文将以实习期间锅炉点火失败故障为例，详细叙述分析故障的排除过程。一 GCS 19S辅锅炉结构及其燃油系统简介1 GCS19S型辅锅炉结构简介 该轮辅锅炉系日本AALBORG公司设计制造，其型号为GCS19S，制造年份为1999年。具体工作参数如下：蒸汽工作压力为06MPa、蒸发量1.2th、蒸发率为m².h、效率为80%,该锅炉为低压

7、小蒸发量系列锅炉。如图（1）所示，该锅炉的工作方式为立式直水管锅炉，目前在远洋船舶锅炉上使用十分普遍。从它的结构图上，可以看出它综合水管锅炉和烟管锅炉的性能优点：即该辅锅炉既有水管锅炉蒸发率较高，又有烟管锅炉蓄水量较大、维护管理简单方便的优点。该型辅锅炉采用全焊接结构，分上、下两个锅筒，中间联着直立的沸水管束，水管中充满炉水，烟气在各管之间横向流过。在下锅筒中有炉膛和预燃室，供入的燃油和空气先在此处混合再进入炉膛；上锅筒中有汽水分离空间和烟箱。由喷油器喷射出来的已经雾化良好的油气被点着后，在炉膛内燃烧，高温火焰与烟气中的热量主要依靠辐射方式经炉膛和少量的烟管传给炉水，烟气然后由上锅壳的烟箱经烟

8、囱排入大气。因此，在这种锅炉结构中，炉膛、预燃室和少量的烟管都是蒸发受热面，由炉水包围，烟气在其中流过。航行期间，主机高达320380的排气进入辅锅炉中的垂直水管外进行高速横向冲刷，此时起到废气锅炉的作用。从它的结构上可以看出该型辅锅炉采用废气燃油联合式，锅炉既可以单独使用有可以同时使用，使用原则：锚泊期间使用燃油锅炉产生蒸汽供加热和生活需要；在航行期间则利用主机的排气进入锅炉产汽满足工作和生活所需，来满足实际需求。2 辅锅炉燃油系统简介在船舶设计时为了管理上的方便，该轮辅锅炉所用燃油与主机燃油品质一样，均为380cst。其燃油系统包括从燃油日用柜到燃烧器的管系及其中的各种设备。燃油系统如图2

9、所示。燃油日用柜带有蒸汽加热管，可使燃油预热达到要求的温度值。油柜底部设有泄放口和承接漏斗，以便及时检查沉淀柜出来的水和杂质，将其泄放至污油柜。燃油循环泵将燃油经泵前滤器打出后经过燃油回油阀，在燃油回油阀处分出两个油路，一路回油至燃油柜中，另一路经流量计去锅炉燃烧系统。燃油经过流量计后去除气器，以便及时放掉燃油中含有的空气为燃油系统带来的危害。燃油经除气器后进入加热器中，加热器使燃油温度达到规定值，加热器上有温度测定阀，当燃油温度低于95ºC时，温度测定阀动作，自动调整加大加热器中的蒸汽供给量，使燃油温度达到设定值。再经过燃油增压泵升压后，使管路中油压达到规定值， MPa时，燃油则经

10、过喷油器的喷油阀后不喷射，直接回流至除气器后打循环。 喷油器的喷油量通过回油管路上的回油压力阀手动控制，当产生蒸汽压力超过工作压力时，手动调节该阀的旋钮，使其开度增大，则回油压力降低，单位时间喷油量即可减小，同时配风器马达自动使风道挡板关小，保证适合的过剩空气系数；当蒸汽压力低于工作压力时， 1-箱盖 2-烟箱 3-蒸汽出口 4-烟管 5-水管 6-中间壳 7-废气进口8-吹灰器 9-吹灰放残口 10-炉膛 11-燃烧室 12-检修口 13-废气出口 14-烟气出口 图 1 GCS19S型辅锅炉结构图 1-滤器 2-旁通阀 3-燃油循环泵 4-燃油回油阀 5-流量计 6-除气器 7-加热阀8-

11、燃油增压泵 9-滤器 10-喷油器 11-锅炉 12-回油压力表 13-回油电磁阀 14- 回油压力阀 图 2 辅锅炉燃油系统图 则调小该阀的开度，此时回油压力增加，单位时间内喷油量增加，同时马达会自动使风道挡板增大，保证适合的过剩空气系数。在冷炉点火时，由于没有蒸汽加热，燃油无法预热，温度降低黏度增大，流动性变差可能在管内凝结，此时必须改用轻油启动点火。这时转换换油阀，使锅炉油泵跟轻油柜接通，只有当重油预热温度达到要求温度时才能够转换。注意在实际的管理当中：燃用重油时在较长时间停炉之前，也需要改用轻油，防止停炉后整个燃油管路中充满燃油，在管内凝结造成下次启动困难。二 点火失败的故障表现在船舶

12、处于良好的状态情况，船舶处于锚泊状态时，燃油锅炉自动点火运行产汽满足需求；当处于航行状态时，则由主机的高温排气进入辅锅炉产汽，如果用蒸汽压力低于04MPa时，燃油锅炉会自动投入运行与废气锅炉同时产汽，满足实际需求。一般来说废气锅炉是不会出现故障的；但是对于燃油锅炉来说，由于日常的维护保养不当因为系统的某一环节问题，它就会出现某种故障，而且随着使用年限的增加锅炉的故障频率也会明显增加。一天下午，天气和海况良好，船舶正在航行中。下午，由于大量使用蒸汽，主机排气产生的蒸汽压力不够用了，需要燃油锅炉自动点火运行同时工作供汽，但是机控室报警：辅锅炉点火失败！我们去锅炉层检查，发现燃油增压泵的轴封处在向外

13、大量漏油，我们肯定该油泵的轴封失效。于是我们将油泵停掉并用工具拆卸轴封后，发现该泵的软质油封环已经变形，更换新的油封环后，运行油泵发现油泵运行正常不再漏油，等稳定后手动点火燃油锅炉，点火失败！经过检查发现经喷油器的燃油回油压力表示数在09MPa，远低于最低发火压力18MPa。随后我们手动调节与之串联的回油压力调节阀，发现压力示数仍就在09MPa，没有效果。此时我们怀疑是我们在拆装燃油增压泵时在油路里混进了空气，我们于是将除气器的放残阀打开放残直到大量流出燃油，经过放残除气后，手动点火锅炉不能成功回油压力仍然很低。能直接影响回油压力的部件有两个即：回油压力阀和回油电磁阀，其中回油电磁阀通电时闭合

14、，回油压力的调节通过回油压力阀调节。前些日子回油压力阀已经被检修更新过，所以三管轮凭经验判断可能是回油电磁阀失效，于是我们打开电气装置控制面板测试回油电磁阀，当通电时可以听到该阀阀芯的动作声响，打开它的接线盒测试它的工作电压也在正常值110V，因此回油电磁阀的故障可以排除掉。此时我们对这样的问题都提出了各自的看法与见解，经过一些简单的调试后回油压力仍然不能回升，辅锅炉仍然不能点火。三 统相关设备的工作原理(1) 辅锅炉燃油供给泵工作原理由该泵的内部结构得出该泵为内齿轮泵，即所谓的转子泵。其泵油的原理图如图3所示：内转子固定在油泵马达的主动轴上，外转子在油泵内可以随内转子自由转动，二者之间有一定

15、的偏心距e，内转子的齿数比外转子少一个。转子齿轮形齿廓设计得使转子转到任何角度时，内外转子每个齿的齿形齿廓线总能互成线形接触。当转子泵工作时，内转子带动外转子作同向减速旋转，两转子间由于不断啮合，脱开而形成的4个工作腔也做周期性变化。当工作腔逐渐增大时，形成真空度，产生吸油作用， MPa左右。(2) 燃油回油阀工作原理 MPa。它的结构简图如下所示：压力油从进口进入阀底经过缓冲口作用在阀芯底部端面上，当进油压力升高到设定的压力值时，以致使底部端面的油压力超过弹簧张力时，阀芯则就抬起，使进油口与回油口相通而溢油，从而阻止阀前的压力进一步升高。缓冲口用以防止油压脉动时阀芯动作过快而产生振动，以使阀

16、平稳工作。转动调节手柄，会改变弹簧的弹力，即可改变该阀件的整定压力。它的溢油压力在05 MPa，调节范围在025055 MPa之间。1-出油口 2-泵体 3-外转子 4-内转子 5-泵轴 6-进油口7-啮合腔 8-吸油腔图3辅锅炉燃油供给泵工作原理图 1-阀体 2-进油口 3-回油口 4-主阀芯 5-弹簧 6-调节手柄图4回油压力调节阀工作原理图 (3) 带喷油阀式压力喷油器结构 燃油是通过喷油器喷进炉内进而燃烧发火的，它的作用有两个：一是控制炉内燃油的数量，二是将燃油雾化，保证在炉膛内的燃烧质量。GCS19S辅锅炉的喷油器结构如下图所示：1-喷嘴 2-喷嘴体 3-管接头 4-阀室 5-喷油阀

17、 6-密封圈 7-弹簧 8-弹簧座9-燃油出口 10-燃油进口 11-调节螺丝 12-阀盖 图 5带喷油阀式压力喷油器结构图燃油供给泵把升压后的燃油送入喷油器，使燃油经过喷嘴体上6个通孔到达前端面的环形浅槽进入旋涡室，形成强烈的旋转。由于旋涡室壁面的限制，油的旋转半径不断缩小，最后由喷孔喷出。油流旋转的切向速度随着旋转半径的缩小而增加，压力也就越来越低，当压力降低到低于外界气体压力时，外面的气体就被吸入喷油器，使中心形成一个气体旋涡，所以油离开喷油器时呈现环形截面喷出，形成空心圆锥形。为了防止在油压不足时喷油以至雾化角不良，该喷油器装有喷油阀。在喷油器的回油管路上装有回油电磁阀，当该阀关闭时燃

18、油压力迅速升高，作用在喷油阀上，克服弹簧的弹力将阀顶开，油即经喷嘴顶开喷出。当回油电磁阀开启时燃油压力较低，不能顶开喷油阀，只是跟随燃油泵空载循环，使喷油器及其管路保持合适的温度。 五 回油压力低的原因分析为了解决回油压力过低，在检测和调整回油压力阀和回油电磁阀不起作用后，经过讨论最终我们确定将锅炉燃油系统分为两个部分来分析：即喷油器到回油管路部分和燃油进喷油器前的部分。首先我们分析喷油器到回油管路部分，之前我们已经确定回油电磁阀和回油压力阀没有故障，因此将目光放在了喷油器身上。喷油器的内部结构如图4所示，它为压力式喷油器，在喷嘴后面装设一个特殊阀件：喷油阀，其作用是当燃油达到一定压力时，足够

19、克服弹簧的弹力时将阀顶开，油从喷嘴喷出，能够维持良好的燃油雾化。分析喷油器能够导致回油压力过低的原因有两个：（一）其上的喷油阀被脏堵卡阻或者喷油阀结构中的弹簧失效，燃油只要一有压力即可顶开喷油阀进入喷嘴，形成很差的雾化以至于不能成功点火；（二）喷油器本身没有故障，原因是进入喷油器前的油压很低根本不足以顶开喷油阀，此时仅仅燃油在油路系统中在油泵作用下进行空载循环。根据以上的分析我们将喷油器从燃烧室抽出，看它的喷油状况以确定故障所在。我们发现喷嘴根本不喷油，因此我们确定喷油器本身没有故障是进喷油器前的油压过低。在装复喷油器前我们将喷嘴卸下，用煤油进行清洗吹干后，装复。同时按照说明书调整了点火电极的

20、位置，保证电极在喷嘴体前方3mm，电极的弯曲角度也调整到了40º，这项工作是必须的因为点火电极与喷嘴位置不当也会引起点不着火，当然我们这里要解决的是回油压力过低。我们已经确定是燃油进喷油器前的压力过低。参照锅炉燃油系统图“b”，我们将燃油进燃烧器前分成两个过程，即供油和升压。在分析之前我们将燃油进喷油器前的滤器进行了清洗，因为如果滤芯脏堵会导致前后压差增大，进喷油器的压力回偏低。打开后发现滤芯没有明显的脏污但是有少量的颗粒状杂质，我们的第一反应是系统的油质受到了污染，我们认为可能是在拆装燃油增压泵时不小心混进的杂质。为了解决问题我们先从供油入手，供油过程是由燃油循环泵作用完成的，用听

21、力棒检测时泵体运转声音均匀，而且它的进出口油压正常，其中出口油压在0.4MPa。再看升压：升压过程是由燃油增压泵完成，我们检查时发现进出口油压表已坏，换新了进出口油压表后发现它的进出口压力值明显偏低。能够控制燃油增压泵进口压力在这个系统中也就是连接供油和升压两个系统之间的燃油回油阀。该阀的作用是保持阀前管路的系统油压基本稳定，即燃油增压泵的进口压力值稳定，当系统压力超过设定值时燃油回油阀阀芯打开，部分燃油溢油至燃油日用柜，使燃油增压泵进口压力保持稳定。该阀的0.55MPa，溢油压力值为0.5MPa ，其手柄开度是提前设定好的一般情况下不能调节。为了增加燃油增压泵的进口压力，我们手动调小该阀的开

22、度，但是系统的油压变化不大。通常情况下如果该阀旋死回油压力值会突升到3.0MPa左右，针对这种情况我们认定该阀不能正常动作，它的调压失灵。燃油回油阀调压失灵的原因从以下三个方面分析：一是阀前压力超出了它的调压范围，太高或者太低；二是阀内部的弹簧问题（卡阻、弯曲变形或者折断等等）；三是主阀阀芯处的问题（阀芯卡阻或者阀芯与阀座锥面密封不严等等）。经查燃油循环泵的出口压力为0.4MPa，据此我们排除了第一种可能原因。将燃油系统的泵子全部停掉后用工具将该阀的手柄杆连带弹簧取出，发现弹簧没有折断也没有明显的变形，测试它的弹性，发现正常跟随性也很好，将弹簧的问题排除掉。随后我们将阀芯从阀座上取出，发现阀芯

23、的锥面处有明显的划痕磨损并且有杂质颗粒附着，我们判断是阀芯和阀座之间接触的锥面受到严重的磨损，密封性能下降。这种情况下只要是阀前油路一有压力，燃油就会从受损的锥面漏泄，而且进油压力一有提高阀芯就会打开，使燃油回油至燃油日用柜中，此时不能保证0.5MPa的溢油压力。这种情况下燃油会由燃油循环泵经燃油回油阀至燃油日用柜打循环，不能保证升压系统有足够的进油压力进一步导致回油压力过低。为了减少工作强度我们并没有对磨损的锥面进行打磨修补，而是直接从备件库中找出了新的阀件进行了更新。启动两台燃油泵后，调节燃油回油阀的手柄发现燃油增压泵的进口压力正常、出口偏低，回油压力值一直上升到1.8MPa后又下滑到1.

24、3MPa，手动点火辅锅炉点火成功，但是火焰在持续35秒后又熄灭。我们试图通过调小压力风挡板的开度减小压力风供入量来维持火焰的持续燃烧，数次调节仍然不能使锅炉持续燃烧。最后我们将目光落到了燃油增压泵出口压力上。六 故障的最终排除和事后调整燃油增压泵的出口压力低于正常值2.0MPa，但是观察现在显示为13MPa左右。因此我们只要解决增压泵出口压力偏低就可能完全解决掉回油压力低！从泵子的工作原理上知道它属于齿轮泵中的转子泵，转子泵的特点有：吸入性能好，适用于高速运转；齿数少工作空间容积较大，结构简单紧凑；运转平稳，噪声低寿命长；但是它的流量和压力脉动较大，密封性差，摩擦面较大。因此转子泵在长期使用后

25、，其内部的零件会因磨损，疲劳，塑性变形和断裂等原因导致功能降低或丧失。引起转子泵排压低的原因有：一是进排出阀泄漏或未全开或者安全阀跳起；二是油温低黏度太大；三是长期使用后内部严重磨损。针对前两种原因，我们进行了检查发现几个阀件正常，而且经过加热器后的燃油温度也为105ºC，只能是内部的磨损严重才导致排出压力低。我们用听力棒在泵体上测听，有“嚓嚓“的不正常声音。停掉泵将其解体以便检查内部情况，取出泵子的转动轴，手动滑动轴承发现运转良好，但是发现内外转子的啮合面有较为明显的划痕，而且燃油中含又少量的杂质颗粒。为了检验它们是否磨损严重我们对泵子内部工作间隙进行测量，并根据测量值判断是否进行

26、必要的更新或者修复。使用厚薄规对三个工作间隙进行测量即：转子跟油泵壳体端面的间隙A；外转子和油泵体的径向间隙B；内转子和外转子的啮合间隙C。由于条件限制我们不能将用厚薄规测量图画出附上，我们对每个间隙进行了三组测量，如表所示：（单位：mm）第一组第二组第三组ABC参考说明书中提供的标准数据，我们发现仅仅内外转子啮合间隙超出了使用极限值，不需要对泵体和转子端面进行打磨，只要更新内外转子即可。造成这种发生的原因是：齿轮在工作时互相啮合，其齿轮的啮合面会产生磨损，当油液中含有固体颗粒时这种磨损尤为严重，致使齿轮间的啮合间隙过大，吸排压力明显降低。我们用听力棒听到的异常声音既是齿轮的齿面磨损后，工作间

27、隙过大再加上转子泵齿数少脉动较大，所以造成齿轮传动运转不平稳引起的。先前的齿轮泵的轴封漏油也是，由于啮合间隙的增大，密封性能下降，热的燃油导致软质的油封环受热变形。为了节省时间我们直接更换了新的内外转子，重新装配好油泵后手动盘车一到两圈后，运行该泵，发现出口压力有上升到了2.3MPa，然后手动调节燃油回油阀是增压泵出口压力维持在2.0MPa。此时回油压力表示数维持在一个很高的压力上，我们手动调节回油压力阀使回油压力也在2.0MPa的标准上。此时运行点火辅锅炉，我们发现不但能点火成功而且运行情况也十分稳定，经过一段时间观察，确定锅炉各工作参数正常后，确定故障已彻底排除。在本次整个故障排除过程中始终有一个问题，那就是在燃油管路进喷油器前的燃