輪機工程畢業(yè)論文—— 主機低轉(zhuǎn)速時燃燒敲缸故障分析

1、 論文題目： 主機低速時敲缸故障分析與排除 內(nèi)容摘要 摘要 ：某輪主機為B&W 5S60MC型柴油機。在某航次中出現(xiàn)低轉(zhuǎn)速時不正常敲缸故障。本文結(jié)合主機敲缸的現(xiàn)象，進行導致問題的原因分析，得出最終結(jié)論。根據(jù)理論分析和實際操作結(jié)果，采取有效方法，更換活塞壞，消除了故障。在文章的結(jié)尾作了總結(jié)并給出了一些針對此類現(xiàn)象的處理建議和日常管理注意事項。 關(guān)鍵字：主機 敲缸 活塞壞更換目 錄 前言1 1 主機低速時燃燒敲缸故障現(xiàn)象1 2 敲缸故障現(xiàn)象分析及判斷2 3 故障的解決措施4 3.1 氣缸蓋的拆除4 3.2 活塞的拆除7 3.3 裝復10 3.4 驗證10 4 總結(jié)10 4.1原因分析104

2、.1.1 氣缸密閉不良導致低速時燃燒敲缸的機理104.1.2 汽缸密封不良導致低速時燃燒敲缸的表征114.2 處理建議114.2.1 徹底解決114.2.2 應(yīng)急措施114.2.3 防范措施11 【參考文獻】13主機低轉(zhuǎn)速時燃燒敲缸故障分析 前言 柴油機運行中氣缸發(fā)出有規(guī)律的不正常聲響或者敲擊聲，這種現(xiàn)象稱為敲缸。 敲缸通常分為兩類，即燃燒敲缸和機械敲缸。由于燃燒的原因在上止點附近發(fā)出尖銳的金屬敲擊聲稱為 燃燒敲缸或者熱敲缸。此時如若繼續(xù)運行，則柴油機的最高燃燒壓力異常增高，各個部件熱應(yīng)力增大，機械負荷亦增大，在沖擊力的作用下，運動部件將過快磨損，嚴重者導致?lián)p壞。因運動部件和軸承間隙不正常引起

3、鈍重敲擊聲或摩擦聲，是發(fā)生在上.下止點或越過上.下止點時及經(jīng)過中部時，這種現(xiàn)象稱為機械敲缸或冷敲缸?！皶r代2”輪在主機低速時發(fā)生不正常的敲缸，經(jīng)判斷是燃燒敲缸。在采取正確的措施后，消除了這個現(xiàn)象，避免了由此引起的軸承負荷增加而加劇磨損，以及振動造成某些緊固件松動，導致更嚴重的機械部件損壞。由此，在平時維護保養(yǎng)的過程中，應(yīng)高度注意，為船舶和航行安全做好保證?！皶r代2”輪為載重76 000t巴拿馬型散貨船，主機為二沖程柴油機，型號B&W 5S60MC，功率8 833KW，廢氣渦輪增壓，直流掃氣。1 主機低速時燃燒敲缸故障現(xiàn)象 我輪在某航次航行途中，主機運轉(zhuǎn)良好，無異?，F(xiàn)象。而在某日抵錨地主

4、機減速時，主機第二缸有間歇性的敲缸的聲音，聲音不大，間歇間隔2-3，4-5轉(zhuǎn)不等。在3小時后進港低速航行，第二缸的敲缸聲音變得異常大，全船甚至駕駛臺都聽得到。在這種情況下，輪機長通知船長，隨即決定封缸運行。用專用提升工具將第二缸高壓油泵滾輪連同柱塞一同抬起，將該缸示功考克全部打開，減少能量的損耗，防止因缸內(nèi)積油過多造成爆炸，同時適當?shù)販p少該缸滑油和冷卻水的供給，降速并降低柴油機的負荷，保持運轉(zhuǎn)平穩(wěn)以及其余各缸不超負荷，同時防止增壓器發(fā)生喘振。經(jīng)過封缸處理，敲缸聲隨即消失。 次日1200開航，主機備車時發(fā)現(xiàn)第二缸不發(fā)火。離港主機低速時第二缸敲缸聲音仍然很大。在封缸運行后，船出港，隨后放下高壓油泵

5、滾輪和柱塞解除封缸并加速到全速，數(shù)轉(zhuǎn)內(nèi)敲缸消失，主機又正常運行，無異常現(xiàn)象。在抵達目的港錨地時，又出現(xiàn)輕微敲缸現(xiàn)象，拋錨后，即進行維修。 2 敲缸故障現(xiàn)象分析及判斷 對于敲缸現(xiàn)象，可分為機械敲缸和燃燒敲缸。很明顯，此次敲缸現(xiàn)象隨停止供油而消失，肯定不是機械敲缸，而是燃燒敲缸，遂需對形成燃燒敲缸的原因進行分析和研究。柴油機的燃燒過程可分為四個階段，分別為：1. 滯燃階段-自噴油始點至著火點2. 速燃階段-自著火點至最高壓力點3. 緩燃階段-自最高壓力點至最高溫度點4. 后燃階段-自最高溫度點至燃燒終點下面我們著重分析滯燃階段和速燃階段。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，此間噴入

6、氣缸的燃油量稱為滯燃量。燃油在滯燃期內(nèi)沒有產(chǎn)生明顯燃燒，主要是形成可燃性混合氣體。而在滯燃期內(nèi)形成的可燃性混合氣體的數(shù)量直接決定了后續(xù)速燃期燃燒的急劇程度。當滯燃期結(jié)束時，滯燃量將立即全部投入燃燒，而且此時活塞接近上止點，氣缸容積很少，導致氣缸內(nèi)壓力迅速上升至 最高爆發(fā)壓力Pz。滯燃時間越長，滯燃量越大，一旦發(fā)火燃燒，壓力就會突然增高，使柴油機工作粗暴。柴油機的發(fā)火點一般在上止點前幾度曲軸轉(zhuǎn)角，而最高爆發(fā)壓力點為上止點后10-15度。這一燃燒時期的特點是氣缸中的壓力迅速上升至最高爆發(fā)壓力Pz。壓力之所以迅速上升，一是由于燃燒急劇進行，二是由于活塞位移極微。在速燃期中，不但燒掉了滯燃期形成的可燃

7、性混合氣體，還燒掉了速燃期噴入氣缸并且已經(jīng)完成了燃燒準備的部分燃油，燃燒近乎是在等容狀態(tài)下進行。評價速燃期的重要參數(shù)是平均壓力增長率p/（為滯燃角），它表示本階段內(nèi)氣缸內(nèi)相應(yīng)于單位曲軸轉(zhuǎn)角的平均壓力增長量。此值決定了柴油機燃燒過程的柔和性。p/小的柴油機工作柔和，燃燒平穩(wěn)，無敲擊聲。p/大的柴油機工作粗暴，常伴有敲擊聲。此種敲擊是由于滯燃時間過長，滯燃量過多，氣缸中積累了過多的已經(jīng)完成燃燒準備的可燃性混合氣體而瞬間同時燃燒的緣故。這種燃燒在氣缸內(nèi)產(chǎn)生微波并傳向氣缸四壁，往復反射產(chǎn)生的敲擊聲，稱為燃燒敲缸。 速燃期的燃燒速率很難直接用控制該燃燒期燃油與空氣混合速度的辦法來加以控制，故亦稱為不可控

8、燃燒期。由于速燃期的可燃性混合氣體主要是滯燃期噴入氣缸的燃油所準備的，為了使柴油機工作平穩(wěn)，應(yīng)通過滯燃期來影響速燃期，力求縮短滯燃期，減少滯燃量，控制可燃性混合氣體的形成量。滯燃期對燃燒質(zhì)量起決定性作用，因此控制滯燃期是影響燃燒過程的重要手段。綜上所述，可總結(jié)燃燒敲缸通常有以下幾點原因引起：1. 所用燃油燃燒性能差，易發(fā)生爆炸。2.噴油器供油提前角過大。3.供油量過大，超負荷運轉(zhuǎn)。 4.噴油器啟閥壓力調(diào)得過低。 5.噴油器的噴嘴針閥卡在開啟位置。 6.噴油器彈簧斷裂或松動。綜合分析，認為敲缸實質(zhì)原因主要有三點，分別是：1. 然油的燃燒性能差，例如十六烷值過小。2. 燃油噴射時間過早。3. 汽缸

9、內(nèi)油霧過多。根據(jù)分析，遂進行進一步的分析：1. 由于上航次使用相同燃油，未出現(xiàn)此類故障，故排除燃油的燃燒性能為故障原因。2. 測取噴油定時，油門刻度為72，噴油提前角為9°，噴油終點上止點后7°，未超出明書允許范圍。3. 對第二缸噴油器進行泵壓試驗，啟閥壓力375bar,在說明書允許范圍內(nèi)，霧化正常，無滴漏，說明此缸噴油器無故障，不是引起油霧過多的原因。4. 全面仔細檢查高壓油泵，進油閥，回油閥等無卡阻，密封良好，確認高壓油泵無故障，不是引起油霧過多的原因。5. 主機完車后盤車，觀察第二缸示功考克，未見有氣體排出。6. 打開掃氣箱道門，檢查發(fā)現(xiàn)有兩根活塞環(huán)斷裂。7. 查閱航

10、行途中主機主要參數(shù)，第二缸對比其他缸，排煙溫度略高，壓縮壓力低0.4MPa，爆炸壓力低0.7MPa,活塞冷卻液溫度高2，缸套冷卻水高2，見下表。缸 數(shù)12345排煙溫度 320330325320325缸套冷卻水溫度 7880787878活塞冷卻液溫度 5154525252爆炸壓力 MPa12.812.213.012.913.0壓縮壓力 MPa10.810.511.010.910.9通過以上試驗，檢查和參數(shù)分析，判斷出第二缸氣密不良，主要是由活塞環(huán)斷裂引起，需要吊缸檢修，換新活塞環(huán)。而諸多因素均可引起活塞環(huán)的斷裂，如搭口間隙過小，環(huán)槽內(nèi)積碳，活塞環(huán)壓入時，其工作面與氣缸壁貼合不良，缸套磨損失圓等

11、等。這要求我們在平時對于主機的維護管理工作中，要多留心，多注意，并采取合適的手段，保障機械設(shè)備良好的工況。3 故障的解決措施根據(jù)上述判斷，即進行吊缸檢修，更換活塞環(huán)。3.1 氣缸蓋的拆除1. 將主起動閥上的閉鎖裝置A 置于鎖緊位置。 嚙合盤車機 B。 關(guān)閉燃油進口閥 C。 關(guān)閉冷卻水進口閥 D。 關(guān)閉冷卻水出口閥 E 及F。 打開冷卻水泄放拷克G 及H。 在操縱系統(tǒng)通過球閥排放大氣前，切斷控制空氣及安全裝置空氣氣源。 切斷液壓/氣動排氣閥延緩裝置的氣源，并放大氣。停掉主滑油泵。 2. 從排氣閥上拆除冷卻水出口管。 拆除冷卻水出口管與氣缸蓋之間的螺栓。 拆除噴油器和噴油泵之間的高壓油管。 拆下起

12、動閥的控制空氣管。拆除起動空氣進氣管與缸蓋的連接螺栓。 3. 拆除液壓管。 拆去排氣閥至液壓驅(qū)動裝置的回油管。拆去排氣閥空氣彈簧的空氣管及密封空氣管。 4. 拆除位于排氣集管和排氣閥間中間接管的保護套 。 拆下排氣管/中間接管的法蘭螺釘，旋松下面四顆螺釘，拆下氣缸蓋螺母上的保護螺帽。5. 把缸蓋泵緊工具放在缸蓋上，把定距環(huán)放在螺母上，用液壓拉伸器拆松螺母。 6. 用機倉內(nèi)吊車鉤住排氣閥上的環(huán)首螺釘，吊起氣缸蓋總成，并放在兩塊木板上。7. 拆除并扔掉缸蓋和缸套之間的密封圈，清潔粘結(jié)在氣缸套上部的焦碳。3.2 活塞的拆除 1. 將十字頭向下盤車，直到足以使操作者能夠拆除活塞桿填料函，活塞桿連接螺栓

13、以及伸縮管。 2. 拆下緊固法蘭上內(nèi)圈螺釘，使填料函松動。注意：不要拆下緊固法蘭上外圈螺釘。3. 拆除活塞桿的連接螺栓。4. 將兩塊定矩塊裝到活塞桿底板上平面以保護填料函下部刮油環(huán)，并且吊裝活塞時對填料函起導向作用。5. 拆下氣缸蓋,用手動風磨輪小心磨平缸套上部所有磨損銳邊。6. 盤車使十字頭到上止點位置，同時檢查定距管的定位銷是否進入填料函上的孔內(nèi)。 7. 活塞頂部已高出氣缸套，清洗活塞頭的起吊槽，將起吊工具的其中兩只“固定”的鉤形腳插入起吊槽，再用第三只鉤腳，使其插入吊槽內(nèi)，并擰緊至與此工具上的檔塊相接觸為止。 8. 將活塞支座放置在柴油機平臺一個開口處四周，吊出活塞，活塞桿和填料函，通過

14、柴油機平臺上的開孔置于活塞支座上，在活塞桿四周放好支座在支座上上好螺栓。 9. 用活塞環(huán)張環(huán)工具拆下活塞環(huán)，發(fā)現(xiàn)活塞環(huán)槽內(nèi)有很多積碳，隨即清除積碳，清洗環(huán)槽，并換新全部四根活塞環(huán),經(jīng)測量缸套發(fā)現(xiàn)磨損沒有超過說明書允許范圍。3.3 裝復用滑油均涂活塞環(huán)，活塞桿和氣缸套，在活塞頭上裝上起吊工具，確保填料函殼體上的孔對裝在活塞桿腳板平面上定距塊上的導向定位銷。用滑油均涂在填料函型密封圈上，盤車使十字頭位于上止點，在氣缸套上放上活塞桿導向環(huán)，將活塞吊入缸套。拆除起吊工具和活塞導向環(huán)，盤車將十字頭連同活塞桿及伸縮套管向下至足以使操作者能擰緊回油管螺栓位置。拆除活塞桿底腳平面上定距塊，上緊填料函緊固法蘭內(nèi)

15、圈。然后換新氣缸套頂部的密封圈，抹上油脂后裝上，將氣缸蓋與缸套解除表面清潔，用行車吊回氣缸蓋，并安裝好。拆除起吊工具，上緊氣缸蓋螺栓的鎖緊螺母和保護螺母，將有關(guān)管路接回，閥門置于正確開關(guān)狀態(tài)。3.4 驗證經(jīng)過檢修過后，主機盤車，第二缸有氣體排出。正倒車試驗，第二缸正常發(fā)火，且不再敲缸。開航定速前的機動航行時間內(nèi)，不再出現(xiàn)敲缸聲，主機正常運轉(zhuǎn)，各檢測參數(shù)回復正常，證明第二缸的氣密性良好，檢修成功。4 總結(jié)4.1原因分析 4.1.1 氣缸密閉不良導致低速時燃燒敲缸的機理燃燒敲缸，實質(zhì)是爆炸壓力過高。通過這次故障，對其中的“汽缸內(nèi)油霧過多”有了全新的認識。以前認為，只有噴油量過大，例如柴油機負荷過高

16、或者高壓油泵故障，導致“氣缸內(nèi)油霧過多”；現(xiàn)在認識到，還有另外一種可能，即某（些）循環(huán)燃油不發(fā)火，積累未燃燒的油霧較多，也導致“氣缸內(nèi)油霧過多”，一旦形成，形成很高的爆炸壓力。而某（些）循環(huán)燃油不發(fā)火的原因，可能包括：1) 壓縮壓力過低，壓縮終點溫度低于點火溫度2) 燃油霧化不良3) 噴油過遲（滯燃期后可以點火時，缸內(nèi)溫度已低于點火溫度）4) 燃油的燃燒性能差 低速時，汽缸密封不良可能導致：1) 壓縮終點壓力和溫度偏低2) 燃燒室內(nèi)空氣擾動效果差而不利于油氣混合3) 汽缸溫度偏低這次故障就是汽缸密封不良，壓縮壓力過低，某（些）循環(huán)燃油不發(fā)火，積累未燃燒的油霧較多，一旦發(fā)火，形成很高的爆炸壓力，

17、從而引起敲缸現(xiàn)象發(fā)生。 4.1.2 汽缸密封不良導致低速時燃燒敲缸的表征1）.發(fā)生在低轉(zhuǎn)速時。因為主機轉(zhuǎn)速高時，壓縮終點溫度和壓力提高，空氣擾動加劇促使油氣混合，噴油量增加，汽缸溫度也提高，不大容易出現(xiàn)燃油不發(fā)火，也就不會發(fā)生燃燒敲缸。2).間歇性，間歇幾轉(zhuǎn)（不定）一次，不是主機每轉(zhuǎn)都敲缸。3）.活塞冷卻液溫度和缸套冷卻水溫度都升高，尤其是活塞冷卻液，因為汽缸密封不良燃氣漏泄，活塞和缸壁溫度都升高。4）.若主機缸數(shù)少且啟動程序油氣并進時間短，又適逢該密封不良氣缸處于發(fā)火位置時，可能啟動不成功。4.2 處理建議前面說過，燃燒敲缸的實質(zhì)，是爆炸壓力過高。爆炸壓力過高，機械負荷大，當然會損害部件。但

18、是，如果各缸安全閥有效限制最高壓力，基本不會損害部件，最多是某些軸承負荷增加而加劇磨損，以及振動噪聲某些緊固件易松動。所以對氣缸氣密不良導致主機低速時燃燒敲缸，要重視，但是也不必大驚小怪。4.2.1 徹底解決徹底解決，需要更換活塞環(huán)和缸套（若缸套磨損超限），回復氣密。此外，需要定期效驗缸頭安全閥，確保有效。4.2.2 應(yīng)急措施1. 低速時，封缸運行。2. 高速時，可以投入運行，但需要適當調(diào)小該缸然后噴油量，以防止排煙溫度過高。 4.2.3 防范措施 防范氣缸密封不良導致低速時燃燒敲缸，就是要保持氣缸氣密，主要是防止活塞環(huán)過度磨損和斷裂。1. 適時或定期吊缸檢修，包括即時更換磨損超限的氣缸（套）和活塞環(huán)，修理有凸臺的環(huán)槽（極易折斷活塞環(huán)）等，保證缸壁.環(huán)槽以及活塞環(huán)的技術(shù)狀況良好。2. 合理確定汽缸油注油量，低速時適當?shù)靥岣摺?. 定期檢查，即時發(fā)現(xiàn)，可以從以下幾方面判定活塞環(huán)的密封情況：A.盤車，從掃氣箱內(nèi)掃氣口觀察活塞環(huán)彈性，磨損情況以及是否有斷裂等?；钊h(huán)光滑潔亮，彈出環(huán)槽，用螺絲刀撬壓有彈性，可確認其密封性能良好。若外表面為黑色，有躥氣痕跡，卡在環(huán)槽內(nèi)，用螺絲刀撬壓令沒有彈性，則需要即時更換。B.定時檢測活塞冷卻液溫度和缸套冷卻水溫度。若活塞環(huán)斷裂，燃氣下躥，缸套冷卻水溫度會比平時正常時高，活塞冷卻液溫度的變化則更大。C