柴油机两次维修功率差异大之原因分析及对策

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摘 要：柴油机是将燃料的化学能转化为热能，并将热能转变为机械能的动力机械。而这种能量转化是在柴油机的每一个工作循环中完成的。柴油机的主要性能指标包括动力性和经济性两个方面的指标。它们既是反映柴油机工作循环完善程度的参数，更是评估柴油机性能的主要依据，而功率是柴油机动力性能的重要标志之一，该文通过对柴油机两次维修后功率的比较，探寻影响柴油机负荷的重要部件，对造成柴油机功率降低的原因进行了阐述，并对柴油机的维修和保养提出了建议。

关键词：柴油机 增压器 中冷器 负荷 功率

中图分类号：U26 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）01（c）-0048-02

柴油机的功率是柴油机动力性能的重要标志之一，而同一台柴油机功率的大小不仅与柴油机的转速有关，而且与柴油机供油量的大小、柴油燃烧性能的好坏等因素有关。因此，查找柴油机功率变化差异大的原因应从多方面进行入手。

1 概述

某船使用的停泊发电机是7L20/27柴油机，分别被编号为6、7号发电机（以下简称为6、7号机），是二台四冲程中速柴油机，功率700 kW（发电机输出功率616 kW）。7L20/27是不能反转、筒形活塞、带有废气涡轮增压器和空气中间冷却器的四冲程发动机。

2004—2005年这两年出海时间比较长，柴油机使用频率比较高。由于7号机出现输出功率变小的故障，在使用时必须两台机一起工作才能满足船上的用电要求，这样就导致了机器磨损比较大和操作人员比较辛苦。随着后续任务的增加，以及停靠港口次数的增多，对柴油机的功率提出了更高的要求。某船分别于2004年和2006年厂修期间对柴油机进行了维修，但两次维修后功率却有很大的差异。

2 影响柴油机功率的因素

柴油机的主要性能指标包括动力性和经济性两个方面的指标。它们既是反映柴油机工作循环完善程度的参数，更是评估柴油机性能的主要依据。而功率是柴油机动力性能的重要指标之一。

柴油机是将燃料的化学能转化为热能，并将热能转变为机械能的动力机械。而这种能量转化是在柴油机的每一个工作循环中完成的。因此，工作循环完成的状况直接影响到能量转换的完善程度，而柴油机的主要性能指标则是表示工作循环完成情况的参数。

供入气缸的燃油全部燃烧时放出的热量称燃油的总发热量，在能量的转换过程中，它只有一部分转化为有效功，其他的全部成为热损失和机械损失。

W总=W有效功+W热损失+W机械损失 （1）

热损失包括排气损失、燃烧不完全损失、散热损失、漏气损失、流动阻力损失等。

W热损失=W排气损失+W燃烧不完全损失+W散热损失+W漏气损失+W流动阻力损失 （2）

机械损失包括摩擦损失、带动辅助机械的损失、泵气损失。

W机械损失= W摩擦损失+W带动辅助机械的损失+W泵气损失 （3）

显然，减少各种损失对提高柴油机功率和经济性都会有好处，如能在保持各种损失不增大的情况下，提高柴油机的做功强度和做功频率，则柴油机的功率将增加。

由上所述可知，进入气缸的压缩空气的压力、温度以及燃油和空气的混合度是影响柴油机功率的重要因素。

增压器对提高柴油机功率的功用如下。

7L20/27柴油机是带有废气涡轮增压器的柴油机。柴油机排气管接到涡轮壳上，进气管接到压气机壳上。柴油机排出的废气经涡轮壳进入喷嘴环，由于环的通道面积是渐缩的，废气在其中提高速度，增加了动能。高速废气气流，按一定的方向冲击涡轮，使涡轮高速旋转。废气的压力、温度和速度越高，涡轮转得越快，流经涡轮的废气最后排入大气。涡轮带动同轴上的压气机叶轮高速旋转，经过空气滤清器滤清过的空气被吸入叶道。高速旋转的压气机叶轮把空气甩向叶轮外缘，使其速度和压力增加，并进入扩压器。扩压器的形状是进口小出口大。使气流的速度下降，而压力升高。再通过断面由小到大的环形压气机壳，使气流的压力继续升高。最后，压力得到提高的增压空气经进气管进入柴油机的气缸，从而达到增压的目的，保证柴油机能多喷油发出更大的功率。气缸内各过程的进行情况与非增压柴油机基本一样，只是由于增压，使各工作过程的压力和温度有所提高。

3 2004年修船时故障排查

2004年修船时对柴油机进行了维修和保养，在维修前一直发现7号机输出功率小，希望通过这次维修能使柴油机的功率有所提高。当时进行了机带泵校验，吊缸，进排气阀件清洗，同时对增压器进行了拆卸，发现7号机增压器的叶轮有部分损坏，当时由于修船资金不足，没有对增压器的叶轮进行更换，只是对叶轮进行了修补和打磨，并做了动平衡实验。柴油机安装完后进行负荷试验。发现7号机的功率只能带到400 kW（见表1），功率超过400 kW，机器7号缸的排烟温度明显升高（见表2），同时机器发出“呼啸”声。6号机通过维修和保养功率能带到600 kW，情况良好。

这样我们就提出把6号机的增压器换到7号机上，结果7号机所带负荷还是不能有所提高，而且“呼啸”声也没有消失，故障一直没有得到解决。

4 2006年修船故障排查

2006年初在江南厂修船期间，决定对7号机进行系统性的维修，对6号机进行常规保养。并由专业厂家上海新中动力机厂派出技术骨干负责维修。通过大家连续几天的加班加点，把拆卸下来的零部件都带到了新中厂去维修、保养并做好试验测试。再次对7号机的增压器叶轮做了动平衡实验，发现情况良好。

5 原因分析

在对7号机拆卸时发现中冷器的挡板有一块掉了下来。中冷器是一个独立的冷却系统，里面为很多根细的铜管组成。铜管里循环流动的海水对压缩空气进行冷却。中冷器的作用是对增压器过来的压缩空气进行冷却。进入气缸的压缩空气温度为（50±5）℃。第7缸的挡板是原先是粘在上面的，由于柴油机长时间的工作和工作温度比较高，使挡板有位置滑落到，这样就导致进入第七缸的空气温度不能得到冷却，致使第7缸的温度排烟温度比较高、输出同时由于挡板没有得到固定，柴油机运行时就会产生“呼啸”声。

实际安装中，中冷器没有覆盖到第7缸。我们通过查阅资料和询问厂家发现，这是当时的一个设计错误。为了弥补这一缺陷，就在7号缸下面用了一块挡板，以防止压缩空气直接进入缸体。

固定好挡板。安装好柴油机进行负荷试验。发现7号机的功率能够带到600 kW，7号缸的排烟温度也正常，并且“呼啸”声也没了。故障得到了彻底的解决，保证了柴油机的正常工作，为后续任务的执行打下了坚实的基础。

6 对柴油机维修和保养的建议

6.1 修理设备最好需要生产厂家的专业技术人员

为什么2004柴油机的故障没有得到解决，而到2006年故障却得到了解决。究其原因江南厂修理设备的能力和新中厂还有一定的差距。在2004年修理时维修工没有及时发现挡板脱落的现象。

6.2 对故障的判断能力还不够准确

当发现柴油机出现输出功率小的故障时，我们仅仅把分析问题的重点放在增压器上面，没有综合考虑问题，致使故障没有得到及时排除。

6.3 加强能力训练

加强岗位人员动手能力的训练，安排部分人员到新中厂去学习，增强业务技能。当故障出现时能够及时处理，加强培养岗位人员拆卸机体和安装机体的能力，从而保证柴油机能够得到安全有效的工作。

7 结语

发电柴油机性能工况的好坏直接影响到船舶是否能安全航行、工程是否能够顺利完成，分析柴油机两次修船后的功率变化的原因及提出柴油机在维修和保养上的建议，能够使轮机管理人员更好地去使用和管理好柴油机，进一步减少柴油机在使用过程中的出现故障的概率，可以大大延长柴油机使用寿命和提高柴油机使用工况，提高经济效益。

参考文献

[1]孙培廷.船舶柴油机[M].大连：大连海事大学出版社，2002.

[2] 钱耀南.船舶柴油机[M].大连：大连海运学院出版社，2000.

[3] 于敬来，卢桓荣.船舶柴油机（轮机工程技术专业示范性高等职业院校课改规划教材）[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2012.