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二手船主机增压器喘振现象处置

新闻来源:中国船检    浏览量:1470 隋树德 刘明夕 王 2016-09-22
        刚接管的老旧二手船(已长时间停航), 主机为MITSUI MAN B&W 6L50MC型, 额定转速:120rpm;目前常用转速:110rpm;共振区:45~55rpm;NA57型废气涡轮增压器一台,定压式增压。增压器的废气涡轮出口通过排烟管直接连接废气锅炉,锅炉前的排烟管未设旁通烟道。接管船舶时对船舶和设备做了简单的常规检查和运行试验。
        故障现象
        每当主机加速到85RPM时,出现加速困难,继续加速增压器出现喘振,伴随着震动加剧,增压器转速不稳定,增压压力下降,主机排气温度升高。遂开启鼓风机,维持主机转速在80转左右,观察主机运行状况和各参数指标,以便分析故障和采取检修措施。
        故障分析和初步解决措施
        1、船舶污底对主机和增压器的影响:船舶污底增加了船舶阻力,导致主机提速困难,加速时主机负荷增加,相对应的转速较低,主机在大负荷低转速下运转,增压器转速升高,压气机产生的扫气量过大,增压器出现喘振。该轮明显有船舶污底现象。
        2、主机工作状况对增压器的影响:如主机某缸燃烧不良、各缸功率严重不均匀、供油调节机构故障以及喷油提前角和调速器等方面的因素造成的影响。该轮航行前已对各缸喷油器进行了检查和压泵试验。
        3、主机扫气系统的影响:如扫气系统不顺畅,空冷器堵塞等可能导致增压器背压过高,引起增压器喘振。同时主机供气量不足,提速困难。
        4、增压器内部脏污或部件出现了缺陷:如涡轮和喷嘴环脏污结碳,以及涡轮或喷嘴环或压气端部件出现了缺陷。
        根据经验,主机工况不良或船舶污底引起增压器喘振时,主机排气温度会偏高,增压器转速增高,扫气压力上升;但是该轮的现象比较复杂,各种现象表明,这是一种综合性的因素所引起的故障。船舶污底、主机和增压器工作状况不良以及扫气系统出问题,都可能导致主机加速困难和增压器喘振。首先从主机本身查找原因,同时根据船上的条件和时间逐步检查排气系统、扫气系统以及增压器。主要进行了以下检查和处理:
        1、测取示功图检查各缸工作状况,并调整各缸爆发压力至正常值。当时由于转速较低,均衡各缸爆压时可能不准确,但基本可做参考;
        2、检查主机VIT机构及供油调节机构,发现一个缸供油齿杆执行动作不灵敏,并做了修整;
        3、检查调速器及执行机构;
        4、检查主机排气系统,直至废气锅炉端,状况较好。开航前曾对扫气箱和空冷器进行了检查,对空冷器做了简单的化学冲洗;
        5、拆检增压器并清理相关部件,发现增压器各部件状况良好。恢复航行后,主机加速状况有了改善,增压器在超过85rpm时仍然出现喘振现象。经过几次试验,主机转速超过95RPM后能够较稳定地运转,增压器还会偶尔发生喘振。
        根据这种情况,在保障安全的前提下,继续加速,并采取通过共振区时的加速方式,加快提速越过85至95rpm这个区域,主机运行比较稳定,然后逐渐加速,维持在105rpm左右运转。但随着船舶航行区域和海况的变化,增压器时而出现喘振,影响主机的正常运行。为了维持航行,最大程度地保持主机本身运行状态的良好,及时调整空冷器的冷却,并且适当打开扫气箱的放残阀和主机活塞底部放残阀,泄放掉部分扫气压力,保持船舶航行。
        船舶抵达合适港口后,安排潜水员对船体水线以下部分进行了水下清理。然而,经过一个航次的运行,增压器仍然发生不规律的喘振现象。通过进一步对排气温度、增压器转速、增压压力等相关参数指标的比较和分析,怀疑增压器的匹配存在着问题。
        针对这种情况,进行了深入和全面的调查了解,通过咨询了解到,原船东曾更换过增压器的内部整套部件,因此基本断定是增压器匹配不合适。
        进一步分析和处理
        1、增压器的匹配。
        在增压器选配合适的状态下,于运行条件的全部变化范围内,虽然增压器的工作特性曲线C 会随着柴油机和增压器的工作状况变化发生偏移,或者各工作点会随着运行环境发生变化,但是不会进入喘振区,即增压器不会发生喘振。如果增压器的选配不合适,增压器的工作特性曲线过于靠近喘振线B,如图中的C1 线所示。在此处,只要柴油机工作状况或运行环境发生变化,增压器特性曲线就会很容易进入喘振区,发生增压器喘振。

图1 增压器配合特性曲线(柴油机在各种负荷下,所需的增压空气流量G与增压空气压力P的关系)曲线B—增压器喘振线;左侧为增压器喘振区,右侧为正常工作区;曲线C—增压器工作特性。
        经过前期采取的检查修理措施以及了解到的情况,综合分析认为该增压器在更换内部配件时,选配的部件与该主机不能良好匹配,喘振裕度过小,所以需要进一步对增压器进行检修。可采取的措施:一是更换增压器的内部组件;二是矫正扩压器叶片的角度或高度;三是改变喷嘴环的叶片角度,增加喷嘴环出口截面积等等。

2 涡轮喷嘴环出口截面积对联合运行线的影响
         通过对比分析涡轮流通特性与柴油机工作特性线,从技术和工程经济性考虑,故认为:采用改变涡轮喷嘴环流通截面积的方式来消除喘振的方案为佳。通过增加其流通截面积,降低增压器转子的转速,达到消除喘振的目的。因为Pk∞nk,增大涡轮喷嘴环出口截面积,使涡轮前燃气能量在涡轮中的焓降减小,涡轮转速nk下降,相应的增压压力Pk减小。
        2、处理措施:改变喷嘴环叶片角度,增加出口截面积。通过改变喷嘴环叶片的角度,加大喷嘴环出口截面积,通流能力增大,运行线向大流量方向移动(右移),也即喘振裕度增大。如图2中所示,运行线C的出口截面积大于运行线A的出口截面积。
        根据该轮设备装置的现状,采用矫正喷嘴环叶片增大其出口截面积的措施,既可解决增压器喘振故障,又相应改善了排气流通,增压器前的排气温度也相应降低,总体上有利于设备的良好运行。
        接管二手船,尤其是停航时间较长的二手老旧船,会遇到许多意想不到的问题。因此,在接管船舶之时,除了对船体和设备做常规的检查以及必要的开航准备以外,还要注意以下事项:
        一是注意了解船舶以前的运行情况和维修记录,公司在签署船舶买卖合同时也要注意船舶文件交接的相关条款,以便交接时船员对相关重要资料的交接或留存档案,有利于对一些重点问题引起重视和遇到问题时作参考。
        二是废气涡轮增压器喘振是一种常见现象,一旦遇到喘振,要及时查看各种参数指标,首先根据排气温度、扫气压力和增压器转速来分析引起喘振的原因是主机工况导致的,还是扫气通道堵塞引起的。进一步根据各扫气压力和温度指标分析,确认是否增压器故障,逐步进行检查排除。若遇到复杂情况难以明确断定,可根据具体现状参考本文的相关处理步骤,逐一排查。
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