【船机帮】某型柴油机排烟故障的剖析

某型二冲程柴油机安装在船上后,运行一直较好,但是通过两次中修后,其排烟出现了异常。

在第二轮中修后试航过程中,烟色表现只是稍大了一点, 诊状不是太明显,但通过一段时间的使用,出现了大量的黑烟和蓝烟。

在该机的贮气室里有大量的滑油沉积,曲柄箱里空气压力为正压力。

该型柴油机在正常工作时,其烟色应为淡灰色,清淡透明。

1. 生成黑烟的常见原因

在高温条件下 ,柴油会受热分解,如果不能及时与空气中的氧化合燃烧,柴油中的碳就会变成自由碳粒子。

碳粒子聚集太多就会形成黑烟。

因此,排气冒黑烟是由于燃烧过程中缺氧形成的,即过量空气系数不足的表现。

如果喷油量过大,或进气量不足,或者虽然在总体上空气量是足够的,但由于雾化分布不良 ,造成局部过量空气系数过低,都会出现黑 烟。

下列任何一个部件发生故障都会造成冒黑烟。 

a. 喷油器故障造成喷油器雾化质量差、漏油等 , 都会导致冒黑烟。

b.喷油泵油量调节齿圈的锁紧螺钉松脱,使该 缸的喷油量不能随外界负荷的变化而调整,在低负荷下仍然保持大负荷的喷油量,从而使过多的燃油不能充分燃烧而冒黑烟。

c. 气阀间隙不准、气阀漏气或气阀折断等原因, 会破坏燃烧室的密封性,从而造成燃油燃烧不完全而冒黑烟。 

d. 喷油器提前角过早或过晚都会造成喷油定时错误,从而使喷油规律发生变化,导致排气冒黑烟。 

e.进气滤清器或进气管道污塞,造成过量空气系数下降,使排气冒黑烟。 

f. 鼓风机压气机堵塞,使新鲜空气的进气量下降而使排气冒黑烟。 

g.超负荷或各缸负荷不均时,负荷较高的缸内燃油燃烧困难,造成冒黑烟。 

h. 喷油器密封圈漏气,造成排气冒黑烟。 

i.调速器失控,使喷油器与负荷不匹配,造成排气冒黑烟。 

2.生成蓝烟的原因

(1)蓝烟生成的机理 

如果燃烧室进入了滑油,滑油没有被完全燃烧都会产生蓝烟。

经研究发现若排气中含有一些直径0.4μm以下的滑油或柴油的蒸气微粒,当燃油系统进水、喷油器滴油,形成直径1μm左右的柴油蒸气, 排烟管与燃烧室中有冷却水漏入同样会造成排气冒白烟。 

(2) 蓝烟的烟色变化过程

例如某396型柴油机在台架试车时转速为1800r/min,发现小负荷时排气冒白烟,中等负荷时就出现蓝烟,待到大负荷时,烟色完全正常。

后经检查 ,发现是蜗轮增压机的油气分离器出现了问题,滑油蒸气带入燃烧室所致。

随着温度的不同,滑油蒸气的颗粒亦不一样,小负荷时温度低,蒸发速度较慢,滑油蒸气颗粒较粗,易挥发性的物质先蒸发成白色烟;中等负荷时燃气温度升高,蒸发速度加快,难以蒸发的成份蒸发了,从而蒸气颗粒变细,呈现蓝烟;到了大负荷时,温度上升到足以把漏入的滑油完全烧掉, 故烟色也就正常了。

针对上述产生黑烟和蓝烟的各种可能,我们进行了逐一排查,没有发现故障原因,不过可以肯定燃烧滑油的现象是一定存在的。

同时也把各个油路的压力进行了校正,依然没有效果。

当时也怀疑鼓风机漏滑油导致黑烟与蓝烟的生成,但经更换二台性能良好的鼓风机试验,还是没有达到预期的效果。 

排查故障一度陷入了僵持局面。

究竟是什么原因引发了曲柄箱真空压力上升? 

1.引发曲柄箱压力上升的根本原因

这时大家把目光放在了曲柄箱真空压力上升 , 贮气室滑油大量沉积这一现象上。

首先我们对鼓风机与曲柄箱的抽气管中的调节孔板进行了调整,把鼓风机的风门拉到了最大位置,发现了曲柄箱压力依然是正值。

该型机正常的曲柄箱真空度为10～20mm水柱。

曲柄箱压力升高说明了有燃气大量泄漏。

正常情况下任何柴油机的曲柄箱都会有一定的正压力,引发这一现象有两种原因:

一是燃气漏泄;二是滑油温度升高产生了一定压力的滑油蒸气。

但通常在鼓风机或涡轮机的抽气作用,在曲柄箱内建立一定的负压力,其作用是利于机体各接合部位的密封, 防止滑油过早老化,同时被抽除的滑油蒸气也有利于气阀与阀座的润滑。 

2. 沉积滑油的根源

一般造成燃气大量泄漏的原因可能是柴油机拉缸,基于此,对各缸套进行了检查,缸套没有出现拉缸现象,但发现缸套表面的镀层已经被全部磨光,灯光照在表面有强烈的反光。

与此同时,也对贮气室大量的沉积滑油进行了排查,分析产生滑油的可能性,一是刮油环装反导致抽油,从而使滑油被抽入贮气室和燃烧室;二是曲柄箱中的油气没有经分离便被压入了贮气室。

很快大家对第一种情况进行了否定,发生这种情况的可能性几乎为零。

因为该柴油机的修理由一名技师负责。

大家分析,如果是曲柄箱被抽油气所致,那么在鼓风机的壳体中就会有大量的滑油沉积,打开鼓风机,结果如大家所预见的一样,问题可能就出在这里。

种种迹象表明,燃气大量泄漏是滑油蒸气产生的根本原因,只有这样才可能导致曲柄箱内压力升高。

实际上燃烧室里被压缩的气体经过多级活塞环的节流后,压力减小到极低值。

但是如果活塞环弹力减弱,不能在气缸与活塞之间建立良好的密封,或活塞与气缸间间隙太大都会导致大量燃气直接泄漏到曲柄箱中,这样便让燃烧室中的被压缩空气和柴油着火后的燃气从活塞环、缸套和活塞之间泄漏进入曲柄箱。 

无论是泄漏的压缩空气还是燃气都会造成曲柄箱压力升高,滑油温度升高,加速滑油的快速蒸发, 自然就形成了大量的滑油蒸气进入贮气室和燃烧室。

有了大量的分析结果作为依据,我们便着手进行拆卸,拆卸后经过测量,测量结果出乎意料之外, 缸套与活塞的配合间隙严重超标,按照该型柴油机的修换标准,更换缸套和活塞,或作搪缸后加大一级活塞,同时对活塞环也作了进一步的测量,且发现存在弹力严重不足的现象,并且为不合格品。

然后按照标准对活塞、活塞环、缸套进行了更换 ,通过反复航行试验一切正常。

结论：

由于活塞环的质量差,活塞与缸套的配合间隙超标,导致柴油机冒蓝烟、黑烟。

因此,我们在修理过程中应严把质量关,不要因为节省一点修理成本, 而将修理质量置之度外。

而通常造成的后果是柴油机不能正常运行,加大进一步修理的费用,严重者会造成机组过早报废。

END