大连中远海运川崎船舶工程有限公司质保部 辽宁大连 116052
摘要：船舶主机工厂试验时的燃油消耗率是要求保证项目，而燃油消耗率高是有代表性的工厂试验问题之一。燃油消耗率高不仅证明柴油机装配调整不到位，而且直接影响船舶营运燃油的经济性，极大地影响了运营成本。文中针对主机燃油消耗率高的问题，列举原因并分析判断，利用故障因素排查法，找到了主机的喷油器故障，修复后的主机燃油消耗率达到要求。
关键词：主机；油耗率；故障分析；
引言
主机油耗率是指在单位时间内主机额定功率所消耗的燃油量。它是柴油机运行经济性的主要衡量指标之一，能大致反映柴油机在工厂试验前调整是否使柴油机达到较好的燃烧和工作状态。主机油耗率高，经济性会下降，同时也说明柴油机的运行状况存在问题，也是对柴油机进行性能分析的重要参数和依据。为了证明柴油机的运转正常和保证柴油机出厂的经济性要求，工厂试验时油耗率的数值应该不超过技术协议中要求的规定值。某船的主机机型为MAN B＆W，6S50MB9，缸径500 mm，行程S=2214 mm，发火顺序1-5-3-4-2-6，主机技术协议的油耗率要求为：在85%负荷时，160.4 g/kWh+3%。
1.故障现象
某船主机在进行工厂试验时，主机的油耗率为167.8 g/ kW /h，远高于技术协议的要求，并且比同型船的同型主机油耗率163.6g/kW/h高。
2.故障分析
在主机油耗率的测试中，使用燃油流量计测量燃油消耗量，并使用水力测功器测量输出功率。这两个仪器的计测准确度直接影响到燃油消耗率的数值。
油耗率是反映柴油机工厂调整好坏的重要参数，而影响燃油消耗率的两大因素是平均有效压力和燃油喷射与燃烧质量。
针对影响油耗率高的各可能因素，列出如下的各具体问题点，并进行逐一分析：
1）仪器故障。
2）增压器的故障。
3）空冷器的故障。
4）存气垫片的厚度是否正常。
5）喷油器故障。
6）燃油凸轮和排气凸轮的正时问题。
7）活塞环的开口方向。
2.1 仪器故障
主机试车时，对主机燃油消耗量的计测，主要是采用燃油流量计，计测一段时间内的燃油消耗量，然后减去泄漏量。流量计必须在有资质机构的有效检定期内，除有燃油消耗量计严重计测出入，一般可以不考虑因燃油流量计对油耗率高的影响。
水力测功器确认。理论上从0负荷到100负荷之间的各理论负荷点连线应在条直线上；实际中连线可能不在一条直线上，偏差的控制要求是不超过1%。
2.2 增压器故障
增压压力升高主要是由柴油机引起的。常见的是柴油机负荷过大或喷油系统故障使燃烧不良、后燃严重，导致废气能量增加，涡轮转速提高，增压压力升高。排气阀漏气、开启过早也会产生类似的情况。
增压压力下降主要原因是废气涡轮和压气机通流部分脏污。若增压压力降低的同时增压器的转速没有明显下降，则可能是压气机故障引起的。如压气机进口滤器和消音器堵塞，内部气流通道积垢，增压器轴封、气封漏气，扫气箱漏气等。
若增压压力降低的同时发现增压器的转速也明显下降，说明废气能量不足。在柴油机方面可能是喷油提前角过大、排气阀开启较晚、缸套活塞漏气等原因引起的；在废气涡轮方面可能是喷嘴环变形使通流面积增大、涡轮前排气管膨胀接头漏气等原因引起的。此外由于轴封结炭、轴承故障使转子阻力增大也会使增压器增压压力下降，转速降低。应具体查明原因，予以排除。
2.3 空冷器故障
空冷器的工作正常与否，直接影响到扫气压力。扫气压力太高时，则由于燃油与空气混合气浓度过低，燃烧速度很慢，后燃增多，排气带走的热量相对增加，燃油效率反而增加。
扫气压力太低意味着进人气缸的空气量减少，引起气缸内燃烧不良，后燃加重，排温升高。空冷器换热面脏污、冷却海水量不足、空冷器空气侧严重堵塞等，都使得扫气压力降低。
2.4 存气垫片
存气垫片的厚度，影响气缸的工作容积。在柴油机其他配置与参数不变的情况下，根据主机专利厂商的经验，存气垫片变化对油耗影响很小，存气垫片与油耗之间也不存在绝对的线性关系。存气垫片对油耗率的影响一般在±0.5 g/kWh 以内，即有的负荷略低，有的负荷略高。
由于本台主机要求适当降低85%负荷处气缸最大燃烧压力和压缩压力之差，所以通过将原存气垫片厚度26mm，增加到29mm，以增加柴油机的压缩压力，藉此来降低柴油机的气缸最大燃烧压力和压缩压力之差。通过对同型的未增厚存气垫片（26mm）主机与增厚存气垫片（29mm）主机的测试数据进行对比，发现在ISO工况下，在25%、50%、75%、85% 负荷处，两台主机油耗率值基本相近，其中油耗相差最大的为 75% 负荷处，为0.35 g/kWh；其余负荷未增厚主机油耗率比 增厚主机稍小，但在100% 负荷处则比其稍大。
2.5 活塞环的开口方向
活塞环是柴油机燃烧室的组成零件之一，具有保持活塞与气缸套之间的有效密封性作用和传递热量给气缸壁的散热作用。活塞环的密封作用是依靠本身的弹性和作用在它上面以及漏到环内侧的气体压力，使环紧紧贴合到气缸壁和活塞环槽壁上。这样就阻止了气体通过活塞与气缸壁之间的间隙漏至气缸下部空间。通常活塞上要设置多道活塞环，但由于活塞环要留有搭口间隙，因此为减少通过搭口的漏气，安装时各活塞环的搭口不要摆在上下一条直线上，应该错开并且相邻环的斜搭口方向要彼此相反。由于活塞环开口方向问题或活塞环损坏，致使活塞与气缸套的密封性破坏，产生漏气现象，将使燃油效率升高。
2.6 喷油器故障
喷油设备工作正常与否，将直接影响柴油机的燃烧质量。喷油器发生故障，将无法保证可燃混合气的形成质量，保证不了燃烧质量。喷油器的异常喷射——二次喷射、滴油都将会使柴油机的喷油持续期延长，后燃严重，排温升高。喷油器的开启压力必须在要求的范围内。开启压力必须大于关闭压力，关闭压力越接近于开启压力，则喷雾质量越好。在喷油系统其他参数一定的情况下，喷油器开启压力的大小决定了喷油系统油压的大小。
2.7 燃油凸轮及排气凸轮的正时
喷油定时显著影响燃烧过程及燃油消耗率。喷油提前角过大，将因喷油时刻缸内工质状态不利于着火，使滞燃期增长，最高爆发压力过高，燃烧粗暴。反之，若喷油提前角过小，将因着火前缸内温度与压力已下降，而使滞燃期也增长，但活塞已下行使最高爆发压力降低，后燃增加，排气温度上升。
喷油及排气定时不对，则供油或者排气将出现问题，因二者是通过同一传动机构来传动的，说明总的传动机构出现故障。
3.故障处理
3.1 故障剖析
对水力测功器进行确认，在油耗率测量时，各测量负荷区域的负荷误差均符合要求。
通过查看增压器转速、空冷器前后空气的温度、扫气压力数值，判断增压器和空冷器工作正常，。
对各缸进行存气垫片厚度的检查，确认存气垫片厚度都是29mm。
通过盘车，并辅以照明，利用扫气口检查活塞环工作状况。当活塞上行，通过扫气口时，用布清洁活塞环和活塞裙部，仔细观察活塞环的搭口位置和方向、及工作表面情况。经检查，各缸活塞环搭口符合要求，活塞环无故障现象（即黏着、咬死、折断）。
当对各缸进行喷油定时和燃油定时检测时，测得供油和排气的升程高度和凸轮角度均在说明书规定的范围内。且从曲柄箱内及外部专用检查孔检查中并未发现可能造成定时变化如松动、滑动、卡阻、错位或损坏等迹象。
将各缸喷油器拆解后，进行启阀压力的测试。检查所用设备是喷油雾化试验台。检查前必须先检查设备本身的密封性，即当关闭试验油泵的出口压动试验油泵使油压升至启阀压力以上时，油压应缓慢降落而不骤降。检查时接上试验的喷油器，先排除空气，然后观察开始喷油时的压力即启阀压力。启阀压力是喷油器开始喷射时的最低压力，对雾化质量影响很大，所有柴油机说明书中都规定了喷油器的启阀压力，本台主机的数值要求为35MPa～38MPa之间。但试验结果是：12个喷油器中，有9个喷油器不合格，均小于规定的数值。
通过以上几点原因的分析、诊断、检查最后断定为喷油器启阀压力小的故障，导致燃油消耗率高。
3.2 故障处理及结果
将原有不合格喷油器进行拆解后，全部更换为新的合格的喷油器。再次进行主机85%负荷实验，对油耗率进行测量，燃油消耗率为163.4g/kW/h。与之前额的油耗率数值进行对比，燃油消耗率降低了3.4 g/kW/h。满足技术协议要求，与同型主机油耗数值也非常接近，达到工厂检验的要求。
4.结论
1）大型柴油机燃油消耗率高的因素，可以归结为：空气供应系统工作故障和燃油喷射系统工作不良引起。对空气供应系统主要是检查增强器、空冷器、活塞环开口方向、存气垫片等的状况。对燃油喷射系统主要是检查喷油器、燃油凸轮及排气凸轮的正时等的情况。空气供应不足或过剩、燃油供应不足或不及时，导致油气两者不能很好混合和燃烧，都会使燃油消耗率上升。
2）在柴油机的传统管理中，对气的管理较为重视，注重增压器、空冷器等的维护和保养。且有较充分的仪表，便于对其工作状态的监测和问题排查。而对油系统的维护和检查，不如气系统方便，增加了对主机油耗率高故障分析与排除的难度。
3）对电控柴油机，燃油喷射系统是由主机电子控制系统进行控制。控制系统对喷射压力、喷油量、喷油正时的运转适应性和精确控制均影响到燃油消耗率。所以，对电控制柴油机也要主机设定和检查控制系统的参数设定和控制系统版本。