船舶柴油机扫气箱着火分析及预防措施.doc

1、内容摘要摘要：本文针对柴油机的扫气箱着火原因进行分析，提出一些可能导致扫气箱着火的因素，并提出一些相应的处理办法以及一些预防的措施，以期减少该事故的发生，同时可供其他轮机管理人员借鉴和参考。关键词： 主机 扫气箱着火 故障分析ABSTRACT：This paper is about the cause of scavenging air box firing and the trouble being settled. The author analysis the cause of scavenging air box firing. Lessons should be drawn from

2、 this case. The author also lists some precautions about this case. The aim of the paper is to be reducing this accident.Keywords： main engine scavenging air box firing the cause of trouble14目 录1、故障现象42、柴油机扫气原理及特点43、引起扫气箱着火的相关系统53.1扫气与排气系统废气涡轮增压器53.1.1废气涡轮增压系统的总体结构53.1.2离心式压气机53.1.3废气涡轮机63.2燃油系统73.2

3、.1 燃油喷射系统73.2.2、 燃烧室部件104、扫气箱着火的原因分析及故障的排除104.1、扫气箱着火原因分析104.2 故障的排除115、扫气箱着火征兆及着火后的处理方法116、预防措施117、日常管理措施127.1扫气系统日常管理措施127.2喷油器的日常管理措施127.3 燃烧室部件的日常管理措施137.3.1活塞和活塞环的管理措施137.3.2气缸套的管理148、结论149、致谢15船舶柴油机扫气箱着火分析及预防措施前言扫气箱着火，是指沉积在扫气箱底部的油泥和碳渣混合物遇高温热源而燃烧。不完全燃烧的废气从扫气口进入气缸，使燃烧恶化，排温升高，增压器喘振，主机功率下降。不及时处理，将

4、造成停机，因而对船舶安全生产造成极大的危害。因此，提高轮机管理人员的安全管理意识，采取积极有效的管理措施，加强日常的维护保养是预防扫气箱着火的有效措施。1、故障现象凉山轮主机为二冲程半回流扫气十字头式柴油机，机型SULZER 6RLB56，制造年份：1984年，制造厂家：南斯拉夫造船厂，主机额定功率5600kW，额定转速130r/min。船舶行驶在印度洋海域时，发现三缸排烟温度较以前升高15摄氏度，测量爆压后以前比较发现稍稍减低。三天后，船舶泊靠巴基斯坦卡拉奇港清洁扫气道的时候，发现三号缸中的油泥多达两桶（每桶约16L），接近其他缸的三倍。2、柴油机扫气原理及特点 新气通过吸入口进入废气涡轮增

5、压器（由废气涡轮和离心式压气机组成），经压气机压缩后新鲜空气的压力和温度升高，然后经冷凝器冷却后导入进气管和扫气箱，经口琴阀后从图1. 扫气道和排气道剖视图气缸下不得扫气口进入气缸，进气流沿活塞顶面向对侧的缸壁向上流动，到气缸盖转向下流动，把废气从排气口中清扫出气缸。这种扫气方式突出的优点是：气缸盖上无气阀机构，结构简单，维护管理方便。但也存在缺陷：气流流动流动路线长（通常都大于2S）且流动路线是弯曲的，新鲜空气与废气容易掺混且存在死角与气流短路，因此换气质量差，同时缸套下部的进、排气口两侧受热不均匀，容易产生变形。3、引起扫气箱着火的相关系统3.1扫气与排气系统废气涡轮增压器3.1.1废气涡

6、轮增压系统的总体结构主机废气涡轮增压系统由柴油机.压气机、废气涡轮、空气冷却器、重力油柜和辅助鼓风机等基本元件组成。该系统采用单独增压系统，即主机只用废气涡轮增压器来实现增压。它可以满足主机的工作需要而不消耗主机的输出功。因此，它能够最有效地提高主机的功率，同时还能改善主机的经济性。涡轮增压器由一个轴流的涡轮机和一个径流的压气机组成。内部的转子安装在2个光滑的轴承上。废气涡轮增压器的轴承润滑融入到了发动机的滑油循环系统中，并且没有水冷却系统。压气机端的止推轴承和涡轮机端的光滑轴承分别由单独的两套管路通过主机滑油系统提供润滑。涡轮机端的壳体有隔热层。3.1.2离心式压气机离心式压气机主要由压气机

7、进气壳、进气消音器、压气机叶轮、扩压气、排气蜗壳等组成。其中，消音器的空气滤网和导流盆对空气过滤、倒流、消音。压气机叶轮由前弯的导风轮和半开式的工作轮组成。废气涡轮增压器的压气机采用了连续后弯叶片，使压气机在宽广的压比范围内保持高效率。首先，空气在进气通道的导流作用下，以最小的损失均匀进入压气机叶轮。在渐缩型的进气通道中，空气的压力、温度略有降低，流速提高。在压气机叶轮中，导风轮的扭曲方向和角度，是气流平顺地从轴向转到径向。空气随着叶轮的高速回转，因而产了离心力。这样，空气在叶轮叶片间随叶轮做圆周运动的同时，在离心力的作用下向叶轮外缘流动而被压缩。由于叶轮对气体做功，把叶轮的机械能变成了气体的

8、动能和压力能，因而气体的流速、压力、温度都升高了，其中流速升高了很多。被压缩的空气进入到了扩压器中，由于扩压器的流道逐渐扩大，使空气的动能转换为压力能，流速降低，压力升高。接着，被压缩的空气进入排气蜗壳。由于排气蜗壳的通道也是渐扩的，因而空气流过时继续将动能转换为压力能。衡量压气机的功能转换效率的指标是压气机的绝热效率。压气机等熵消耗的功与实际消耗的功之比，即为压气机的绝热效率。其中，压气机耗功在等熵绝热的理想情况下是最少的。但压气机实际消耗的功，由于要克服气体流动阻力等，比等熵功要大。离心式压气机的绝热效率一般为0.70.85。3.1.3废气涡轮机废气涡轮增压器采用轴流式涡轮机，由涡轮进气箱

9、、喷嘴环、工作叶轮、排气箱等组成。其中，喷嘴环由喷嘴内环、外环和喷嘴叶片组成。工作轮由轮盘和工作叶片组成，其中工作叶片轴向安装在轮盘边缘的槽口中，叶身为叶片的工作部分。具有一定压力和温度的废气从涡轮机进气箱流入喷嘴。在喷嘴收缩形的流道中膨胀加速，其压力和温度降低，而流速升高，部分压力能转变为速度能，并且使气流具有了工作叶片所需的方向。从喷嘴出来的高速气流进入叶轮叶片间的流道时，气流被迫转弯。由于离心力的作用，迫使气流压向叶片凹面而企图离开叶片凸面。使叶片的凹凸两面间产生压力差。此压力差的合力即为作用在叶片上的冲动力。作用在所有叶片上的冲动力对转轴产生一个冲动力矩。此外，叶轮叶片的通道也是收缩的

10、，废气在其中继续膨胀加速，其流出叶轮的相对速度大于流入叶轮的相对速度。当气流在旋转的叶轮中流动时，因膨胀加速而给涡轮以反作用力，使得涡轮又得到一个反动力矩。冲动力矩和反动力矩的方向是相同的，叶轮就在这两个力矩的共同作用下回转。由于工作轮在高速气流作用下旋转并作机械功，从进口到出口，气流的温度、压力和绝对速度均降低。废气涡轮所作的轮周功的大小主要取决于燃气的流量和热状态。燃气在涡轮中的流动损失主要有流动摩擦损失、叶轮摩擦鼓风损失、漏气损失和叶片进口撞击损失等。在涡轮不全进气的情况下，摩擦鼓风损失很大；涡轮在偏离设计工况下工作，气流进入叶片时就会产生撞击，偏离越大，撞击损失越大。气流在叶片流道中流

11、动时除了产生旋转力外，还产生轴向推力，使轴朝压气机方向窜动，因此必须在压气机端装设止推轴承图2.主机废气涡轮增压器3.2燃油系统燃油系统是柴油机重要的动力系统之一，其作用是把符合使用要求的燃油畅通无阻的输送到喷油泵的入口端个。该系统由五个基本环节组成：加装、测量、储存、驳运、净化处理和供给。从燃油舱柜中驳出的燃油在进机前必须经过净化系统净化。对于低质重油还需进行加热，现在船上大多采用蒸汽加热，加热的温度也因粘度要求而异，一般采用分段加热法。燃油舱中加热是为了便于驳运，因此确保油管出口附近燃油不发生凝固为原则，将油舱加热至15-20，出口附近为35-40即可。在沉淀柜中，要加热到50-70，以提

12、高沉淀效果。为了提高分离效果，分油温度不能太低，也不能太高。对于重油，最高不准超过98。在日用油柜中，重油温度应保持在70-80。为了使喷入汽缸中的燃油具有合适的温度以确保燃烧完全，对喷油泵前的燃油加热十分重要。雾化加热器的加热温度应在100-150。所以在日常的巡回检查时，应注意各处的燃油加热温度。3.2.1 燃油喷射系统燃油喷射系统采用传统的泵-管-嘴系统，每个气缸配有一台高压油泵和两只喷油器。燃油经供给泵和增压泵将日用柜中的重油输送到高压油泵。当主机工作时，柱塞式高压油泵同时向两只喷油器供油，喷油器将燃油雾化好后喷入气缸内燃烧；当主机不工作时，燃油经高压油泵和喷油器各自带有的回油管路将燃

13、油汇总到燃油出口管路。图示背压阀的作用是安装在燃油进口和回油口之间的，可以起到使燃油进口压力保持在8bar左右。1）高压油泵油泵工作时，凸轮由顶圆向基圆方向转动时，柱塞下行，当燃油进口处的油压大于吸油阀的启阀压力时，吸油阀被打开，燃油供入柱塞上的空腔内；凸轮转至顶圆在上止点时，柱塞在凸轮作用下向上运动，关闭套筒上回油孔，吸油阀在油压作用下向上落座关闭，燃油被柱塞压缩产生高压，燃油经由高压油管供入喷油器喷入气缸进行雾化燃烧，由电子调速器根图3. 主机高压油泵据系统设定的转速和调距桨的螺距来实时调节供入高压油泵的油量，油泵中油门齿条与齿圈啮合，当拉动油门齿条时，齿圈转动带动柱塞转动，柱塞上的螺旋槽

14、与套筒上的回油孔之间的相对位置发生变化，从而改变了柱塞的有效行程，改变喷油量；当柱塞上的直槽对正套筒上的回油孔时，柱塞有效行程为零，此时油泵不供油。油泵不工作时，来自油泵燃油进口管8bar压力的燃油克服吸油阀弹簧的压力，将吸油阀打开，进入油泵燃油压缩空间。一部分燃油进入高压油管和喷油器，然后经喷油器燃油回油管回到回油总管；一部分燃油通过套筒下部的回油孔回到回油总管，这样燃油可以在油泵和喷油器内循环。在使用和停车状态下，燃油都可以在油泵和喷油器内循环，柴油机停车和机动航行时都不需换油。2）喷油器燃喷射过程 在喷油泵的出口端和喷油器的入口端分别装上压力传感器,测量的喷油器出口压力Pp随曲轴转角的变

15、化规律;喷油器进口压力Pn随曲轴转角的变化规律；针阀升程h随曲轴转角的变化规律分别如图5中的 （a）、（b)、 (c) 所示。图示曲线将从供油始点到喷油终点的喷射过程分为三个阶段（如图4所示）： （1）喷射延迟阶段 由于燃油的可压缩性，高压油管的弹以及高压系统的节流作用等原因使得喷油器的喷油始点Ou滞后于喷油泵的供油始点。由此，存在着供油提前角p和喷油提前角n。 （2）主要喷射阶段 本阶段内由于瞬时供油量大于喷油量，所以喷油压力继续升高，燃油是在不断升高的高压下喷入气缸，循环喷油量的大部分在本阶段内喷入气缸。通常称针阀开启的燃油压力Pn为喷油器的启阀压力。显然，本阶段的长短主要取决于柴油机负荷

16、，负荷越大，本阶段越长。 （3）尾喷阶段当喷油泵停止供油时，由于原压缩燃油在低压下膨胀，高压油管在低压下收缩以及系统图4 喷射过程曲线图 的节流作用，使得喷射系统中的压力下降得较为迟缓，针阀仍保持开启。燃油是在不断下降的压力作用下喷入气缸，使燃油雾化不良，甚至产生滴漏现象。当燃油压力降低到压力Pk时针阀落座，喷油结束，此压力称针阀落座压力。3.2.2、 燃烧室部件燃烧室部件是柴油机中最重要的部件，包括活塞组件、气缸盖组件、气缸组件。当活塞处于上止点时，由气缸盖底面气缸套内表面及活塞顶共同组成的燃料与空气混合和燃烧的这一空间称为燃烧室。4、扫气箱着火的原因分析及故障的排除4.1、扫气箱着火原因分

17、析扫气箱着火的原因很多，主要分为以下几个方面：1）扫气温度升高。例如空气冷却器脏堵；扫气压力降低，排气倒流；气缸燃气泄漏而引起扫气箱着火；2）燃烧系统（1）燃烧不良。例如喷油器工作不正常，影响雾化和喷射；燃油过冷，预热不够；喷油泵定时调整不当；柴油机负荷急剧变化，暂时进气不足，燃烧恶化；扫气系统污染造成气缸进气不足等等引发扫气箱着火；（2） 燃烧产物泄漏。例如活塞环磨损，卡住和断裂；气缸润滑不良，密封性变差；气缸摩擦表面损坏，纵向沟纹泄漏；负荷急剧变化，引起活塞环密封效果变坏，从而引发扫气箱着火；3）外界因素的影响（1） 大转速赶航班，此时柴油机在高负载、大功率下运转，极易因为某一缸的状态不佳

18、，燃气向下窜而造成扫气箱着火；（2） 风浪天气航行时，轮船上下左右颠簸起伏。当尾部下沉时，负载增大，油门自动加大，转速下降，柴油机处于大功率，低转速下运行；当尾部上升时，情况相反，此时柴油机在交变负载情况下工作，最易引起工况薄弱的缸扫气箱着火。此时管理者不要盲目开大转速，一定要降速航行，同时最大油门限制必须调小，维持航向保证安全，等风浪小时再恢复原车速；（3） 网缠绕桨叶。由于近洋海域渔网较多，船在近洋线上走，桨叶被缠绕的机率多。一旦桨叶被缠绕，柴油机的负荷增大，转速下降，扫气压力降低，造成燃烧恶化，引起扫气箱着火。识别的办法主要通过观察油门刻度所对应的转速，以及海浪的影响，与正常时进行比较；

19、或船体、主机、尾轴有否异常振动等。如发现异常，可采用倒车的办法处理。4.2 故障的排除故障发生后，对柴油机进行了盘车检查。盘车检查过程中，发现活塞环第一道环无弹性，其它活塞环弹性也不是很好，而且表面呈现黑色，于是大管轮决定第二天对三号缸进行吊缸检查。第二天吊缸后发现第一道活塞环已经断裂，其他活塞环测量后搭口间隙后，发现已经超出说明书容许的范围，气缸套活塞运行至上止点时第一道活塞环所处位置处有一个小凸台。测量缸套圆周度后发现缸套磨损量在说明书容许范围内，轮机长和大管轮研究后决定用砂轮机将凸台打平，更换备用活塞，并将所有活塞环换新，同时将扫气口用锉刀做适当锉削。之后将此缸装复。5、扫气箱着火征兆及

20、着火后的处理方法如果发现某个气缸工作状态变差，如排烟温度开始升高，每次测取的压缩压力和爆炸压力较平时或其它气缸低，在清洗扫气箱发现油泥渣增多或缸套出现划痕，航行时触摸扫气箱道门温度升高，这就说明该气缸的扫气箱即将着火，此时应选择单缸减油门或增减高压油泵底部垫片来调整。扫气箱一旦着火，管理者不要惊慌失措，首先通知驾驶台，降低油门，维持船舶航向，马上通知轮机长到达机舱。如果海况允许，停车、待降温后清洗扫气箱或吊缸处理；如果海况不允许，此时要单缸性停油或最大限度地调小该缸的油门，同时，采用蒸汽灭火。火熄灭后，可适当调大一些油门，但管理者要时刻观察，防止该缸扫气箱重复着火，维持到海况允许后处理。等到停

21、车检查时，打开扫气箱，盘车检查气缸活塞组件等有无烧损现象，并在活塞杆上涂以滑油。6、预防措施1） 每班把扫气箱的排放阀逐个打开一会儿，以放泄残油；2） 定期检查清洁扫气空间，避免扫气空间内积聚油污过多；3） 在部分负荷时，减少气缸油的注入量；4） 使扫气温度恒定，不使其升高；5） 避免长时间低速运行，低速运行将造成燃烧不良；6）避免超负荷运行，超负荷加剧磨损和燃气泄漏；7） 在大风浪时降低柴油机的转速，避免负荷突变的范围过大；8） 正确调整喷油器的雾化状态和喷油泵的喷油定时；9） 定期检查活塞环的状态，对磨损、断裂和粘着的活塞环及时更换；10） 定期检查气缸套的磨损，圆度和锥度情况，超过磨损极

22、限时应及时更换和修理。7、日常管理措施7.1扫气系统日常管理措施扫气压力和排气温度，是评价柴油机状况的重要参数。扫气压力受到机舱环境温度、增压器转速、滤网和中冷器结垢程度等影响；排气温度受增压器喷嘴环、涡轮叶片以及废气锅炉烟管脏污程度所影响，所以平时要加强对这些设备的维护和管理。对于机舱鼓风机，平时要定期测量电机绝缘，更换轴承，保证鼓风机高效运行，降低机舱环境温度，使其不超过45。对增压器的管理，除了尽量使各缸燃烧完好外，建议每到5000小时要拆检增压器一次，清洁保养喷嘴环、叶轮等。对中冷器，每过8000-10000小时要化学清洗一次。管理者平时可通过测取柴油机平均有效压力、增压器转速、空冷器

23、U型压力差、扫气压力、进出中冷器空气温度、海水温度等数据对照说明书来综合分析判断，制定正确的维护保养周期。对于气阀定时，也要视情制定检查周期，防止因凸轮磨损或其它原因造成气阀延迟开启，提早关闭，排气不完全影响燃烧，严重时燃气倒窜造成扫气箱着火。对增压器辅助鼓风机的电机，除了定期保养外，一定要备一至二台在船上，以备应急之需。7.2喷油器的日常管理措施在日常的维修保养中，根据柴油机的运行状况，对喷油器进行定期的预防性检查和不定期的诊断性检查，以保证喷油器始终能提供良好的喷油质量。检查的内容包括：启阀压力，雾化质量和针阀偶件的密封性。对于不同机型的柴油机，其值一般在20-35MPa之间。喷油器长期使

24、用后，启阀压力可能因调节螺钉松动，弹簧折断或卡阻，顶杆与针阀磨损或卡阻等原因而变动，因此必须经常进行检查；喷油器密封性检查包括针阀与针阀体柱面和针阀与阀座两处密封性的检查。7.3 燃烧室部件的日常管理措施7.3.1活塞和活塞环的管理措施活塞头部与燃气接触，承受高温和高压。活塞裙部与气缸套接触，产生摩擦和磨损。活塞头和活塞裙分别用耐热合金港和耐磨铸铁制造，然后用螺栓联接。活塞头的顶部呈下凹形，利于扫气和受热后自由膨胀，也利于燃油和空气混合。在活塞头的侧面车有四道镀铬的活塞环槽，构成活塞环带，以装配活塞环密封燃烧室。活塞采用滑油冷却。活塞环受到高温高压燃气的作用，而且在工作中被活塞带动相对于气缸作

25、往复运动，由于气体压力，活塞环往复运动的惯性力和气缸套间产生的摩擦力，活塞横向震动和气口挂碰等作用使活塞环在环槽中产生十分复杂的运动。活塞环在高温下工作，润滑条件较差，在环槽中的运动又复杂，使它与气缸套，活塞环槽之间产生严重的摩擦和磨损。活塞环因震动，与气口挂碰，弹性张合扥作用有可能产生裂纹或折断。活塞环必须封住活塞和气缸套之间的间隙，这种密封是靠活塞图5.主机活塞环自身的张力和作用在活塞环上面和背面的气体压力来实现的。如果由于活塞环选配间隙太大或太小，或磨损太甚，活塞环槽磨损后变宽或形成台阶，气体压力就无法迫使活塞环压向活塞环槽平面和压向气缸套内壁，不能形成良好的密封，造成漏气。其结果会使活

26、塞环和活塞环槽大量积碳，纵而使活塞环不能在环槽内活动；或环槽内积炭使活塞环在交变的弯曲下断裂，燃气漏泄，促使油膜破坏，导致气缸套磨损加剧；燃气下窜，引起扫气箱着火。预防的措施：一是加强气缸内部定期的检查，通过人进入扫气箱，盘车检查，并做好记录；二是通过记录数据的比较和现场观察，一旦发现活塞环粘住、折断、活塞环槽断裂，或缸套拉痕严重，马上进行吊缸。建议扫气箱内部检查周期为400-600小时，活塞检修周期为2000-3000小时。勤检查，及时发现，早做处理是预防扫气箱着火非常有效的措施之一。7.3.2气缸套的管理活塞环-气缸套是柴油机中重要的具有往复运动的部件。活塞环与气缸套受到高温高压燃气的作用

27、和冲刷，产生很大的机械应力与热应力，且工作表面也受到严重的摩擦。在工作中主要防止缸套过度磨损和椭圆度、锥度的产生。吊缸时，注意检查缸套注油有否堵塞，平时值班要注意注油器上观察管玻璃有否裂纹，止回阀钢珠有否跳动等等。测量缸套时要注意二个参数：一是磨损量；二是椭圆度、锥度。当这两参数同时超限时，椭圆度、锥度大的这缸要先换新。另外，可以采取以下途径来减少气缸套的磨损：1 ） 加强燃油和燃烧的管理。燃油质量及其燃烧质量对缸套磨损影响很大，加强燃油品质的选择和净化处理科有效的防治和减少腐蚀磨损和磨粒磨损；2 ）保证良好的气缸润滑条件；3 ）关注气缸冷却水温度。冷却水温度过高或过低都会加剧缸套的磨损。加强

28、冷却水的管理和定期进行水处理，注意水温的变化和调节使水温保持在要求的温度范围内等；4 ）保持活塞与气缸套之间的正常配合间隙。活塞运动装置具有良好的对中性，是其正常运转的重要工艺条件，定期吊缸，检测与调整活塞与气缸之间的配合间隙，以免产生敲缸，拉缸等故障。8、结论经过对船舶柴油机扫气箱着火原因的探讨，找出了各种可能导致扫气箱着火的外因以及内因，并且对此提出了一些预防的措施。而从这些导致扫气箱着火的诱因来看，只要平时做好维护保养工作，在大部分情况下，扫气箱着火是可以避免的，除非遇到不可抗力的作用。此外，在平时应该认真做好维修保养工作，特别是做好喷油系统及燃烧室部件的管理，定期的清理扫气道及扫气箱，

29、不让可燃物在里面堆积，就可以有效的防止扫气箱着火。9、致谢 通过为期四个月的船上实习，本人顺利的完成了毕业论文，在这里，要感谢指导轮机员蔡少良先生以及轮机长贺孝明先生。在两位师傅的帮助和教导下，让本人学到了很多实际的操作技能。指导轮机员在本人实习过程中给予了很多的帮助，在平时的工作过程中，他认真地讲解各种机械的工作原理以及常出现的故障及解决的方法，还在休息的时间不厌其烦的解答本人的疑惑。此外，在撰写毕业论文的过程中轮机长给予本人很多的帮助，在选题以及实际的写作过程中都给了很多的建议和意见。在此，本人真诚的感谢两位师傅，对他们致以最崇高的敬意和最真挚的谢意！【参考文献】1钱耀南.船舶柴油机M.大

30、连:大连海事大学出版社，1999.2朱建元.船舶柴油机M.北京:人民交通出版社，2004.3杜荣铭.船舶柴油机M.大连:大连海事大学出版社，1999.4满一新.船机维修技术M.大连:大连海事大学出版社，1999.5王永坚，陈景峰，高占斌等“SR”号船扫气箱着火分析及预防措施J.世界海运，2006：1516.6张存有，王增明.大型柴油机活塞清洁环的使用管理.世界海运，World Shipping，2003年05期.7黄步松，吕凤明.某轮主机扫气箱着火原因及对策第四届长三角科技论坛航运分论坛暨2007年苏浙闽沪航海学会学术研讨会论文汇编，2007年.8俞文胜，林开进.船舶扫气箱着火故障分析和预防.船海工程，Ship & Ocean Engineering，编辑部邮箱2009年06期.