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柴油发电机冒黑烟问题研究
添加时间：2017-08-14 13:31:23
摘 要：介绍了柴油发电机的工作原理，根据设备质量要求进行参数比对，最后确认故障发生的原因。通过对柴油发电机冒黑烟问题的研究，可以避免同样问题再次出现，提高报验质量。
关键词：柴油发电机；调速器；增压器；高压油泵；喷油器０ 引言
上海外高桥造船２０１４年实现８批次出坞、２９条船交付、手持订单世界第一的好成绩，但与欧美造船仍有巨大差距。因此，我们在注重造船数量和速度的同时，也要加强质量控制。
从技术层面上深入分析各种生产问题，特别是发电机、主机等大型设备的技术工艺研究。
１ 柴油发电机冒黑烟问题的提出
２ 柴油发电机的工作原理
船舶柴油发电机由柴油机和发电机组成。发电机由定子、转子、励磁线圈、控制面板等组成。柴油机由油底壳、曲轴、连杆、活塞、机架、缸套、高压油泵、调速器、缸头设备等组成。发电机燃油经过高压油泵加压，通过喷油器喷入气缸，气缸在压缩至近上止点处爆燃带动活塞做功，活塞推动连杆曲轴转动，然后通过曲轴传递到发电机转子，转子切割磁感线产生电流输出。期间控制面板的电压控制单元ＡＶＲ和发电机的调速器共同作用，保证发电机的电压、电流、频率稳定。
３ 柴油发电机部件故障分析
３．１ 调速器导致冒黑烟
调速器通过调节油门保持发电机转速稳定，确保发电机频率稳定在６０Ｈｚ（国外５０Ｈｚ）。但是在起动初期，发电机调速器的电动马达快速动作，导致油门杆动作，虽然调速器内部存在ＰＩＤ调节，但是也无法克服巨大的油门变化需求，所以会产生燃油供应过量问题，导致柴油机冒黑烟。正常情况只要不超过额定转速的１１０％视为正常，并且无设备报警信号产生。
拆开调速器，首先检查重锤是否运行正常，然后检查内部弹簧是否牢固。当我们与厂家探讨需要更换调速器时，服务工程师提出更换内部滑油的建议。因为滑油种类必须是液压传动滑油，否则阻尼系数增加，进而导致动作灵敏度降低。从图１中调速器油位指示观察孔可以看到液位，并且有用油要求。
３．２ 增压器导致冒黑烟
在供油一定的情况下，发电机增压器是通过增加进气量来提高发电机的功率，进而节省燃油、增加燃油利用率。但是在起动初期由于增压器的惯性，转速增加很慢，加上低流量高背压和低速效应使发电机转速在初期起不到增加进气量的作用。
燃油和进气量的悬殊匹配导致缓燃期增加，排气温度相应升高，甚至无法全部燃烧，从而有黑烟冒出。
我们对增压器进行拆检，确定增压器内部安装正确，精度符合要求，但是存在大量锈蚀（图２）。
３．３ 高压油泵导致冒黑烟
发电机的高压油泵供给高压燃油，通过调节油泵柱塞上的回油孔与柱塞之间的位置来调节燃油的供油量。在柴油机胎架实验时，通过调节各调节旋钮使每个气缸发火均匀。
如图３所示，通过手动调节各柱塞斜切口的初始点的位置来改变初始供油量，进而尽可能避免供油过量的情况。
３．４ 喷油器导致冒黑烟
发电机的喷油器是把高压油泵提供的燃油在气缸内雾化的设备。雾化的优良直接影响燃烧的是否充分。其主要由喷嘴、弹簧、针阀偶件、调节螺母等组成。因此，我们松掉锁紧螺母，调节弹簧预紧力，改变喷油器的雾化状况。
３．５ 活塞环导致冒黑烟
活塞环主要由刮油环、密封环、承磨环组成。活塞环有泵油和刮油的区别。如果安装方向错误，滑油被送入气缸燃烧，导致冒黑烟。在拆检过程中，我们未发现有活塞环安装错误或者损坏。
３．６ 排气阀导致冒黑烟
排气阀气门间隙过大或者有固体杂质损坏阀与阀座的接触面。通常情况下当活塞到达上止点时，排气阀关闭，喷油器发火，燃油在气缸内燃烧做功，第四冲程排气阀打开排出废气。
如果气门间隙调节不到位，燃烧的气体通过间隙逃出气缸，甚至燃气无法达到燃烧温度。
４ 柴油发电机参数故障分析
４．１ 正时偏差导致冒黑烟
当发电机正时不对滞后发火时会导致缓燃期延长，排气冒黑烟。曲轴的主齿轮通过惰齿轮与正时齿轮联动，达到活塞曲轴运行与进排气阀高压油泵凸轮运行默契。当惰齿轮精度不高、传输有误差时就无法避免地导致发火时间提前或者滞后。
当滞后发火时，会直接导致燃烧不充分，排烟排温升高。
４．２ ＡＶＲ参数设置错误导致冒黑烟
ＡＶＲ调试参数如表１所示。
４．３ 发电机相关参数错误导致冒黑烟
发电机参数设置错误可能导致排烟高温。我们针对几个关键参数进行校对。预润滑油泵０．０２ＭＰａ低压报警，滑油滤器压差０．１ＭＰａ高压报警，滑油进口０．２５ＭＰａ低压报警，起动空气进机压力１．５ＭＰａ低报警，控制空气压力０．６ＭＰａ低报警。发现参数设置正确，排除参数问题的可能性。
５ 附属设备导致冒黑烟
当发电机处于高负荷运行时，机舱风机必须至少１台抽风１台送风，设备缸套水预加热单元必须提前进行预加热操作，设备滑油必须定期抽检并做分油器净化处理。增压器滤器必须更换滤网处理，并进行压缩空气扫灰。
６ 结语
通过上述详细分析筛选，我们发现柴油机冒黑烟是可以避免的。在将来的船舶建造过程中要做好柴油机的仓储、运输、安装及调试的精细化检查工作，落实专项外检ＱＣ小组的责任，确保各方面万无一失。
关键词：柴油发电机；调速器；增压器；高压油泵；喷油器０ 引言
上海外高桥造船２０１４年实现８批次出坞、２９条船交付、手持订单世界第一的好成绩，但与欧美造船仍有巨大差距。因此，我们在注重造船数量和速度的同时，也要加强质量控制。
从技术层面上深入分析各种生产问题，特别是发电机、主机等大型设备的技术工艺研究。
１ 柴油发电机冒黑烟问题的提出
在整个机舱设备中，船舶柴油发电机是仅次于主机的大型动力设备。它为全船提供电力输出，因此船东对柴油机的调试报验要求特别高。Ｈ１２７３船是ＯＬＤＥＮＤＯＲＦＦ公司委托ＢＰ建造组在我公司建造的第三艘２０万吨级大型矿砂船。建造过程中，船东和建造组提出各种难题和非常高的品质要求。在船舶系泊试验期间，船东发现发电机起动初期冒浓烟，要求船厂给予解释。因此，本文就船舶柴油发电机冒黑烟做详细分析，为高质量完成柴油发电机调试总结经验。
２ 柴油发电机的工作原理
船舶柴油发电机由柴油机和发电机组成。发电机由定子、转子、励磁线圈、控制面板等组成。柴油机由油底壳、曲轴、连杆、活塞、机架、缸套、高压油泵、调速器、缸头设备等组成。发电机燃油经过高压油泵加压，通过喷油器喷入气缸，气缸在压缩至近上止点处爆燃带动活塞做功，活塞推动连杆曲轴转动，然后通过曲轴传递到发电机转子，转子切割磁感线产生电流输出。期间控制面板的电压控制单元ＡＶＲ和发电机的调速器共同作用，保证发电机的电压、电流、频率稳定。
３ 柴油发电机部件故障分析
３．１ 调速器导致冒黑烟
调速器通过调节油门保持发电机转速稳定，确保发电机频率稳定在６０Ｈｚ（国外５０Ｈｚ）。但是在起动初期，发电机调速器的电动马达快速动作，导致油门杆动作，虽然调速器内部存在ＰＩＤ调节，但是也无法克服巨大的油门变化需求，所以会产生燃油供应过量问题，导致柴油机冒黑烟。正常情况只要不超过额定转速的１１０％视为正常，并且无设备报警信号产生。
拆开调速器，首先检查重锤是否运行正常，然后检查内部弹簧是否牢固。当我们与厂家探讨需要更换调速器时，服务工程师提出更换内部滑油的建议。因为滑油种类必须是液压传动滑油，否则阻尼系数增加，进而导致动作灵敏度降低。从图１中调速器油位指示观察孔可以看到液位，并且有用油要求。
３．２ 增压器导致冒黑烟
在供油一定的情况下，发电机增压器是通过增加进气量来提高发电机的功率，进而节省燃油、增加燃油利用率。但是在起动初期由于增压器的惯性，转速增加很慢，加上低流量高背压和低速效应使发电机转速在初期起不到增加进气量的作用。
燃油和进气量的悬殊匹配导致缓燃期增加，排气温度相应升高，甚至无法全部燃烧，从而有黑烟冒出。
我们对增压器进行拆检，确定增压器内部安装正确，精度符合要求，但是存在大量锈蚀（图２）。
３．３ 高压油泵导致冒黑烟
发电机的高压油泵供给高压燃油，通过调节油泵柱塞上的回油孔与柱塞之间的位置来调节燃油的供油量。在柴油机胎架实验时，通过调节各调节旋钮使每个气缸发火均匀。
如图３所示，通过手动调节各柱塞斜切口的初始点的位置来改变初始供油量，进而尽可能避免供油过量的情况。
３．４ 喷油器导致冒黑烟
发电机的喷油器是把高压油泵提供的燃油在气缸内雾化的设备。雾化的优良直接影响燃烧的是否充分。其主要由喷嘴、弹簧、针阀偶件、调节螺母等组成。因此，我们松掉锁紧螺母，调节弹簧预紧力，改变喷油器的雾化状况。
３．５ 活塞环导致冒黑烟
活塞环主要由刮油环、密封环、承磨环组成。活塞环有泵油和刮油的区别。如果安装方向错误，滑油被送入气缸燃烧，导致冒黑烟。在拆检过程中，我们未发现有活塞环安装错误或者损坏。
３．６ 排气阀导致冒黑烟
排气阀气门间隙过大或者有固体杂质损坏阀与阀座的接触面。通常情况下当活塞到达上止点时，排气阀关闭，喷油器发火，燃油在气缸内燃烧做功，第四冲程排气阀打开排出废气。
如果气门间隙调节不到位，燃烧的气体通过间隙逃出气缸，甚至燃气无法达到燃烧温度。
４ 柴油发电机参数故障分析
４．１ 正时偏差导致冒黑烟
当发电机正时不对滞后发火时会导致缓燃期延长，排气冒黑烟。曲轴的主齿轮通过惰齿轮与正时齿轮联动，达到活塞曲轴运行与进排气阀高压油泵凸轮运行默契。当惰齿轮精度不高、传输有误差时就无法避免地导致发火时间提前或者滞后。
当滞后发火时，会直接导致燃烧不充分，排烟排温升高。
４．２ ＡＶＲ参数设置错误导致冒黑烟
ＡＶＲ调试参数如表１所示。
４．３ 发电机相关参数错误导致冒黑烟
发电机参数设置错误可能导致排烟高温。我们针对几个关键参数进行校对。预润滑油泵０．０２ＭＰａ低压报警，滑油滤器压差０．１ＭＰａ高压报警，滑油进口０．２５ＭＰａ低压报警，起动空气进机压力１．５ＭＰａ低报警，控制空气压力０．６ＭＰａ低报警。发现参数设置正确，排除参数问题的可能性。
５ 附属设备导致冒黑烟
当发电机处于高负荷运行时，机舱风机必须至少１台抽风１台送风，设备缸套水预加热单元必须提前进行预加热操作，设备滑油必须定期抽检并做分油器净化处理。增压器滤器必须更换滤网处理，并进行压缩空气扫灰。
６ 结语
通过上述详细分析筛选，我们发现柴油机冒黑烟是可以避免的。在将来的船舶建造过程中要做好柴油机的仓储、运输、安装及调试的精细化检查工作，落实专项外检ＱＣ小组的责任，确保各方面万无一失。
