船用柴油機氣缸潤滑的理論和實踐探討(一)

1、船用柴油機氣缸潤滑的理論和實踐探討（一）船舶主機運行管理，可以簡單分為三大方面：操作和維護；故障與應急處理，性能監(jiān)控和綜合分析評估。這三者之間的關系：主機和分其系統(tǒng)的操作和維護保養(yǎng)是基礎或第一階段；故障與應急處理是關鍵是第二階段；而性能監(jiān)控和綜合分析評估是主機運行管理的高級階段或第三階段。 MAN B&W 電噴主機引入的 ECS 電子控制系統(tǒng)的優(yōu)點很多，特點也不少。但在實際操作層面，普遍反映是：（1）操作很簡單但其中的基本控制原理不簡單；（ 2）強大的自查功能、細致的故障報警信息系統(tǒng)以及故障診斷分析系統(tǒng)，但輪機管理人員很難到達熟練和比較準確的利用這些有用的信息分析故障解決問題；（ 3）

2、PMI ONLINE和AUTOTUNNING組合，可以使得主機的燃燒在最佳狀態(tài)，但事實上不上船舶電噴主機的實際缸內(nèi)運行參數(shù)并不是很理想，甚至發(fā)生了不少問題；（ 4）設計先進并匯集了專家思想庫PMI 和 COCOS-EDS 專家系統(tǒng)，又有多少船員和機務能夠進入和使用？分析原因，很多很多。但其中重要的原因之一是：ME-B/C 電噴主機和MC-C 主機的最大區(qū)別就是在于電噴系統(tǒng)或控制系統(tǒng)（ECS）的新變化新特點。因此，對 MC-C 主機基本原理、 操作維護和應急與故障分析、運行性能綜合分析和評估是電噴機的基礎。講電噴機專題，離不開 MC-C 主機基礎理論和經(jīng)驗，或者說沒有良好的MC-C 的知識背景和

3、管理經(jīng)驗，要真正的把握電噴機新技術新特點，必定是空中樓閣。技術交流和分享更多的是經(jīng)驗的交流與分享，也是有價值的論文形成的基礎和途徑。下文從 MC/ME 主機氣缸潤滑最基本的概念出發(fā)， 從理論到實踐，提出新觀點和新方法，也提出了希望大家參與技術交流和探討的新議題，特別邀請廣大的機務同仁和一線的輪機人員積極參與投稿或反饋不同的意見和建議到：STSA 秘書長黃老軌2016-08-28MAN B&W MC-C/ME-B/C船用柴油機氣缸潤滑的理論和實踐探討（一）從氣缸油注油率、注油量和注油比的理論和實踐談起一：引子缸套與活塞，特別是活塞環(huán)的材料，配合尺寸和狀態(tài)良好。燃油油品質(zhì)量、分離和過濾控制

4、和含硫量；缸內(nèi)燃燒狀態(tài)參數(shù)：噴油量、噴油定時與霧化、爆炸壓力和壓縮壓力、掃氣溫度、活塞下部空間溫度、缸套內(nèi)壁溫度、冷卻水溫度等運行參數(shù)以及調(diào)整；掃氣箱泄放系統(tǒng)、空冷器水分分離效果良好；主機氣缸狀態(tài)（CYLINDER CONDITION）是以上三個方面的綜合作用結(jié)果，也是主機運行管理的重點之一。為了便于分析，將影響主機氣缸狀態(tài)的的眾多要素，分為如下 9 個：（ 1）合適的氣缸油油品- 如何選擇氣缸油（特別總堿值和燃油含硫量的匹配）；（ 2）精準的噴油定時定時核查這對ME 電噴機，角度編碼器的運用，對氣缸油注油定時做到了精準；（3）氣缸油供油和注油系統(tǒng)無異常 - 氣缸油注油系統(tǒng)以及關鍵部件的檢查和

5、日常管理；（ 4）合適的供油率、注油量或注油比控制；（ 5）燃油質(zhì)量包括含硫量以及燃油噴射系統(tǒng)管理日常運行管理； （ 6）缸套和活塞環(huán)的配合（各種間隙） /材料、活塞頭部和活塞裙的狀態(tài)；（7）合適或處于合理范圍內(nèi)的主機運行工況運行參數(shù)以及運行參數(shù)調(diào)整主機負荷控制與運行管理； （ 8）SWEEP TEST 以及通過掃氣口檢查氣缸狀態(tài)和分析實驗、驗證與反饋；（ 9）掃氣箱泄放系統(tǒng)以及殘油的化驗 （TBN 值以及鐵譜分析） 輔助手段；4. 以上 9 個要素中，（1）和（ 2）要素雖然重要但不是船舶運行管理的重點。 （ 3）-（9）才是主機運行管理關鍵要素，也是目前船舶主機運行管理中存在問題較多的方面

6、。 本文試圖從第四個要素：氣缸油注油率、注油量和注油比的理論和實踐的角度，做一些分析與探討。 二：氣缸油注油率和注油量氣缸油注油率：每小時每 KW 功率（有效輸出功率）對應氣缸油注油量（克） 。這是氣缸油控制的重要參數(shù)之一。對 MAN B&W MC/ME 機，通常氣缸油注油率控制在 0.60-1.60G/KWH 。氣缸油注油量：主機或主機某個缸單位時間內(nèi)氣缸油注油量。按照氣缸潤滑理論，注油量才是核心和關鍵。注油量控制只能通過控制注油率來實現(xiàn)，就如通過壓力控制實現(xiàn)流量的控制一樣。對主機所有缸而言，注油量單位是KG/H 或 L/H。但就某個缸而言，注油頻率和每次注油量才是關鍵參數(shù)。特別是A

7、LPHA 電子注油器，由于每次注油的量是固定的，改變的是注油頻率。凸輪傳動的老式機械式注油器，氣缸油注油量按照主機轉(zhuǎn)速控制，或注油量與主機轉(zhuǎn)速成正比。這時，氣缸油注油率僅僅是指在MCR 下的注油率，當主機在部分負荷下運行，氣缸油注油量隨著主機轉(zhuǎn)速下降正比下降，但由于功率和轉(zhuǎn)速是3 次方正比關系，氣缸油注油率隨轉(zhuǎn)速下降反而大幅度上升。當ALPHA 注油器運用在MC/MC-C 以及 ME 電噴機后（ ME-B/C氣缸油注油系統(tǒng)是ALPHA 注油器系統(tǒng)的升級版，有區(qū)別但關于注油率、注油量的控制基本原理是一樣的），氣缸油控制模式分為三種： RPM 模式、 MEP 模式和 POWER 控制模式。 MC-

8、C 系列以及 ME-B/C 電噴機，在主機常用負荷范圍（ 25-100%MCR ）內(nèi)，氣缸油注油量按照 POWER 模式控制，注油量和主機功率正比，但氣缸油注油率保持不變。4.請參見下面來自于MAN B&W的圖表：對固定槳主機，若在 MCR 下的注油量是100%，隨轉(zhuǎn)速的變化， 在不同氣缸油控制模式下注油量變化曲線?？梢赃@樣理解：僅僅在MCR點（三種模式交叉點） ，不論是 RPM 或是 MEP 或是 POWER控制，當注油率相同時注油量都是一樣的。當在部分負荷下，同樣的主機轉(zhuǎn)速和同樣的功率下，若按照PRM 控制，注油量最大，注油率也最大；按照MEP 控制和 RPM 控制模式比較，同樣轉(zhuǎn)

9、速 %下注油量減小幅度加快，注油率增幅降低；而按照 POWER 控制模式， 注油率不變， 注油量最小。 比如：當轉(zhuǎn)速為 80%時，按照 RPM 控制模式， 注油量降低到80%，而按照 MEP 控制模式，注油量降低到63%，在 POWER 控制模式下，注油量大幅度降低到 50%。這也是為什么 ALPHA 注油器主機的氣缸油消耗量（同樣注油率設定）節(jié)省氣缸油的根本原因之一。三：氣缸油注油比和注油率： 1. 假如主機的轉(zhuǎn)速是 n （ rpm ）, 運行中的油門為 f(%) ，輸出功率為 Pe (KW) ，使用的氣缸油的密度在 45 度時為 d g/cm3, 每 24 小時消耗的氣缸油是 V (L),

10、 主機消耗重油是D 噸/天，主機燃油單耗是qg/kwh ，主機平穩(wěn)運行。那么，主機實際氣缸油注油率：F=（ q/d） *(V/D)*1/1000g/kwh(推導過程略）-（ A ）或者說：V/D=1000*(d/q)*F(L/噸)-（ B） 將（ V/D ）值定義為注油比 - 每消耗 1 噸燃油對應消耗的氣缸油的量（ L) ；現(xiàn)在做如下分析： 1從公式 (B) 可知：若主機在某固定轉(zhuǎn)速、油門和輸出功率下，以及注油率下，注油比的大小僅僅和主機的燃油單耗q 成反比，或僅僅受到q 的大小影響，也就是和主機的燃燒狀態(tài)有關。而若不考慮燃油單耗的影響，注油比僅僅和主機的氣缸油注油率有關，或者說：氣缸油注油

11、率和注油比是一一對應的； 但基于第二節(jié)的說明： 對 RPM 和 MEP控制的氣缸油注油器，由于氣缸油注油率隨轉(zhuǎn)速下降而變大，雖然燃油的單耗也會發(fā)生變化，但注油比在部分負荷下是逐漸變大趨勢的。但下POWER 控制模式，注油比和主機的轉(zhuǎn)速、大小沒有直接關系，僅僅收到燃油單耗值的影響。2 對 MC-C/ME/ME-B/C 主機，由于氣缸油注油量按照POWER 模式控制，分析和考察對比主機的注油比大小就很有現(xiàn)實意義：（ 1）：假如主機運行在設計負荷范圍內(nèi)運行，且 LCD 不動作，并假設燃油的單耗保持不變或影響不計，那么，注油比就可以反過來驗證實際的氣缸油注油率。 比如，主機在最常用的 60-85%MC

12、R 負荷范圍內(nèi)，若注油率設定在1.0 G/KWH ，在 45 度時氣缸油的密度是 0.93，燃油實際單耗是 170 G/KWH 。那么，注油比 =1000*0.93/170*1=5.46 L/噸。目前大部分船主機燃油系統(tǒng)都有流量計，可以做到對主機的燃油消耗精確的測量包括氣缸油的消耗量。因此，船舶每月的主機熱工性能參數(shù)測量記錄時，就可以增加注油比參數(shù)。若按照連續(xù)5-7 天的實際氣缸油和燃油的消耗測量值計算得到的注油比接近5.46,就可以說明實際氣缸油的注油率和設定值是一致的，氣缸油注油系統(tǒng)也是正常的。（ 2）若新船主機試航時主機的氣缸油注油率設定在1.5 G/KWH ，接船后氣缸油油品不變，那么

13、按照主機試航參數(shù)（實際的燃油油耗和實際的氣缸油油耗） ，就可以對應的繪制出主機試航當氣缸油設定 1.5 G/KWH 時不同負荷下的注油比值。 按照前面的注油比計算公式， 當氣缸油設定下降到 1.0 G/KWH 時，若燃油的單耗基本不變，注油比將變?yōu)樵嚭綍r的 67%（若燃油的單耗發(fā)生變化， 需要修正）。就是說， 每臺 ME-B/C 電噴主機都可以根據(jù) SHOP TEST、試航報告以及實際運行數(shù)據(jù)得到一組：不同氣缸油設定值時，不同負荷下注油比理論參考曲線，顯然這條線和主機的SFOC 線基本上是相反的曲線。 （ 3）對 MC-C/ME-B 、 C 系列主機，不論缸徑大小，缸數(shù)多少，功率大小，通過比較

14、氣缸油注油比，就可以縱向和橫向比較實際氣缸油注油率，并和理論設定比較。下面1.3-1.6 就是具體說明： 1.3 同一條船不同航次，根據(jù)航次報表，結(jié)合主機氣缸油實際每小時耗油量、主機燃油每小時耗量，以及主機月度測量報表計算得到的燃油單耗，就可以計算得到不同航次的不同的氣缸油注油比。假如發(fā)現(xiàn)不同航次的注油比值差異很大，就需要核查：主機的燃油單耗是否異常？燃油質(zhì)量異常？氣缸油注油率設定是否修改？氣缸油注油系統(tǒng)包括實際氣缸油消耗量是否準確？氣缸油注油系統(tǒng)是否異常？對電噴的 ME-B/C 主機 MOP 以及 PMI 功率估算是否異常？ 1.4 船隊同類型主機橫向比較：若主機氣缸油注油比大小差異超過 2

15、0%以上，就需要核查其原因：氣缸油設定的差異？氣缸油注油系統(tǒng)是否異常？氣缸油以及燃油的計量方面的差異？主機運行負荷方面的差異？ 1.5 不同船隊船舶的橫向比較：對同樣 MC 或 MC-B/C 系列主機，很多機務喜歡比較氣缸油注油率的大小。但這并不嚴謹。因為，若氣缸油注油量控制模式不同，即便氣缸油注油率設定相同，在部分負荷下實際注油率不同。比較的前提：第一是氣缸油注油量的控制都是 POWER 模式，第二就是要看注油比的大小。 1.6 實際上，同樣的 POWER 模式控制的主機，氣缸油設定值一樣，但經(jīng)常發(fā)生同樣負荷下氣缸油耗量差異很大現(xiàn)象。或者說實際測量計算得到的氣缸油注油率和設定值誤差可能在 5

16、-15% ，這就導致氣缸油注油率實際值和理論值的誤差在5-15%（對此，參見下面第四節(jié)的詳細說明）；這時，考察氣缸油的注油比就顯得更加有實際意義。試想：一臺MANB&W MC-C或ME-C主機，氣缸注油率設定值0.75G/KWH-好像很低，但實際上其機務報表顯示主機氣缸油的注油比在7.0 L/ 噸，或?qū)嶋H氣缸油注油率是1.3 G/KWH，如何讓人相信其所謂的氣缸油設定值僅僅是0.75 G/KWH或其注油系統(tǒng)是正常的？2. 氣缸油注油率、 注油量和注油比在本質(zhì)意義上是相同的，僅僅側(cè)重點不同而已或思考的角度不同而已。提出注油比的概念，包括測量計算注油比的大小、以及縱向和橫向?qū)Ρ茸⒂捅?，目?/p>

17、是提供機務和一線輪機人員一種參考和評估的方法和途徑。四：實際主機管理中的發(fā)現(xiàn)、氣缸油注油率和注油比的控制原則實際主機管理中發(fā)現(xiàn)如下四個現(xiàn)象： 1 MAN B&W主機說明書對氣缸注油率控制說的很詳細，但對理論注油率和實際注油率的差異極其可能的原因說的不多或不夠；2 ALPHA注油器說明書中明確是 MEP 模式但在 HMI 的模式選項欄選擇的是POWER 模式，輪機長也不清楚； 3 對于電噴機，很多輪機長對MOP的估算功率如何得到的？燃油油門大小對氣缸油注油量的影響，很多輪機長也不是很清楚；4有條船輪機長過度相信電腦 (MOP) ，對實際氣缸油的消耗量不仔細測量，半年下來，當統(tǒng)計氣缸油存量

18、時發(fā)現(xiàn)氣缸油多出來了，再反過來核查發(fā)現(xiàn)主機的實際氣缸油耗量僅僅是MOP 統(tǒng)計值的85%！ MOP氣缸油注油率設定在 0.85G/KWH ，實際注油率僅僅是0.72G/KWH 。為什么會發(fā)生如此大的差異呢？2.ALPHA注油器，特別是 ME-B/C 的氣缸油注油系統(tǒng)： 1對 ALPHA注油系統(tǒng)， MOP 電腦對氣缸油的密度統(tǒng)一按照0.92（在 45度時）設定，注油器容積效率統(tǒng)一按照97%設定。但實際上主機使用 BN60 氣缸油，在 45 度的密度是0.91 溫度 40 度。通過計算，溫度和密度的差異導致實際注油率和理論值小1%。2 注油器柱塞的實際容積效率，與氣缸油管路設置以及管路是否干凈、濾器

19、是否堵塞、注油器的進出口止回閥是否異常、注油器噴嘴止回閥是否異常以及系統(tǒng)是否有空氣密切關聯(lián)。對電噴機而言，控制注油器液壓驅(qū)動油電磁柱塞異常磨損也會導致注油器柱塞有效行程減少，實際注油量減少。由于主機氣缸油管路系統(tǒng)在新造船時酸洗不合格，內(nèi)部污染導致注油器柱塞磨損甚至部分吸入止回閥漏，注油器的實際注油量降低，導致實際注油量比理論注油量小，而船員對 MOP 的氣缸油流量顯示僅僅虛擬值不清楚誤認就是實際流量計的流量 (在 ME-B/C 電噴機的氣缸油管路系統(tǒng)， 是沒有設計流量計的 )，就沒有對實際消耗量測量和比較。 3ALPHA 注油器的注油量 =估算功率 * 注油率。對 ME-B/C 電噴主機， M

20、OP 估算功率 =轉(zhuǎn)速 %* 油門 %* 額度功率。但 MOP顯示的主機油門值，并不一定是最準確的，或從設計的角度看本身就是近似值。而且由于其他原因，MOP 的估算功率和實際誤差可能高達7%（在 MAN B&W服務工程師的郵件回復中，也承認在對主機功率的估算誤差在5%，但理論注油量和實際注油量的誤差不應超過10%）。4就是由于以上3方面的原因，導致一條船主機實際氣缸油注油量和理論注油量誤差高達平均15%！氣缸潤滑的主要作用有5 個：潤滑缸套和活塞環(huán) +帶走熱量 +密封 +清潔 +中和燃燒物中的酸。因此，氣缸油注油量與：缸內(nèi)的負荷（熱負荷以及機械負荷）+燃燒物中硫含量+缸套和活塞環(huán)的材料

21、以及配合間隙四個關鍵因素相關。這也決定了不同的主機運行狀態(tài)、不同的缸套與活塞環(huán)狀態(tài)，需要的氣缸油也是不同。因此，對氣缸油注油率控制應該是動態(tài)的相對概念，沒有絕對的標準。 MANB&W 推薦的最低到 0.6 G/KWH ，不能說不可以實現(xiàn)，但這是有條件的，僅僅是理想狀態(tài)。能不能？需要具體分析；到底是不是？簡單的看氣缸油設定值是不準確的，甚至是和實際大相徑庭的。 4. 基于前面三點所述， 提出 3 點大家探討或展開： 4.1 注油率的大小不應該理解為一個點，而是一個帶。這個帶的范圍至少是 20% ；4.2 注油量比注油率更重要，特別是對POWER 控制氣缸油的主機，若主機運行負荷比較的高（

22、 80%MCR 以上），過高的注油率是不合適的；而若負荷在40-65%MCR ，過低的注油率可能風險較大；若主機在 SUPERLOW STEAMING運行，由于按照RPM 控制氣缸油，實際注油率高，可以適當?shù)慕档妥⒂吐实脑O定； 4.3 氣缸油注油比是從另外一個側(cè)面對氣缸油率和注油量的詮釋或解讀。特別是對 ME-B/C 電噴機，由于 MOP 和 ON-LINE PMI 很方便估算主機輸出功率， 對燃油單耗隨時計算和評估，從而得到氣缸油注油比。這為分析判斷理論氣缸油注油率與實際是否存在較大差異，進而為尋找導致異常的原因提供了一種新的方法和途徑。氣缸潤滑僅僅是決定氣缸狀態(tài)的一個關鍵因素。通過掃氣口檢

23、查氣缸狀態(tài)并綜合分析判斷氣缸油注油率是否合適， 包括說明書要求的SWEEP TEST 程序、掃氣箱泄放殘油的化驗，合理調(diào)整主機運行參數(shù)，都是主機運行管理的內(nèi)容之一也是比較有效方法和途徑。五：MC-C/ME-B/C 主機異常狀態(tài)下氣缸油注油率控制初探（ 6 種特殊狀態(tài)， 大家來探討）1.SUPER LOW STEAMING運行時1 MAN B&W按照主機在25%MCR負荷，對應主機轉(zhuǎn)速63%額定轉(zhuǎn)速，油門為額度負荷的40%作為BREAKPOINT點。當主機的負荷低于25%MCR時，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)為RPM 模式，而且 LCD 也將根據(jù)油門和轉(zhuǎn)速的變化情況動作，注油量再增加 25%。對部分 MC

24、 或 ME-C 機，由于 ALPHA 注油器最小注油頻率在 1 次 /15RPM ，實際注油量不會再減少，比如當主機負荷在 30%MCR 時注油頻率已經(jīng)是最小值每 15RPM 一次，這是 30%MCR 就是實際的 BREAK POINT點，氣缸油注油開始按照RPM 模式控制，導致氣缸油耗相對較多。因此，當主機在SUPER LOW STEAMING運行時，需要測量實際氣缸油耗量，并結(jié)合掃氣箱檢查，必要的調(diào)整氣缸注油率。 2 但 ME 主機超低負荷運行，發(fā)生低溫腐蝕的概率也加大，為了避免發(fā)生低溫腐蝕，氣缸油注油量過小不能完全中和酸性物質(zhì)。對此，也綜合考慮。 2. 電噴機發(fā)生低溫腐蝕時 ME-B/C

25、 電噴主機，由于長沖程高效率低排溫，以及高掃氣壓力下空氣中的濕度增加，缸壁溫度過低，容易發(fā)生低溫腐蝕現(xiàn)象。為了避免低溫腐蝕，需要采取的措施很多：選用 BN 值 100 的氣缸油； 保證空冷器水分離效果；增加缸套冷卻水溫度；適當增加掃氣溫度等等，而有的船通過增加氣缸油注油率消除或減弱低溫腐蝕。建議：當增加氣缸油注油率時，對掃氣箱泄放殘油化驗其TBN 值，若 TBN值已經(jīng)較高，還是發(fā)生局部的低溫腐蝕現(xiàn)象，就不能盲目的增加氣缸油注油率。某缸氣缸油注油系統(tǒng)失效，應急注油時由于此時氣缸油的注油是隨機的，定時和供應率都不固定，僅僅是暫時維持主機運行，應盡快修復故障，恢復正常的氣缸油注油。 4.主機大風浪中

26、運行， 掃氣壓力或扭矩限制動作時當主機大風浪中航行時，由于主機負荷很大，MEP很高，但氣缸油注油率還是按照POWER 控制并可能 LCD動作，需要對氣缸油的實際耗油以及活塞下部空間溫度，以及主機的 PMAX 以及 PCOM 參數(shù)密切關注和評估。是否需要調(diào)整氣缸油注油率應按照實際情況綜合分析定，即不能由于擔心潤滑不夠而盲目增加氣缸油注油率，也不能不顧及明顯的活塞下部空間溫度逐步升高，氣缸潤滑已經(jīng)受到影響而不采取措施， 引起掃氣箱著火。 5.主機缸內(nèi)燃燒異?；驘峁?shù)嚴重偏離理想工況時，或AUTO TURNING功能失效或不用時：對帶有PMI ONLINE AUTOTUNING電噴機，理論上可以做

27、到主機的運行工況接近理想工況（接近 SHOP TEST 工況），氣缸注油率理論上的確可以控制的很低。但實際上的主機運行工況由于種種原因，會發(fā)生偏離，甚至嚴重的偏離。特別是當AUTOTUNING功能失效或不用時，輪機長沒有及時核查和手動調(diào)整主機運行參數(shù)，導致 PCOM過高或 (PMAX-PCOM) 的差值過大，對氣缸潤滑影響較大?；驹瓌t是：按照SHOP TEST 的工況點參數(shù)，盡量控制當主機的壓縮比、 PMAX 、PCOM 以及各缸的PI 在合適的范圍內(nèi)。過高的壓縮比或過高的(PMAX-PCOM) 會導致氣缸潤滑效果下降。反過來說，若壓縮比或（PMAX-PCOM ）比較的大（雖然大可以降低SFOC），氣缸油注油率需要適當?shù)脑黾?。當活塞環(huán)換用不同材料的活塞環(huán)時。需要注意的是： MC/ME主機的活塞環(huán)帶有特殊的涂層材料，在換活塞環(huán)時必須使用同樣材