MAN電液控制柴油機(jī)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)

IMOTierll執(zhí)行以來,ME發(fā)動(dòng)機(jī)受到了極大的關(guān)注。（注：本文首發(fā)于2012年，當(dāng)前僅供參考留存）如今，ME型機(jī)占據(jù)了MANB&W二沖程柴油機(jī)全部訂單的50%。在大缸徑領(lǐng)域(缸徑為80、90和98cm),ME型機(jī)的訂單接近100%?，F(xiàn)在，主要的船東已經(jīng)廣泛地接受了ME觀念，而且，隨著自動(dòng)調(diào)諧、廢氣旁通集成控制、可變渦輪增壓器、渦輪增壓器切斷技術(shù)以及不久的將來(TierⅢ時(shí)代）將得以應(yīng)用的廢氣再循環(huán)集成控制、油水乳化燃料和SCR等技術(shù)的推廣,人們會(huì)進(jìn)一步認(rèn)可電子控制的好處。當(dāng)前MANTierⅢ排放標(biāo)準(zhǔn)主機(jī)一、ME電子技術(shù)的質(zhì)量自七、八年前ME柴油機(jī)投入運(yùn)行以來，柴油機(jī)控制系統(tǒng)（ECS）的電子硬、軟件在質(zhì)量上已經(jīng)得到了實(shí)質(zhì)性的提高。早期的版本在很多情況下故障率太高，這促使包括各種類型傳感器、控制閥電子元件、主操控板(MOP)、多功能控制器（MPC）以及線纜敷設(shè)和接線器的升級(jí)。上述產(chǎn)品升級(jí)有著諸多不同理由，例如:★液壓缸單元（HCUs）和排氣閥承受了比原先規(guī)定更強(qiáng)烈的振動(dòng)和沖擊；★燃料輔助裝置承受了比原先規(guī)定的更高的溫度;★傳感器和控制閥電纜連接器不好造成的故障;★安裝疏忽引發(fā)的靜電放電（ESD)和電纜故障；★許多返修產(chǎn)品的“非故障”案例。對(duì)傳感器和控制閥采取了各種各樣的糾正措施,而且，已經(jīng)采用了新產(chǎn)品和供應(yīng)商認(rèn)證程序?，F(xiàn)在,在新的或者升級(jí)版電子零件設(shè)計(jì)階段,廣泛使用了高加速壽命試驗(yàn)（HALT)。HALT是一種將電子零件置于極端的振動(dòng)強(qiáng)度,結(jié)合極端的熱循環(huán)狀況下的試驗(yàn)方法,該試驗(yàn)持續(xù)至電子元件發(fā)生故障為止。用這種方法可以鑒定出易壞的電子零件，進(jìn)而可形成設(shè)計(jì)審查依據(jù)。對(duì)新的或者改進(jìn)過的電子零件以及新供應(yīng)商的電子零件，生產(chǎn)前要進(jìn)行下列試驗(yàn):★功能試驗(yàn);★型式認(rèn)證試驗(yàn)；★強(qiáng)振動(dòng)試驗(yàn)；★運(yùn)行試驗(yàn)。MAN對(duì)目前生產(chǎn)的電子零件采用高加速應(yīng)力審核(HASA）測(cè)試方法進(jìn)行質(zhì)量檢查。HASA試驗(yàn)是在預(yù)定的周期（如24h)里以比實(shí)際偏高一點(diǎn)的熱和振動(dòng)負(fù)荷進(jìn)行振動(dòng)和溫度循環(huán)，從而在柴油機(jī)生產(chǎn)前挑選出易壞的電子零件。此外，對(duì)MPC而言，為了在各種不同溫度下連接和運(yùn)行,所有所生產(chǎn)的MPC都要進(jìn)行老化測(cè)試,挑選出易壞的MPC，測(cè)試周期一般為14h以上。針對(duì)傳感器和控制閥,為了去掉電纜連接器,對(duì)電纜做了集成處理。取代方法是用簡(jiǎn)單而可靠得多的常規(guī)接線盒連接電纜和電子零件。如前所述,MPC是一種返修率很高的元件。一家亞洲電子器件制造服務(wù)（EMS）供應(yīng)商的報(bào)告指出，返修率現(xiàn)已得到控制。該供應(yīng)商還對(duì)返修的MPC進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)近半數(shù)并沒有故障;MAN也經(jīng)常收到返修的電子和電液零件，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)并無故障。這種情況通常是由于船上的ME柴油機(jī)發(fā)生故障時(shí)沒有查清原因。最早的ECS軟件不具備提供電子或者電液零件故障定位的功能。所以，在很多情況下造成了返修的電子零件并沒有故障這一現(xiàn)象。新的ECS軟件大大提高了在主操控板（MOP)上查明故障的可能性,包括:★液壓缸單元（HCU）調(diào)試屏幕;★轉(zhuǎn)速計(jì)系統(tǒng)調(diào)試屏幕;★液動(dòng)力供給（HPS）調(diào)試屏幕；★HCU和HPS故障診斷屏幕;★HCU和HPS數(shù)據(jù)記錄儀;★HCU和HPS數(shù)據(jù)記錄儀數(shù)據(jù)輸出為Excei;★ECS絕緣監(jiān)測(cè)和報(bào)警；★電噪聲監(jiān)測(cè)和報(bào)警；★報(bào)警優(yōu)化，相關(guān)報(bào)警分組。數(shù)據(jù)記錄儀連續(xù)以高頻(2kHz）記錄與每一個(gè)HCU相關(guān)的預(yù)定信號(hào)，在事件、特別是警報(bào)觸發(fā)下進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存。然后，可以在船上對(duì)恰在事件前和恰在事件后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以Excel輸出，供給船上或者岸上作進(jìn)一步分析用?，F(xiàn)在,經(jīng)改進(jìn)的ECS軟件正在裝備所有安裝了ME柴油機(jī)的在用船舶，而所有新的ME發(fā)動(dòng)機(jī)，也將進(jìn)行列裝。二、大修間隔時(shí)間2009年4月，MAN發(fā)布了用于所有MANB&WMC和ME二沖程柴油機(jī)的升級(jí)版大修間隔指導(dǎo)時(shí)間，這些目錄首次包括了ME柴油機(jī)的液壓和電子部件。由于ME的設(shè)計(jì)已經(jīng)成熟到可以預(yù)測(cè)柴油機(jī)上新部件的大修間隔時(shí)間,所以，這是可以做到的。ME系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的部件是液動(dòng)力供給(HPS）主液壓泵。這些泵的大修間隔時(shí)間可以達(dá)到約32000h。此后，必須更換泵的軸承,有時(shí),還須更換其他內(nèi)部零部件。大修可以在船上或者岸上的車間里進(jìn)行。最近的主液壓泵運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,大修間隔期可以超過32000h。這要求在船上對(duì)其中的一只液壓泵進(jìn)行磨損監(jiān)測(cè)、評(píng)估,然后,按順序逐一地安排泵大修。ME系統(tǒng)中的另一個(gè)重要部件是燃油噴射閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)（FIVA)。對(duì)它來說，32000h的大修間隔期也是可以實(shí)現(xiàn)的。要做到這一點(diǎn),試車時(shí),預(yù)噴閥不可受到液壓油的污染。目前正在測(cè)試—種稱為“三明治”的過濾器，它們是在發(fā)動(dòng)機(jī)制造和船廠試車時(shí)安裝的,在船舶交付前須拆除。用這種方法,預(yù)噴閥的更換間隔時(shí)間可以達(dá)到32000h。船員可在船上更換預(yù)噴閥。三、優(yōu)化低負(fù)荷運(yùn)行低負(fù)荷運(yùn)行或者低速航行已經(jīng)成為許多MANB&W二沖程機(jī)船東的準(zhǔn)則。在早些年,主要是集裝箱船運(yùn)營(yíng)商希望以低速運(yùn)行,今天，油輪、貨運(yùn)船等也正在開始以低負(fù)荷持續(xù)運(yùn)行。2008年的晚些時(shí)候，MAN發(fā)布了一份關(guān)于低至40%的持續(xù)低負(fù)荷運(yùn)行的服務(wù)信函。2009年5月，正式支持負(fù)荷低至10%的持續(xù)低負(fù)荷運(yùn)行。從此，幾乎所有持續(xù)低負(fù)荷運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)都是良好的。滑動(dòng)式燃油噴射閥的應(yīng)用對(duì)此至關(guān)重要?；瑒?dòng)式燃油噴射閥大大減少了排氣管中的污垢,尤其在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)。不久，柴油機(jī)以極低負(fù)荷運(yùn)行就很普遍了，接著，提出優(yōu)化低負(fù)荷運(yùn)行的要求?？梢酝ㄟ^二種方法對(duì)此予以支持:★低負(fù)荷和部分負(fù)荷時(shí)增加掃氣壓力;★低負(fù)荷時(shí)減少氣缸供油。電液控制ME柴油機(jī)恰恰支持上述方法。ME柴油機(jī)的控制系統(tǒng)（ECS)可以控制可變噴嘴環(huán)（VTA）渦輪增壓器、廢氣旁通（EGB）和靈活的渦輪增壓器切斷系統(tǒng)。對(duì)在用柴油機(jī)而言，可變渦輪增壓器切斷系統(tǒng),通過被稱為“擺動(dòng)閥門”的控制,常作為替代解決方案用于配備二臺(tái)、三臺(tái)、四臺(tái)渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)?？梢钥匆姸逊e在渦輪側(cè)擺動(dòng)閥門上的燃燒積炭。所以，為了確保閥門的正常運(yùn)作,維修手冊(cè)中已經(jīng)增加了清潔說明。今天，負(fù)荷范圍從25%降至10%的極低負(fù)荷運(yùn)行也要求優(yōu)化氣缸油供油速率。相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)在2011年6月最新的低負(fù)荷運(yùn)行服務(wù)信函中論及。MAN在好幾臺(tái)柴油機(jī)上對(duì)此進(jìn)行了試驗(yàn),按負(fù)荷比例降低氣缸油供油速率,直到10%負(fù)荷,效果很好。用這種方法,在10%~15%的負(fù)荷范圍內(nèi)可以節(jié)約一半氣缸油。對(duì)ME柴油機(jī)而言，只需對(duì)MEECS軟件中的參數(shù)作些修改就可以實(shí)現(xiàn)這種調(diào)節(jié)了。而對(duì)采用Alpha潤(rùn)滑器的機(jī)械式柴油機(jī)來說,則須對(duì)潤(rùn)滑器進(jìn)行改造。四、低硫燃料運(yùn)行最近,在低硫重油(HFO）和低硫餾分燃料這二種不同低硫燃料的應(yīng)用方面取得了較多的經(jīng)驗(yàn)。對(duì)低硫HFO而言,重點(diǎn)是在存儲(chǔ)時(shí)增加催化劑粉未的量。這將更加強(qiáng)調(diào)在船上高效利用凈化劑進(jìn)行優(yōu)化燃料的處理。此外，正確設(shè)計(jì)燃料箱系統(tǒng)也是很重要的。MAN目前正在更新其制造及維護(hù)規(guī)則,隨后也將列入項(xiàng)目指導(dǎo)書中。餾分燃料的使用經(jīng)驗(yàn)主要來自美國(guó)西海岸的SECA地區(qū)，餾分燃料對(duì)該地區(qū)影響的各種統(tǒng)計(jì)數(shù)字得以公布。加州空氣資源協(xié)會(huì)（CARB)下屬辦公室和泄漏預(yù)防響應(yīng)辦公室（OSPR）還公布了關(guān)于推進(jìn)損失（LossofPropulsion，簡(jiǎn)稱LOP）事件的數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,在加洲，在燃料硫含量下降的同時(shí)，LOP每年呈上升態(tài)姿。據(jù)說，這種上升是因?yàn)樗^的燃料切換型LOP造成的。關(guān)于該統(tǒng)計(jì)數(shù)字存在著很多爭(zhēng)論，主要集中在該數(shù)據(jù)是否反應(yīng)了低硫燃料的應(yīng)用,以及LOP事件計(jì)數(shù)規(guī)則的更改會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的確定造成影響。然而，MAN只能重復(fù)已經(jīng)在服務(wù)信函中明確的建議:★在進(jìn)入擁堵的、要求進(jìn)行燃料切換的海域前，強(qiáng)烈建議在擁堵海域外圍,測(cè)試柴油機(jī)的起動(dòng)和倒車性能;★必須檢查柴油機(jī)性能,以驗(yàn)證燃油泵的磨損情況。若燃料指數(shù)超過10%或者比臺(tái)架試驗(yàn)的高，則必須對(duì)燃油泵進(jìn)行大修，以保證燃用餾分燃料時(shí)性能參數(shù)正確;★在使用黏度極低的餾分燃料時(shí),應(yīng)考慮使用燃油冷卻器,以保證柴油機(jī)進(jìn)口處燃油最低黏度2cSt。值得―提的是，ME柴油機(jī)從未發(fā)生一起切換型LOP事件，而其它類型電控發(fā)動(dòng)機(jī)則有發(fā)生過。五、補(bǔ)償器支架開裂MANB&W二沖程機(jī)相關(guān)的最大保修案例是二階力矩補(bǔ)償器支架開裂事故。2010年夏天的晚些時(shí)候,在60/7OME-C/MC-C柴油機(jī)上發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題，MAN立即將此事通知了所有相關(guān)許可證生產(chǎn)廠家,同時(shí),馬上對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行檢查。接著,MAN以該檢查結(jié)果為基礎(chǔ),對(duì)所有尚未發(fā)貨的柴油機(jī)通過添加維護(hù)操作代碼,對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修正。經(jīng)與所有相關(guān)許可證生產(chǎn)廠家的共同努力,以及PrimeServ-Korea的特別幫助,避免了其它船舶未經(jīng)設(shè)計(jì)修正即投入運(yùn)行的情況。在對(duì)設(shè)計(jì)方案檢查的同時(shí),MAN向運(yùn)營(yíng)中的涉事船主發(fā)出了一封通函，目的是:★確保具有開裂現(xiàn)象的柴油機(jī)得到及時(shí)確認(rèn),從而可通過與運(yùn)營(yíng)商的合作,對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)維修。受影響的船舶大多是油輪，所以,維修最好要延遲至船舶計(jì)劃入塢大修的時(shí)候進(jìn)行;★根據(jù)開裂數(shù)獲取更多的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),從而,評(píng)估設(shè)計(jì)改進(jìn)的危急程度。2011年底,MAN著手對(duì)維護(hù)操作計(jì)劃進(jìn)行小規(guī)模修改,用于在用柴油機(jī)的更新。在另一封通函中，將設(shè)計(jì)分為四類,根據(jù)使用的反饋情況,現(xiàn)在集中在第1類的預(yù)防性修正設(shè)計(jì)上,即,用打開的三角支撐。2011通函也規(guī)定了一個(gè)首次運(yùn)行18000h的檢查方案。運(yùn)行18000h后若無開裂,則不需要修正（即第1類設(shè)計(jì))為了確保該修正是成功的,公司規(guī)定了焊接修正后,在首次18000h的運(yùn)行期間要進(jìn)行檢查。2012年初，在一臺(tái)S50MC-C柴油機(jī)的二階力矩補(bǔ)償器支架上發(fā)現(xiàn)了裂縫。S50MC-C和S46MC-C柴油機(jī)的設(shè)計(jì)已經(jīng)根據(jù)60和70cm缸徑柴油機(jī)的經(jīng)驗(yàn)于2011年6月升級(jí)過了。但是，這是以非緊急維護(hù)操作碼實(shí)施的,所以在2012年初，并未在大部分柴油機(jī)制造商的生產(chǎn)中得以體現(xiàn)。因此,發(fā)布了帶有更強(qiáng)維護(hù)操作碼的新設(shè)計(jì)升級(jí)函件(DUN)，對(duì)生產(chǎn)中的所有S46/50MC-C/ME-C發(fā)動(dòng)機(jī)明確規(guī)定了修改指令。在函件起草期間，檢查了在用船舶，針對(duì)各船的情況,最終確定了適用對(duì)策。六、氣缸工作狀態(tài)更新——小缸徑柴油機(jī)多年來,MAN小缸徑柴油機(jī)一直使用經(jīng)充分驗(yàn)證的鍍鋁CPR活塞環(huán)組件。然而，在某些情況下，它會(huì)導(dǎo)致小缸徑柴油機(jī)上頂端活塞環(huán)CL槽磨損，從而，縮短了大修間隔期。如果頂端活塞環(huán)CL槽完全磨損,壓降將大到足以使缸套和活塞環(huán)之間出現(xiàn)粘著磨損,結(jié)果損壞缸套表面。平面端口(POP)頂端活塞環(huán)具有完全不同的特性。當(dāng)頂端活塞環(huán)磨損時(shí),間隙會(huì)增大泄露面積,從而,減小了通過頂端活塞環(huán)的壓降。頂端活塞環(huán)與缸套之間的接觸壓力因此下降,同時(shí),也減小了活塞環(huán)的磨損。POP頂端活塞環(huán)對(duì)活塞環(huán)的磨損起著穩(wěn)定作用,這有別于通常不穩(wěn)定的CPR活塞環(huán)。對(duì)小缸徑柴油機(jī)而言，這是一個(gè)重要的差異,使得新型POP活塞環(huán)組件的壽命更長(zhǎng)。推薦使用POP活塞環(huán)組件是以6S40ME-B樣機(jī)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的。運(yùn)行10000h以后，氣缸的情況看上去非常好。同樣,缸套磨損情況也令人非常滿意。所有受檢缸套的磨損率都在0.05mm/1000h以下。然而,當(dāng)更加仔細(xì)地觀察頂端活塞環(huán)的磨損情況時(shí)，可以發(fā)現(xiàn),由于CL槽的深度減小致使活塞環(huán)局部非常接近磨損極限?，F(xiàn)在，MAN明確規(guī)定了該型柴油機(jī)使用POP活塞環(huán)組件。采用POP環(huán)的各種柴油機(jī)已經(jīng)累計(jì)運(yùn)行超過23000h。其中有一項(xiàng)運(yùn)行試驗(yàn)是在一臺(tái)6S46MC-C柴油機(jī)的所有氣缸上進(jìn)行的。運(yùn)行了6735h后，端口開度增加了1.1mm，與之對(duì)應(yīng)的是，頂端活塞環(huán)磨損0.55mm。若磨損的極限為2.7mm，則估計(jì)完全磨損發(fā)生在約33000h以后。由于POP活塞環(huán)具有自穩(wěn)定的性質(zhì),所以，33000h的估計(jì)壽命是保守的,實(shí)際上，完全磨損前的運(yùn)行時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。七、氣缸工作狀態(tài)更新——大缸徑S型柴油機(jī)目前，很多類型船舶都傾向于使用超長(zhǎng)沖程柴油機(jī)來降低全負(fù)荷螺旋槳的轉(zhuǎn)速。對(duì)8000~13000teu大型集裝箱船而言,習(xí)慣上選擇的柴油機(jī)是K98，現(xiàn)在的訂單指定用超長(zhǎng)沖程S90Mk8或9柴油機(jī)。此外,如今所有訂購的大缸徑發(fā)動(dòng)機(jī)幾乎都是電子控制ME/ME-C機(jī)型。通常,S90機(jī)作為VLCC的主機(jī)是非常成功的。該機(jī)氣缸工作狀態(tài)非常穩(wěn)定、活塞大修間隔期很長(zhǎng)、氣缸油供油率很低?，F(xiàn)在,該機(jī)型已經(jīng)進(jìn)入負(fù)載變化很大和訪問更多港口的大型集裝箱船的主機(jī)行列。因此,正在密切注意氣缸早期工作狀態(tài)的反饋情況。通過掃氣口觀察,1800h后略過,氣缸的工作狀態(tài)非常好。觀察將繼續(xù)在S90Mk8和9機(jī)上進(jìn)行。最近，MAN面臨著新的挑戰(zhàn),在安裝廢熱回收(WHR）系統(tǒng)、廢氣旁通（EGB）和自動(dòng)調(diào)諧的現(xiàn)代ME柴油機(jī)上會(huì)發(fā)生掃氣壓力巨變的情況。第一系列S80ME-CMk9柴油機(jī)經(jīng)歷了氣缸初始工作狀態(tài)問題,它是全負(fù)荷范圍內(nèi)掃氣壓力巨變引起的。出現(xiàn)故障的一個(gè)例子是一臺(tái)第一批產(chǎn)的S80ME-CMk9柴油機(jī)，在運(yùn)行的第一階段,柴油機(jī)在40%~70%負(fù)荷范圍內(nèi)以相當(dāng)高的掃氣壓力(0.11~0.24MPa)工作。掃氣壓力高是因?yàn)閃HR使用率低和閉式EGR的緣故。在此期間,棚套承受了因過低