柴油机排气呈黑色原因分析

鸦鸦

　　摘要:柴油机排气呈黑色是由于燃油燃烧不完全引起的,通过全面的分析,找出出现问题的具体原因,提出解决的办法和运行中应注意的问题。
　　关键词:柴油机;排气呈黑色;分析解决;日常管理
　　
　　前言
　　
　　柴油机运转时,排气呈黑色原因是多方面的,只有进行全面的分析,找出原因,进行对症维修,才能排除故障,确保运转正常,延长使用寿命。
　　
　　1事故过程
　　
　　本厂使用的一台6PC2-5L柴油机是采用四冲程、一级废气涡轮脉冲、额定转速500rpm、额定功率2768kw。一天运行人员发现烟色呈黑色(正常应为隐约可见的淡灰色),即对机组各缸爆压进行测量,测量值及运行参数如下表:
　　
　　
　　2原因分析
　　
　　出现排气呈黑色现象主要是由于燃油燃烧不完全引起的,具体应从以下进行分析:
　　一、燃油质量是否符合要求。不同品质的燃油其三大指标各不同,即影响燃油燃烧性能的指标,影响燃烧产物的指标,影响燃油管理的指标各不同。如果燃油的质量不符合要求时,会使燃油在气缸内燃烧不完全而产生烟气呈黑色现象。本厂使用的燃油符合机组出厂说明书的要求。因此,排除了这方面的原因。
　　二、排气压力和压缩力太低。燃油的燃烧必须有充足的空气才能完全燃烧,否则燃烧不完全,烟气则呈黑色,排温升高。本机组空气是通过空气滤尘器,至废气涡轮增压器进行增压进入气缸与燃油进行燃烧的,如果滤尘器、增压器出现故障,使进入气缸的空气量减少,则燃烧不充分,就会出现排气呈黑色现象。机组出现故障前后,空气冷却器冷却水温度进口为36℃,出口为41℃,扫气压力为0.18Mpa。检查时,空气滤网洁净,无堵塞现象。因而排除了这方面的原因。
　　三、喷油泵定时太迟而发生后燃。在柴油机中燃油是在压缩冲程的未期喷入气缸并散布在气缸内被压缩了的空气中的。而燃油的喷射一般应满足以下要求:1、准确地提供给柴油机每一工作循环所要求的燃油量,在多缸柴油机中,提供给各缸的数量应相等,且随柴油机的负荷而变化。2、燃油的喷射过程要及时,并且与燃烧过程的不同阶段相适应。3、喷出的燃油颗粒要细,各颗粒直径大小要均匀,以利于蒸发和混合。4、喷射的油束分布要与燃烧室形状相适应,以利于尽可能多地利用燃烧室中的空气。燃油的燃烧又分三个阶段,第一是滞燃阶段,此阶段应力求缩短。第二阶段是主要的燃烧阶段,在这个阶段,气缸内的燃烧产物不断增多,氧气逐渐减少,喷入气缸的燃油在高温火焰的作用下来不及与空气充分混合就开始燃烧,同时燃烧产物也阻碍燃油与空气混合,结果产生后燃。第三阶段是后燃阶段,是燃烧过程在膨胀冲程中的延续。如果喷油泵定时太迟,则后燃严重,排气就呈黑色。因此,喷油泵的定时对柴油机的性能影响很大,当喷油泵定时发生变化就必须进行调整。若凸轮在凸轮轴上的位置以及凸轮的有效工作段变动,则定时就会发生变化。调整的方法有:1、转动凸轮法,本机型柴油机凸轮是固接在凸轮轴上的,不会转动,不适应此方法。但当凸轮发生磨损时,也会改变喷油泵的定时。在这种情况下,就需更换凸轮片。2、升(降)柱塞法,此法用于回油孔调节式喷油示,适应6PC2-5L机型,当喷油泵定时太迟时,应调节调节螺母使柱塞升高,使喷油提前角提前。

　　四、喷油器启喷压力低,喷油器漏油,喷孔部分堵塞等使雾化不良,从而使燃烧不完全,而使烟色呈黑色,爆压下降,排温上升。进入喷油器的高压燃油在很大压力差的作用下,以100-300m/s的速度进入燃烧室。由喷油孔喷出的油柱在燃烧室中与空气发生碰撞和摩擦,被分裂成细小的油滴并在燃烧室空间散布开来,形成一个由许多油粒组成,外形与圆锥体相似的油束,这个过程称雾化,雾化不良,燃烧则不充分,排气呈黑色,排温高。喷油孔堵塞还会引起重复喷射,产生后燃。
　　五、当排气阀漏气或气口结炭严重,也会使排气呈黑色。四冲程柴油机四个冲程为:进入、压缩、工作和排气冲程,如果排气阀漏气或气口结炭严重,那么在第一、第二冲程过程,空气便从排气口先行排出部分,减少了空气量,影响燃烧,使烟气呈黑色,出现这种情况应研磨排气阀,清洁气口。
　　六、各缸负荷分配不均而造成柴油机超负荷。各缸平均指示压力的大小,是判断各缸负荷分配均匀的主要依据。当柴油机各缸负荷分配不均匀时,个别缸会出现超负荷,从而使燃烧恶化,出现燃烧不完全,排气呈黑色情况。
　　排气呈黑色,排气温度过高除了降低热效率,还将引起排气阀、气口、活塞、气缸盖的及废气涡炉过热而发生故障,甚至可使排气管发生冒火的恶性事故。因此,出现这种故障,应马上进行处理。出现事故后,值班人员即对机组各缸爆压进行了测试并对运行参数进行分析,造成原因可能是上述中的第三、四、五、六中的某一原因或多个原因并存。随后,停机组。结合先易后难的原则,寻找原因。首先,拆检燃油凸轮、喷油泵柱塞,结合爆炸压力的测试,检查了NO.5缸的,结果燃油凸轮片,喷油泵柱塞正常,喷油泵定时正常。其次,进行盘车,各缸示功考克出气正常,排除了排气阀漏气的可能。第三,用已经检查调整完好的喷油器更换第三缸的喷油器,随后起动机组,负荷以升至4200KW。结果烟色正常呈隐约可见的淡灰色。说明NO.3缸喷油器是造成该机组排气呈黑色的原因。
　　
　　3管理上应注意问题
　　
　　在柴油机中,喷射系统的工作(对燃油的燃烧过程具有特殊的重要作用,在喷油设备的维护管理工作中,除定期进行了预防性检查和维护外,还必须通过观察排气颜色和温度,测量最高燃烧压力等方法综合掌握燃烧过程的情况,分析各种不良的燃烧现象,对喷油设备进行检查和调整,以维持其最佳工作状态。对喷油器的检查和调整有启阀压力、雾化质量和针阀偶件的密封性,这种工作是在喷油器试验装置上进行的。在试验检查前,应先检查装置本身的密封性。只有确认试验设备良好时才能进行检查试验。
　　(1)喷油器启阀压力的检查和调整:启喷压力保证着喷油器的最低喷射压力,对雾化质量影响很大,6PC2-5L的启阀压力是240Mpa。启阀压力可能因调节螺钉松动,喷油器弹簧损坏、推杆、针阀等损坏而降低。检查时把喷油器固定在试验设备的高压管接头上,并把截止阀打开,打开喷油器的放气阀,用手压动杠杆泵油,当放气阀处有油溢出时,并闭放气阀,急速泵油几次,让燃油冲洗一下喷孔等处,然后用手压动杠杆缓慢泵油,开始喷油时的压力就是喷油器的启阀压力。不符合要求就需通过调节螺钉进行调整。对6PC2-5L的NO.3缸拆下来的喷油器的检查,发现启喷压力只有190Mpa低于规定值240Mpa。因此,必须进行调整。
　　(2)喷油器密封性的检查,密封性是指针阀与针阀套和针阀与阀座的密封性。密封性也是在上述试验装置上进行检查的,此时,可进行泵压并使油压控制在不使喷油器喷油的一定数值,然后观察油压降落的速度,通常均以规定时间内压力降不超过规定范围为标准,若超过规定值,则说明针阀与阀套间隙太大,密封性不良。在检查针阀与针阀套密封性的同时,可检查针阀与阀座的密封性,当泵油达到一定压力时,不允许阀座密封处有漏油或雾化头处有油滴,当油压增加到喷油之前的瞬时,只允许喷孔周围有微量潮湿。
　　(3)喷油器雾化检查,也是在上述装置进行的。试验时,用手压动杠杆泵油,通过观察喷出的油束形状、数目和分布情况来判断雾化的好坏。雾化质量好时,各油束分布均匀,没有局部密集现象或油滴涌出,而且每次喷油从开始到终了都很迅速、明确、利落,有清脆的“吱吱”声。当雾化不良,密封性不好时,可用极细的研磨砂进行研磨。
　　
　　4 结论
　　
　　柴油机出现故障后,要根据故障的现象结合有关参数对可能出现的故障逐一进行分析。本文通过具体分析,得出NO.3缸喷油器是造成该机组排气呈黑色的原因。
　　
　　参考资料:
　　(1)大连海事大学出版社《船舶柴油机(高等学校教材)》;
　　(2)哈尔滨工业大学出版社《船舶柴油机/21世纪高职船舶系列教材》。