Alpha ACC電子注油系統(tǒng)在”育鯤“輪上的應(yīng)用

徐加偉

(武警士官學(xué)校船艇系，浙江杭州 311400)

氣缸潤(rùn)滑是柴油機(jī)的重要部分。柴油機(jī)的潤(rùn)滑對(duì)整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)起著不可或缺的作用，稍有不慎，就容易釀成事故[1]。而“育鯤”輪作為高校實(shí)習(xí)船，較早使用先進(jìn)的Alpha ACC電子注油系統(tǒng)，以改善氣缸的潤(rùn)滑條件。

1 傳統(tǒng)氣缸注油系統(tǒng)

傳統(tǒng)注油系統(tǒng)與新式的電子注油系統(tǒng)(這里主要是指Alpha ACC電子注油系統(tǒng))，最大的區(qū)別就在于注油定時(shí)的控制和注油率的調(diào)節(jié)。

1.1 傳統(tǒng)氣缸注油系統(tǒng)原理

圖1所示的是傳統(tǒng)氣缸注油系統(tǒng)?；蛢?chǔ)存在儲(chǔ)油箱15中。注油器中柱塞8動(dòng)作時(shí)，滑油由泵體下部的吸入閥7吸入，經(jīng)排出閥6排入玻璃管，然后經(jīng)止回閥1送至注油點(diǎn)。玻璃管內(nèi)有一個(gè)浮動(dòng)鋼球，可以隨著滑油的不同流量而升至不同的高度，根據(jù)鋼球的高度就可以監(jiān)視注油器的工作。若各鋼球均位于同一高度，則表明各注油點(diǎn)的注油量相同[2]。

圖1 傳統(tǒng)氣缸注油器的構(gòu)造

1.2 傳統(tǒng)氣缸注油器的缺陷

首先是傳統(tǒng)的氣缸注油器的注油定時(shí)不精確，會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑不好。注油器受凸輪軸控制和機(jī)械傳動(dòng)的影響，相互之間的摩擦不小，長(zhǎng)時(shí)間下去定時(shí)有誤差。

其次，氣缸油有一個(gè)重要的作用就是中和酸性物質(zhì)。傳統(tǒng)注油器的氣缸油供油量是一定的，氣缸油中含堿物質(zhì)與燃油燃燒產(chǎn)生的含硫物質(zhì)的中和效果差，容易在氣缸表面產(chǎn)生酸性腐蝕，破壞活塞與氣缸的配合狀況，影響柴油機(jī)工作。

傳統(tǒng)氣缸注油器的注油壓力低，布油效果差。這主要是因?yàn)樵摲N氣缸注油器的工作是通過凸輪驅(qū)動(dòng)柱塞上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，僅當(dāng)氣缸內(nèi)壓力低于氣缸油壓力時(shí)，才能進(jìn)行噴油[3]。

2 電子氣缸注油系統(tǒng)

隨著電子技術(shù)的不斷應(yīng)用，一些設(shè)備的控制也發(fā)生了改變。由于機(jī)械注油系統(tǒng)(主要是機(jī)械注油器)的這些缺陷，現(xiàn)代船舶多采用電子注油系統(tǒng)。

電子注油系統(tǒng)最顯著的優(yōu)點(diǎn)就是注油定時(shí)的準(zhǔn)確。注油定時(shí)是基于角度編碼器，通過傳感器將活塞的運(yùn)動(dòng)位置信號(hào)送入注油控制單元。這樣能夠在活塞處于最適宜的位置(如當(dāng)?shù)?道活塞環(huán)通過注油孔)時(shí)向活塞環(huán)帶、缸壁注氣缸油。

如圖2所示，該系統(tǒng)包括氣缸油日用柜、氣缸油泵站、Alpha ACC電子注油器、注油接頭、各類傳感器、控制箱及控制面板等。

圖2 Alpha ACC電子注油系統(tǒng)

圖3 Alpha ACC電子注油系統(tǒng)部分設(shè)備

從日用油柜出來的氣缸油經(jīng)油泵單元增壓至4.0-5.0MPa，然后到達(dá)注油器的蓄壓器。氣缸注油系統(tǒng)綜合接收到的曲軸轉(zhuǎn)角信息、負(fù)荷信息和燃油含硫量信息，在合適的時(shí)間給注油器電磁閥發(fā)出信號(hào)供給合適的氣缸油。同時(shí)注油腔處安裝有單向閥，以防止高壓氣體進(jìn)入注油腔內(nèi)。

上述內(nèi)容所知，Alpha ACC注油系統(tǒng)有無可比擬的優(yōu)越性，精確程度高。但是由于一些無法避免的原因，例如電子控制的缺陷和構(gòu)造的原因，該系統(tǒng)存在一些缺陷與不足[4]。

Alpha ACC電子注油系統(tǒng)的注油定時(shí)是通過電子控制的，精確迅速。但是電子元件對(duì)周圍環(huán)境較為敏感，容易受到高溫、高壓、磁場(chǎng)、震動(dòng)、潮濕等一系列因素的影響，可能導(dǎo)致其工作不正常，進(jìn)而影響整個(gè)氣缸潤(rùn)滑系統(tǒng)的工作狀況。由于該系統(tǒng)在柴油機(jī)系統(tǒng)的重要地位，會(huì)進(jìn)一步對(duì)柴油機(jī)產(chǎn)生不小的影響。

3 氣缸注油率的探討

氣缸注油系統(tǒng)的一個(gè)重要參數(shù)就是氣缸注油率，它的大小直接影響了氣缸的潤(rùn)滑效果。

3.1 氣缸注油率大小的影響

氣缸油注油率，指單位時(shí)間單位功率注入氣缸的氣缸油量，單位g/(kW·h)。氣缸注油率過大或過小都不好，應(yīng)當(dāng)保持其適當(dāng)。如果氣缸油注入過多，會(huì)導(dǎo)致活塞環(huán)表面、活塞環(huán)槽以及活塞頂部產(chǎn)生大量的雜質(zhì)沉積。同時(shí)過多的氣缸油如果落入掃氣箱也是一大火災(zāi)隱患。過少的氣缸油則無法保證活塞環(huán)與氣缸套內(nèi)壁的良好配合[5]。滿足以下特征則可以認(rèn)為氣缸注油率較為恰當(dāng)：

(1)氣缸內(nèi)壁無臟污，濕潤(rùn)；

(2)活塞環(huán)表面光澤度好，環(huán)面倒角未磨平。

3.2 氣缸注油率的調(diào)節(jié)原則

Alpha ACC電子注油系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的時(shí)候，氣缸注油率包含了隨轉(zhuǎn)速、負(fù)荷和平均有效壓力三種調(diào)節(jié)模式。轉(zhuǎn)速控制模式適用于主機(jī)負(fù)荷小于25%的工況，負(fù)荷控制模式適用于主機(jī)負(fù)荷大于25%的工況。這里需說明的是，按照負(fù)荷控制時(shí)，該系統(tǒng)是根據(jù)此刻主機(jī)負(fù)荷與額定負(fù)荷的比例來調(diào)節(jié)注油頻率的。

電子注油系統(tǒng)需要設(shè)定基本注油率，基本注油率是根據(jù)燃油含硫量來確定的。遠(yuǎn)洋船舶的燃油含硫量基本不變，因此基本注油率是確定的。在主機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷變化的情況下，控制單元MCU接收信號(hào)，準(zhǔn)確計(jì)算出實(shí)際注油率，輸出控制信號(hào)給氣缸注油器的電磁閥。

一旦柴油機(jī)使用的燃油變化后，燃油含硫量需要引起重視，應(yīng)當(dāng)立即改變?nèi)加秃蛄克鶎?duì)應(yīng)的氣缸基本注油率。根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)，氣缸注油率最小值是0.6g/kWh，如果注油率低于這個(gè)值，則會(huì)對(duì)氣缸的潤(rùn)滑產(chǎn)生不利影響。這是因?yàn)檫^小的氣缸注油率下，氣缸油注入的量過少，無法形成足夠的潤(rùn)滑油膜。

如圖4來表示注油率和含硫量之間的關(guān)系。其中0.6g/kWh就是臨界值。

圖4 注油率與含硫量關(guān)系

3.3 獲取氣缸注油率的方法

在實(shí)際操作中，氣缸注油率可能會(huì)發(fā)生改變，這時(shí)候?yàn)榱说玫奖容^準(zhǔn)確的氣缸注油率值，需要我們進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算。主要有兩種比較合適的方法。

(1)粗略計(jì)算：根據(jù)HMI面板中參數(shù)“rXXX”，其中rXXX為一整體數(shù)值，可通過參數(shù)指令獲得。該值代表每分鐘總的注油器沖程數(shù)。

(1)

其中，V為油器容積，ρ為氣缸油密度，P為主機(jī)功率。

(2)精確計(jì)算：氣缸注油系統(tǒng)面板中diSP菜單的Str.hi和Str.Lo參數(shù)可以用于準(zhǔn)確計(jì)算氣缸注油率。注油器總的沖程數(shù)為Str.hi和Str.Lo之和。

(2)

其中，Totstr為總的沖程數(shù)，T為時(shí)間間隔，1和2分別為兩個(gè)不同時(shí)刻。

從兩個(gè)計(jì)算方法來看，精確算法相對(duì)于粗略算法而言，所得到的氣缸注油率有些不同。倘若經(jīng)常使用的是粗略算法計(jì)算氣缸注油率，在氣缸注油率已經(jīng)合適的情況下，那么可能會(huì)認(rèn)為注油率有偏差。這就會(huì)導(dǎo)致管理人員錯(cuò)誤地增加或減少氣缸注油率。

3.4 基本氣缸注油率的變化規(guī)律

不同時(shí)期，氣缸所處的狀況不同，其潤(rùn)滑條件、潤(rùn)滑要求也不盡相同[6]。譬如，開始階段、正常使用階段的氣缸基本注油率都是不同的。這就需要管理人員能夠正確區(qū)分，選擇好合適的注油率。

譬如，機(jī)艙人員對(duì)主機(jī)進(jìn)行吊缸后，并更換活塞環(huán)和氣缸套，這就需要進(jìn)行一定時(shí)間的磨合，才能使得活塞、氣缸處于更好的工作狀態(tài)。而在磨合期間，基本的氣缸注油率就要與正常時(shí)期有所區(qū)別。調(diào)整分五個(gè)階段逐步由大到小進(jìn)行，第一階段氣缸油注油率調(diào)到200%，運(yùn)行24h；第二階段氣缸油注油率調(diào)到150%，運(yùn)行200h；第三階段氣缸油注油率調(diào)到120%，運(yùn)行200h；第四階段氣缸油注油率調(diào)到100%，運(yùn)行200h；第五階段氣缸油注油率從100%調(diào)小到正常負(fù)荷對(duì)應(yīng)下的注油率，每24h調(diào)小2%。

4 電子注油系統(tǒng)的使用建議

氣缸注油器是自動(dòng)化程度很高的設(shè)備，是通過接收控制單元的信號(hào)來改變電磁閥狀態(tài)。電磁閥是否到位，則是需要管理人員密切注意，可通過觀察注油器的中間接線盒上的指示燈是否正常閃亮來判定。

氣缸油是為了保證氣缸與活塞之間的潤(rùn)滑，滑油的溫度、壓力以及清潔程度對(duì)于潤(rùn)滑效果非常重要，需要定期對(duì)氣缸油進(jìn)行檢查。另外需要對(duì)氣缸油系統(tǒng)是否泄漏定期檢查，時(shí)常計(jì)算氣缸油消耗量。在工作中管理人員需要特別注意的是要確保注油點(diǎn)進(jìn)入了氣缸油。即使注油器傳感器的反饋信號(hào)和中間盒上的指示燈閃亮都是正常的，某(些)注油槍也可能發(fā)生堵塞，解決的方法是值班人員經(jīng)常用手去摸注油管路，感受油管內(nèi)的壓力，否則柴油機(jī)可能發(fā)生拉缸的故障。

除此以外，管理人員在根據(jù)說明書判定故障時(shí)，還應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況。例如該系統(tǒng)提供的設(shè)備說明書中“在發(fā)生氣缸油高溫報(bào)警的時(shí)候，傳感器發(fā)生故障”。這顯然是欠缺的。單單就氣缸油高溫這一問題，所導(dǎo)致的原因就有4種：傳感器損壞；加溫單元故障；冷卻單元故障；油路蒸汽管加熱過強(qiáng)，這些都會(huì)導(dǎo)致高溫現(xiàn)象。可是如果僅從傳感器角度考慮的話，卻不是很全面的。這就要求管理人員對(duì)說明書里的內(nèi)容要謹(jǐn)慎對(duì)待，切實(shí)地結(jié)合工作實(shí)際。

這里要特別強(qiáng)調(diào)的是，氣缸注油系統(tǒng)的一大優(yōu)點(diǎn)是氣缸注油量的精確。但是如果在實(shí)際使用中，不按照廠家推薦的注油率調(diào)節(jié)曲線，容易導(dǎo)致故障。一般說來，注油率調(diào)節(jié)的最佳時(shí)期是在磨合期內(nèi)，在此時(shí)期內(nèi)要逐步降低氣缸注油率。倘若管理人員并未按照規(guī)定操作，在磨合期后一旦大幅度降低氣缸注油率，會(huì)引起拉缸事故，這是因?yàn)樵谳^大的氣缸注油率下，氣缸套和活塞環(huán)表面產(chǎn)生了機(jī)械拋光和化學(xué)拋光，潤(rùn)滑情況不良。對(duì)船舶主機(jī)進(jìn)行吊缸，更換活塞環(huán)，在下次航行時(shí)候，這屬于氣缸與活塞環(huán)的磨合期，如果剛開始就使用正常的氣缸注油率(在這種情況下，注油率會(huì)偏小)，那么無法形成較為合適的潤(rùn)滑薄膜，這時(shí)候也最容易發(fā)生過度磨損的情況。當(dāng)然，僅僅更換活塞環(huán)還有一定的調(diào)節(jié)規(guī)律，如果將氣缸套和活塞環(huán)同時(shí)更換，又需要我們?cè)诓煌臅r(shí)刻和不同的注油率情況下進(jìn)行調(diào)節(jié)。這些都是管理人員需要認(rèn)真地加以區(qū)分的。

在Alpha ACC氣缸注油系統(tǒng)的管理過程中，得到的氣缸注油率可能并不準(zhǔn)確，而氣缸油注入量是否合適，是需要通過掃氣口檢查和吊缸來判斷的。如果主觀地認(rèn)為注油率大一些沒有太大問題的話，可能最終會(huì)引起積灰等一系列問題。

因此，可以看出該系統(tǒng)的管理主要是圍繞注油定時(shí)和注油率來展開的。而對(duì)于何時(shí)注油、注油率的多少、注油率何時(shí)調(diào)節(jié)以及如何維持系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)、正常報(bào)警，這些才是管理人員需要仔細(xì)思考的。Alpha ACC氣缸注油系統(tǒng)的管理工作是由其特征來決定的，作為管理人員要在符合一定規(guī)律的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)地使用好該電子注油系統(tǒng)。

5 結(jié) 語

本文在對(duì)比傳統(tǒng)注油器的基礎(chǔ)上，全面研究了“育鯤”輪電子氣缸注油系統(tǒng)的組成、原理以及氣缸注油率的選取、系統(tǒng)管理。雖然該系統(tǒng)存在一些不足，但是從多方面來看，電子氣缸注油系統(tǒng)明顯比傳統(tǒng)氣缸注油系統(tǒng)優(yōu)越。電子注油器的注油率調(diào)節(jié)準(zhǔn)確，在實(shí)際使用中要特別注意注油系統(tǒng)的工作環(huán)境，結(jié)合柴油機(jī)工作負(fù)荷和燃油的變化情況，合理選擇注油率。要加強(qiáng)管理人員的技術(shù)培訓(xùn)，提升對(duì)電子注油系統(tǒng)的管理水平。在工作中，一要關(guān)注電子注油系統(tǒng)是否正常工作，二要通過常規(guī)手段“摸、看、聞”等，通過觀察掃氣口和吊缸的途徑，判斷氣缸套和活塞環(huán)的潤(rùn)滑是否良好，適時(shí)調(diào)整氣缸注油率。只有這樣才能最大限度地發(fā)揮電子注油器的優(yōu)勢(shì)。