1、本科毕业论文（20 届）“育鲲”轮 Alpha Acc 电子注油系统与气缸注油率分析所在学院专业班级 轮机工程学生姓名指导教师完成日期内容摘要摘要：在船舶柴油机的管理中，气缸润滑是一个十分重要的问题，因为气缸润滑的好坏不仅直接影响气缸套和活塞的工作性能，而且影响燃烧室的密封。本文以“育鲲”上的电子注油系统为基础详细的介绍了 MAN B&W 主机上的 Alpha 电子注油系统，对其结构和工作原理进行了分析，且就如何科学地选取和计算气缸油注油率进行了说明,并提出注油率调节过程中应注意的问题,同时介绍了在日常工作中电子注油器的管理要点，并对常见故障及其处理方法进行了简单的分析。关键词：船舶柴油机 电
2、子注油器 注油率ABSTRACT: Cylinder lubrication is a very important factor in the management of marine diesel engine, because lubrication not only has a direct effect on operation conditions of cylinder and piston but also plays an important part in achieving a gas seal. This paper which is based on electric
3、al cylinder lubrication system of “YuKun” present Alpha ACC cylinder lubrication system in main engine from MAN B&W company. The paper analyses construction and working principles of the system and explain how to select and calculate cylinder oil feed rate scientifically. Put forward the question th
4、at should be paid attention to in the regulating course .In addition, the paper shows key points of daily work of the electrical system, and also presents a brief analysis of alarm handing and trouble shooting.Keywords: marine diesel engine electrical lubricator feed rate目录1 前言 12 Alpha 气缸注油系统组成、工作原
5、理及工作模式 12.1 Alpha 气缸注油系统组成 12.2 Alpha 气缸注油系统工作原理 32.2.1 对注油定时的控制 42.2.2 对注油率的控制 42.3 Alpha 气缸注油系统的工作模式 42.3.1 主控单元（MCU）模式 42.3.2 备控单元（BCU）模式 52.3.3 应急模式 53 Alpha 气缸注油器的结构、工作原理 54 Alpha 气缸注油器注油率 64.1 气缸注油率不当对主机的影响 64.1.1 气缸注油率高的危害 64.1.2 气缸注油率低的危害 74.2 气缸最佳注油率 74.3 Alpha 气缸注油器注油率的选取 74.4 Alpha 气缸注油率的
6、计算 94.5 Alpha 注油器实际注油率控制 94.5.1 按最大持续功率计算: 94.5.2 按燃油含硫量计算： 104.5.3 注油率控制调节中注意问题: 115 电子注油系统的管理 125.1 日常使用时的管理要点 125.2 扫气口检查 126 Alpha 气缸注油系统 MCU 常见故障诊断和故障处理 127 总结 13【参考文献】 14【致 谢】 14附录 1151“育鲲”轮 ALPHA 气缸注油器及其注油率分析1 前言船用低速二冲程十字头式柴油机气缸内工作压力高，温度高，润滑困难，工作条件恶劣。气缸润滑成为影响柴油机工作的主要因素之一。为了达到最佳润滑效果，应该在恰当的时刻注入
7、到活塞环带适量的气缸油，不同的机型, 甚至相同的机型在不同的工况下,注油率均应各不相同，必须考虑具体船舶设计的主机的工况点和常用转速,使用燃油的硫份含量,气缸油性能指标以及该柴油机运转的实际状况等结合柴油机生产厂家和气缸油厂家推荐的注油率综合考虑，以确定最佳的注油率。MAN B&W 公司开发了 Alpha 电子注油系统。通过对Alpha 电子注油系统在主机工作时大量的实验证明，该系统可以节省气缸油、减少颗粒的产生和减少燃烧室磨损，从而明显提高柴油机运行的经济性。下面对 Alpha 电子注油系统进行分析介绍。2 Alpha 气缸注油系统组成、工作原理及工作模式2.1 Alpha 气缸注油系统组成
8、如图 1 所示，为 Alpha 电子注油系统简图。该系统组成如下：（1）泵站和启动面板该泵站包括两台独立运行的泵，加热盘管，滤器和一个吸入油箱。启动面板在油箱上面，用来控制高压油泵的起停，两路独立的供电线路通过两个断路器分别向两个高压油泵供电，保证油泵的可靠运转。 “育鲲”轮气缸注油系统泵站设在机旁。2图1 气缸油电子注油器系统（2）注油器单元如图 2 所示，为注油器单元， “育鲲”轮上的主机型号是 MAN B&W6S35MC，每个气缸都装有一个注油器单元，都只装有一个注油器，每个注油器有四个润滑柱塞。在注油器单元的入口处装有一个蓄压器，蓄压器内部充有预设压力 25-30bar 的氮气；在注油
9、器的出口处装有一个小的蓄压器，内部充有预设压力 1.5bar 的氮气。蓄压器可以使注油器的注油压力稳定，不会出现大的波动，使气缸润滑更加稳定、可靠。每个注油器单元上同时设有一个电磁阀和一个反馈传感器，用于对注油的控制和监测。3图2 气缸注油器单元外观(3)Alpha 注油器控制单元（ALCU ）Alpha 注油器控制单元包括三个主要的控制单元，这三个单元分别是主控制单元（MCU） 、备用控制单元（BCU）和切换控制单元（SBU） 。电源为直流电 24V, 为保证供电可靠，注油系统控制单元由 UPS 单元通过不同的断路器提供两路相互独立的 24V 直流电源，主控单元（MCU）和备控单元(BCU)
10、的电源，一路是普通 24V 电源供给，另一路是由不间断24V 电源供给。(4)负荷传感器负荷传感器连接油门齿条，因此把柴油机的油门刻度的百分比连续不断地送到主控单元(MCU)，从而对柴油机的负荷进行计算并检测柴油机转速。(5)触发系统（曲轴编码器）曲轴编码器连接在曲轴前端，信号通过一个接线盒传送到计算机面板；若曲轴前端不适于安装角度编码器，则可以在飞轮端安装触发环和测速装置（“育鲲”轮即采用后者） 。(6)备用触发系统备用触发系统由安装在飞轮端的一个盒子里的两个转速检测装置组成，因此可以将柴油机的转速信号传送到备用控制单元（BCU） 。该装置也与主控单元连接以达到监视目的。 (7)人机界面（H
11、MI）人机界面上，可以对各气缸油注油器进行单独调节，并显示出各种数值和报警，而且还可以手动进行启动油泵、对气缸预润滑等操作。平衡阀供油阀电磁阀注油器42.2 Alpha 气缸注油系统工作原理气缸油经油泵加压到 45MPa 后，送到各气缸注油器。Alpha 气缸注油系统通常由主控制单元（MCU）控制。在曲轴的自由端安装了检测主机曲柄转角的角度传感器，在曲轴的飞轮端安装了检测曲轴转速的速度传感器，在主机油门齿条处安装了监测主机负荷的负荷传感器，这些传感器不断地将主机的曲柄转角信号、转速信号和负荷信号送到 MCU 单元中去，该主控制单元（MCU）接受曲柄转角信号、转速信号和负荷信号以及燃油的含硫量等
12、数字信号,经过计算后给出注油定时和注油率。2.2.1 对注油定时的控制主控单元（MCU）根据曲柄转角信号确定注油定时。当某个缸的曲柄转到对应的注油定时位置时，角度传感器将曲柄转角信号送至主控单元（MCU） ，主控单元经过分析和计算，使注油器在柴油机压缩行程中，当第一道活塞环通过注油孔时将气缸油喷射到活塞环带，从而保证气缸和活塞的良好润滑。2.2.2 对注油率的控制注油率由主控制单元动态控制,在综合考虑了柴油机的负荷、燃油的含硫量、转速后确定出最佳注油率。注油器的每次注油量是恒量控制,但特定的注油率是由注油频率来实现,而注油器的注油频率是根据柴油机实际负荷比例控制,也可以是转速控制方式。当主机的
13、负荷或转速发生变化时，主控单元（MCU） 会确定此时的气缸油注油频率，并对其进行调整至适当值，以适应主机工况的变化，得到良好的润滑效果。在集控室人机界面（HMI）上，可以单独对各缸的注油率在 60%200%范围内进行调节，其默认值为 100%；如果在 HMI 上将转换开关模式置为“自动” ，一旦主控单元（MCU）出现故障，备控单元（BCU）将自动投入工作。备控单元是基于随机定时和 RPM 模式的，此时注油频率是可以自动调节的，但是注油率一般设定为原来的注油率加 50%。2.3 Alpha 气缸注油系统的工作模式Alpha 气缸注油系统有三种控制模式：主控单元（MCU）模式、备控单元（BCU）模
14、式及应急模式。2.3.1 主控单元（MCU ）模式该单元基于“准确的定时”和“主机平均有效压力”控制位于注油器单元上的电磁阀向相应的各缸供油，在正常情况下都在该模式下工作。实现方法：人机交换界面面板(HMI)上的控制开关放在“AUT0”位置即可。(1)主机备车：辅助鼓风机运转，泵站油泵就会自动起动，注油器向气缸内注入一些气缸油预润滑。若主机随后没有启动，泵站就会自动停止。(2)主机起动运转：泵站油泵自动起动，如果柴油机三次启动失败，那么也将自动停止工作。编码器把检测到的发动机转速和定时信号，发送到主控单元；主控单元通过油门刻度发送器发来的油门信号以及人及交换界面面板(HMI)中的预先设定值，运
15、算处理各种数据后，向各缸气缸油注油器发出注油指令，各缸气缸油注油器完成注油动作，并向主控单元5（MCU）反馈注油动作完成信号。(3)主机停车达到一段(预设的)时间后，泵站油泵自动停止运转。2.3.2 备控单元（BCU）模式备控单元(BCU)基于“随机定时”和“转速 rpm”模式，通常设定为基本注油率加50%。若主控单元(MCU)发生故障，备控单元(BCU)就能自动投入工作（注意：此时人机交换界面面板 HMI 上控制开关必须打在“AUTO”位置）这时人机交换界面面板 HMI 上的“BCU IN CONTROL”灯就会亮。既 Alpha 气缸油注油系统会自动切换到备控单元模式工作，并发出相关的提示
16、报警。备控单元模式运转，是利用装在主机飞轮上的转速采样传感器的转速信号和油门刻度发送器的油门刻度信号以及人机交换面板（HMI）中的预先设定值，运算处理各种数据后，向各缸气缸油注油器发出注油指令，各缸气缸油注油器在完成注油动作后，向备控单元反馈注油动作完成信号。这时编码器不起作用，ALPHA 气缸油注油器只能在无时序的工况下工作。2.3.3 应急模式在所有外部传感器（编码器、转速传感器）都损坏，或 MCU 和 BCU 同时损坏，船上又无法修理的情况下，按应急模式运行。主控单元或者备控单元内部，配有冲程发生器，每秒钟发出一个脉冲信号，相当于主机 60 rmin 运行时外界触发器接受到的触发信号。保
17、持电子注油器一定的注油量，以维持主机 60 r min 运行。应急运行模式，反馈单元仍正常工作(注油器的反馈指示灯显示注油器是否在工作)，一旦注油器停止工作，会发出反馈故障警报。但是此时主控单元的减速信号仍旧保持，备控单元系统不工作，气缸油注油器是工作在转速信号(60 rmin)和无时序的状态下，气缸油的供油率比基本供油率增加 25。3 Alpha 气缸注油器的结构、工作原理如图 3（a） （b） Alpha 注油器结构图所示，注油器主要包括电磁阀、驱动活塞、注油器柱塞、活塞行程位置传感器、球阀、弹簧、调节螺丝、活塞行程基本设定值垫圈等部件。其中调节螺丝可以调节执行活塞的行程从而可以改变柱塞每
18、次的注油量。活塞行程基本设定值垫圈通过限制调节螺丝的向内移动，从而限制执行活塞的行程。注油时，电磁阀接到注油信号受控动作如图 3（a）所示，电磁阀的 AP 口导通，高压油经过电磁阀进入执行活塞右端，推动执行活塞克服弹簧力向左移动，从而推动注油器柱塞移动，使柱塞缸中的气缸油进一步增压，增压后的气缸油克服球阀的弹簧力打开球阀进入气缸注油点对气缸和活塞进行润滑。在每个注油器内部都装有活塞行程位置传感器，当执行活塞移动后会送给中间接线箱一个信号，此时在中间接线箱处可以观察到发光二极管变亮，可以根据发光二级管的亮灭来判断注油器是否工作。当注油信号结束时，如图 3(b)所示电磁阀失电 AT 口导通,执行活
19、塞下面油压被释放，6注油停止，一部分压力油从气缸油出口管返回泵站小油箱，一部分通过注油器本体内部通道进入油缸内，补充消耗的气缸油，为下一次注油做准备。图3（a）Alpha电子注油器注油结构图图3(b) Alpha电子注油器注油结束结构图4 Alpha 气缸注油器注油率4.1 气缸注油率不当对主机的影响 4.1.1 气缸注油率高的危害（1）气缸油过多，容易在排气通道积碳，造成气缸的气口、废气涡轮喷嘴环、叶片流道及气管通道积碳堵塞，从而影响柴油机正常工作；7（2）柴油机排气通道的积碳被引燃后，从排气管冒出大量火星，易引起船舶火灾；（3）引起扫气箱着火；（4）积炭把活塞环卡死后，引起咬缸事故；（5）
20、加重对大气的污染。 4.1.2 气缸注油率低的危害（1）难以形成完整的油膜，致使活塞环与气缸套的磨损加剧；（2）不足以中和产生的酸，易发生酸腐蚀，加速缸套磨损；（3）使漏气增多，而漏泄的高温燃气会烧掉缸壁上的油膜，以致最终发生活塞环折断或拉缸事故。4.2 气缸最佳注油率气缸最佳注油率就是要保证气缸既充分润滑，又要防止过剩或不足。气缸注油率是由气缸运转期间的诸多因素确定的，尽管主机制造厂家规定了标准的气缸油注油率，但由于实际运行工况十分复杂，往往使用中采用的实际注油率高于主机制造厂家的推荐值。由于主机管理，工况的不同，注油率也不是多多益善的，图 4 为直流扫气柴油机气缸注油率与缸套磨损的关系图。图 4 直流扫气柴油机气缸注油率与缸套磨损率的关系4.3 Alpha 气缸注油器注油率的选取为了在气缸套和活塞环之间建立一定厚度的液压油膜润滑，从而保证气缸和活塞
