1、1本科毕业论文（20 届）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2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 ACC 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。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 电子注油器 注油率ABSTRACT:
2、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 electrical cylinder lubric
3、ation 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. In addition, the paper shows key points of da
4、ily work of the electrical system, and also presents a brief analysis of alarm handing and trouble shooting.Keywords: marine diesel engine electrical lubricator feed rate3目 录1 ALPHA ACC 电子注油系统 .41.1 系统介绍 .41.2 系统组成 .41.3 ALPHA ACC 电子注油系统管路 .51.4 注油器工作原理 .61.5 ALPHA ACC 电子注油系统的工作原理 .92 气缸注油率的选择 .92.1
5、 ALPHA ACC 气缸注油率对主机的影响 .92.2 ALPHA ACC 气缸注油率的选取 .102.3 ALPHA ACC 气缸注油率的计算 .113 电子注油系统的管理 .123.1 日常使用时的管理要点 .123.2 扫气口检查 .124 典型故障分析 .134.1 MCU 常见故障处理和故障诊断 .134.2 没有外部触发信号时的应急运转 .135 总结 .14附录一：BN 为 70 时 HMI 设定值和燃油含硫量的对照表 .154Alpha ACC 气缸注油系统前言柴油机气缸润滑是一个复杂而重要的问题。在大型十字头式柴油机中，气缸润滑是一个独立的润滑系统，其润滑设备、滑油品质以及
6、运转管理均需特殊考虑。在当代船舶柴油机高强度化、燃油劣质化的发展中，对气缸润滑提出了更加苛刻的要求。气缸润滑的主要目的是为了在柴油机工作时始终使气缸套和活塞环之间保持良好润滑状态，以减轻气缸套和活塞的过度磨损并保证活塞环和气缸壁之间合适的气密间隙。但是气缸油费用在船舶营运成本中占了相当大的比重，是位于燃油费用和船员工资费用之后的第三大成本。因此在保证气缸活塞良好润滑状态的基础上，减少气缸油注油量和气缸注油率，对于降低船舶营运成本具有重大意义；为了达到这个目的，应该在恰当的时刻注入到活塞环带适量的气缸油。因此，MAN B&W 公司开发了 Alpha ACC 电子注油系统。通过对 Alpha 电子
7、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。1 Alpha ACC 电子注油系统1.1 系统介绍Alpha ACC 是 Alpha Adaptive Cylinder oil Control 的缩写，该电子注油系统可以通过程序根据柴油机负荷和转速改变注油量的大小，并根据传感器的信号在压缩冲程中第一道活塞环通过注油孔时注油，润滑活塞环和缸套，从而可以显著的降低气缸油消耗量和气缸磨损率。该气缸油电子注油系统主要包括气缸油日用柜、泵站和启动面板、注油器单元、Alpha 注油器控制单元（ALCU ） 、负荷传感器、触发系统（
8、曲轴角度译码器） 、备用触发系统和 HMI 控制面板。1.2 系统组成（1）泵站和启动面板：泵站有两套独立的操作泵、加热器、滤器，下部是吸入油箱，上面是控制面板。启动面板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”轮泵站设在机旁。（2）注油器单元：每个气缸都装有一个注油器单元，每个注油单元包括有一个或者两个注油器；中小缸径的柴油机一般每缸设一个注油器，缸径在 700-980 之间的柴油机一般5每个缸有两个注油器。根据机型的不同每个注油器有 3、4、5 或者 6 个润滑柱塞， “育鲲”轮上的主机型号是 MAN B&W6S35MC，
9、每个气缸上只装有一个注油器，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）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，通过它们实现对注油器系统的检测和控制。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 ） 。Al
10、pha ACC 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，以保证供电可靠。（4）负荷传感器：负荷传感器与主机的燃油齿条相连接，因此可以持续的把燃油刻度的百分值传送给 MCU（主控制单元） 。MCU 可以根据这些信息和主机转速计算主机负荷。（5）触发系统（曲柄角度译码器）: 曲柄角度译码器和曲轴的前端相连，信号通过接线盒传到 ALCU 控制箱。对于一些主机来说在曲轴的前端安装角度译码器是不可行的，这时在盘车机端安装触发环和速度传感器。（6）备用触发系统：在飞轮端，备用触发系统由在一个盒子内的两个速度传感器组成，因此可以将主机的转速信号传递给备用控制单元
11、。为了监测主机运行，速度传感器也与主控制单元相连接。（7）HMI 控制面板：在集控室内的 HMI 控制面板上，工作人员可以进行模式设定（MCU/BCU/Auto） ，对主机各缸注油率的大小、注油定时等一些参数进行调整，也可以遥控控制高压油泵的起停，并可以实现对主机的预润滑功能。各个设备的设定参数、运行数据及其警报都可以在上面显示。1.3 Alpha ACC 电子注油系统管路6图 1 Alpha ACC 电子注油系统管路图如图 1 所示为 Alpha ACC 电子注油系统的管路图。其工作过程如下：一般主机气缸油是从甲板注油接头加油然后储存在气缸油储存柜中，再通过气缸油驳运泵或者是手摇泵将气缸油送
12、到位置较高的气缸油日用柜中。从气缸油日用柜中来的气缸油靠重力流到泵站下部的油箱中。在油箱中一般都设有电加热器，在油温低的时候可以为进机的气缸油加热从而使气缸油有适当的温度，以保证气缸油良好的润滑性能。一般情况下，气缸油的温度应该保持在 30-60之间。增压油泵通过吸入滤器从油箱中吸入气缸油并加压到 40-50bar，然后将气缸油送到各个气缸旁边的气缸油注油器单元。工作人员可以通过泵站上的油压控制阀对气缸油的油压进行调节，以保证去注油器单元的滑油压力在正常的工作范围之内。在泵站到注油器单元的供油管路上装有一个安全阀，当进机油管内的压力高于安全阀的设定压力时，阀将打开，将油泄放到回油管路中，以保证
13、管内的压力不会继续升高，不会影响设备的正常工作。在高压泵站处一般都有两台油泵，一台主用，一台备用。1.4 注油器工作原理7图 2 气缸注油器单元外观电磁阀注油器电磁阀活塞行程位置传感器气缸油出口出口去气缸注油点活塞行程基本设定值垫圈图 3 注油器内部结构图（电磁阀关闭）调节螺丝 执行活塞注油器柱塞气缸油进口Alpha 注油器电磁阀-未开启球阀注油量控制信号供油阀平衡阀8如图 2 注油器单元外观所示，每个气缸油注油器单元包含供油阀、平衡阀、电磁阀、进口蓄压器、出口蓄压器和一个注油器。其中蓄压器可以为增压泵系统保压，并可以减少系统中油压冲击和压力脉动。在气缸油注油器单元工作时，供油阀和平衡阀均处在
14、垂直状态，其中供油阀打开，平衡阀关闭。如图 3 注油器内部结构图所示，注油器内部主要包括执行活塞、活塞行程位置传感器、注油器柱塞、弹簧、球阀、调节螺丝、活塞行程基本设定值垫圈等重要部件。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次的注油量。活塞行程基本设定值垫圈依靠垫圈限制调节螺丝的向内移动从而限制执行活塞的最小行程。当气缸油经进油阀进入注油器后并不能直接进入注油器注油，而是必须通过注油器上的两位三通电磁阀。系统中装有角度译码器，可以把 1 号缸的上止点标识信号和曲轴位置触发器信号持续的传递给主控制单元（MCU ） 。当主控制单元根据这两个信号计算出某个缸的曲柄转到了注油定时位置，且
15、决定要向该缸注油时，会送出一个信号使对应气缸注油器单元的电磁阀通电。于是电磁阀的 AP 口导通，高压气缸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。增压后的气缸油克电磁阀活塞行程位置传感器气缸油出口出口去气缸注油点注油量控制信号活塞行程基本设定值垫圈调节螺丝 执行活塞注油器柱塞气缸油 进口Alpha 注油器 电磁阀-开启图 4 电磁阀开启时注油器内部元件动作图9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。动作过程如图 4 电磁阀开启时注油器内部元件动作图所示。当注油信号结束时，电磁阀失电 AT 口导通。此时进
16、口气缸油被截止在电磁阀前，执行活塞右端气缸油经 AT 口泻放到出口管路中。执行活塞在弹簧力作用下复位，球阀关闭，此时注油器内部状态如图 3 所示。1.5 Alpha ACC 电子注油系统的工作原理Alpha ACC 电子注油系统的控制核心是 Alpha 控制单元（ ALCU） ，由 MCU、BCU 和SCU 三个单元组成。Alpha 控制单元由可靠的 UPS 24V 直流电源供电。在一般情况下，整个注油系统由主控制单元（MCU）控制。在 Alpha ACC 电子注油系统中，在曲轴的自由端安装了角度传感器监测主机曲轴转角，在曲轴的飞轮端安装了速度传感器检测曲轴转速，在主机燃油齿条处安装了负荷传感
17、器监测主机负荷。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。MCU 单元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，主控制单元经过计算和判断，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，对气缸和活塞进行润滑，保持气缸和活塞的良好工作状况。在每个注油器内部都装有感应式的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闪亮，我们可以根据发光二级管是否闪亮来判断注油器是否工作。在Alpha ACC 电子注油系统中，注油器每次喷射的基本注油量在设定好以后就
18、不再变化，但是注油频率可变。当主机的负荷或者是转速发生变化时，MCU 单元会根据传感器送来的转速信号和负荷信号进行分析计算，确定此时的气缸油喷射频率，对喷射频率进行调整，从而改变气缸油的注油率以适应主机工况的变化。如果集控室 HMI 面板上的转换开关模式选择为“Auto” ，当主控制单元出现故障时，切换控制单元（SBU）会把所有的电信号切换到备用控制单元（BCU）上，由备用控制单元来控制电子注油系统。备用控制单元是基于随机定时和 RPM 模式的，此时注油频率仍然是可以自动调节的，但是注油频率一般设定为原来的注油频率在加上 50%。2 气缸注油率的选择2.1 Alpha ACC 气缸注油率对主机
19、的影响主机的气缸润滑对于整个主机系统的正常工作来说是十分关键的，尤其是气缸油注油率，直接影响着主机气缸和活塞的正常工作。在选取注油率的时候，既不能太大也不能太小。如果注油率太大不但会浪费气缸油污染环境，而且过润滑会导致钙基的碱性添加剂过10量，因此会导致活塞环槽间和活塞上沉积钙化物（ ）沉淀，阻碍活塞环的运动，3CaO摩擦缸套导致机械“抛光”并损坏油膜严重时导致拉缸。同时过润滑带来的过量碱性添加剂完全抑制了腐蚀，但是可控的腐蚀对于不断地清洁缸套表面是必要的。另外多余的气缸油还会沉积在活塞下部空间、扫气箱和定压排气管中，容易导致扫气箱着火。如果注油率太小，则难以在气缸套与活塞环之间形成完整的油膜
20、，而使活塞环与气缸套磨损加剧，气缸油的密封作用不足导致漏气，漏泄的燃气又会破坏缸壁上的油膜导致发生咬缸事故，严重影响主机的性能。因而存在一个最佳注油率。最适宜的注油率应该根据推荐的注油率并综合考虑活塞环的状态、缸套磨损率的大小以及柴油机部件的拆检周期来确定。2.2 Alpha ACC 气缸注油率的选取气缸润滑的主要目的之一是为了在气缸套和活塞环之间建立液压油膜润滑，从而保证气缸和活塞的良好的工作状态，以延长其大修周期提高经济性。良好的润滑应该能减少磨损并确保经济性。因此为了建立具有一定厚度的油膜，气缸注油量必须达到一定值。但是根据在不同的注油率下油膜厚度的实验证明，在缸套低负荷区域油膜厚度随着
21、气缸油的用量明显变化。但是在缸套高负荷区域，当注油率由 2g/kWh 降为 0.60g/kWh 时，油膜厚度几乎不变，维持在相对安全的百万分之一毫米。也就是说，注油率为 0.6g/kWh 时即可建立最优的油膜厚度，再进一步提高注油率并不能提高油膜厚度。因此 0.6g/kWh 即为注油系统经济性最好的注油率。但是实际应用中一般趋向于较大的注油率。在 Alpha ACC 电子注油系统中，系统的注油率是和燃油含硫量和主机负荷成正比的。一般情况下根据燃油含硫量设定基本注油率，只要燃油含硫量没有大的变化，基本上不需要调整基本注油率。当燃油负荷发生变化时，MCU 通过增大注油频率来自动适应主机工况。当主机
22、所用燃油含硫量发生大的变化时，主管人员必须根据 Alpha ACC 电子注油系统提供的含硫量对应的 HMI 设定值对照表，在 HMI 面板上重新设定气缸注油基本注油率的值，以使气缸油中碱性添加剂的量更好的和燃油中的含硫量相适应。如附录 1 所示气缸油碱值为 70 时，HMI 设定值和燃油含硫量的对照表。也可以应用下列公式来计算： 基本注油率=0.26 - 0.34g/kWh*S%（其中 S%为燃油的含硫量）其中 0.26-0.34 为注油因子取值范围，和主机的结构有关，对于低置缸盖主机取 0.34对于高置缸盖主机取 0.26。同时根据实验证明当注油率设定值小于 0.6g/kWh 时，主机工作时很有可能出现注油不足无法建立足够厚度油膜的现象，严重影响气缸的正常润滑。因此无论燃油含硫量有多低，设定值都不能小于这个值。实际中大部分燃油的含硫量低于
