1、1本科毕业论文（20 届）浅析 Alpha ACC 电子注油系统在“育鲲”轮上的应用所在学院专业班级 轮机工程学生姓名指导教师完成日期2内容摘要摘要：在船舶柴油机的日常管理中，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。本文首先分析了传统机械式注油器的缺陷，由此引出了 Alpha ACC 电子注油系统。然后以“育鲲”轮上的电子注油系统为基础详细的介绍了 Alpha ACC 电子注油系统的组成及工作原理、系统的操作规程、常见故障分析和日常检查及维护保养要点。最后针对“育鲲”轮注油系统的实际情况，对系统进行了改进。关键词：Alpha 气
2、缸注油器、工作原理、操作规程、故障分析、系统改进 ABSTRACT: Cylinder lubrication is a very important factor in the management of marine diesel engine, because the effect of lubrication not only has a direct influence on operation performance of cylinder and piston but also plays an important part in achieving a gas seal. Th
3、is paper firstly analyses the imperfection of the traditional mechanical lubricator, from which Alpha ACC cylinder lubrication system is put forward. Then the paper introduces the basic components, working principles, operating procedure, a brief analysis of alarm handing and trouble shooting and ke
4、y points of daily work of the Alpha ACC cylinder lubrication system, based on electrical cylinder lubrication system of “YuKun”. At last the paper shows the improvement of the system aiming at practical condition of electronic lubrication system in “YuKun”. Keywords: Alpha cylinder lubricator、workin
5、g principles、operating procedure、analysis of trouble、improvement of system 3目 录前言 .11 机械式气缸注油系统 .11.1 机械式气缸注油系统工作原理 .11.2 机械式气缸注油系统技术缺陷 .12 ALPHA ACC 电子注油系统 .22.1 ALPHA ACC 电子注油系统组成 .22.2 ALPHA ACC 电子注油系统的工作原理 .32.2.1 对定时的控制 .42.2.2 对定量的控制 .42.3 ALPHA ACC 电子注油器工作原理 .42.4 ALPHA ACC 电子注油系统的优势 .63 ALPH
6、A ACC 电子注油系统的操作规程 .73.1 油泵站起动面板的介绍 .73.2 人工控制面板（HMI）的介绍 .83.3 ALPHA ACC 电子注油系统起动操作规程（柴油机停机状态） .93.4 ALPHA ACC 电子注油系统起动时注意要点 .93.5 ALPHA ACC 电子注油系统对定时的检查及调整 .103.6 ALPHA ACC 电子注油系统对定量的检查及调整 .104 常见故障分析 .114.1 反馈故障 .114.2 备用控制单元转速采样传感器故障 .114.3 蓄能器氮气不足故障 .125 ALPHA ACC 电子注油系统检查和维护保养 .136 ALPHA ACC 电子注
7、油系统的改进与总结 .146.1 系统的改进 .146.2 总结 .15【参考文献】 .161浅析 Alpha ACC 气缸注油系统在“育鲲”轮上的应用前言柴油机作为船舶的“心脏” ，其正常、安全、可靠的工作十分重要。在影响柴油机正常工作的众多因素中，由于气缸工作压力大、温度高、工作条件恶劣，所以活塞和气缸套之间的润滑最为困难。在大型二冲程十字头式柴油机中，气缸润滑是一个独立的润滑系统，其润滑设备、滑油品质以及运转管理均需特殊考虑。气缸润滑是气缸油通过活塞环涂布于缸壁上形成润滑油膜，减少缸壁与活塞环、缸壁与活塞裙等摩擦副的磨损；气缸油粘附摩擦产生的金属颗粒和燃烧产生的磨粒，并由活塞环刮至扫气箱
8、排出，减少磨料磨损；气缸油中的碱性物质，中和燃烧产物中的酸性物质，减少酸性腐蚀。经世界多家公司计算, 滑油成本约占主机整个维修保养成本的80% , 而气缸油成本又占主机滑油成本的90% 以上。由此可见, 气缸油成本会占到主机的维修保养成本的70%左右。因此如何控制好气缸油消耗, 成为继节约燃油消耗之后降低船舶运营成本的又一比较好的途径。传统的机械式注油器注油压力较低, 气缸油便不能很好的雾化, 从而不能良好布油；注油器受凸轮轴控制和机械传动的约束, 存在摩擦大、精度低的特性, 很难保证准时注油；注油率与含硫量、负荷等不直接发生联系,无法控制最佳的注油率，也就不能使活塞与缸套之间良好润滑。因此M
9、AN B&W公司开发了新一代的电子注油系统即“Alpha 电子注油器系统” ，该系统不仅具有准确的供油定时，而且能够根据主机的平均有效压力(油门及转速)的变化及时调整气缸油供油量。达到了降低气缸油消耗量，比用机械式气缸注油器节省气缸油；缩短气缸检修后的磨合过程，减少磨合期气缸油消耗量；减少气缸中的积碳，延长主机吊缸保养周期等目的。以下就“育鲲”轮Alpha电子注油系统的组成、工作原理、系统操作方法、常见故障及其处理方法和维护保养等方面加以介绍。1 机械式气缸注油系统1.1 机械式气缸注油系统工作原理机械式注油器由注油器和注油接头组成。每缸设置一个, 均由多个柱塞式油泵单元组成, 各油泵单元分别
10、将气缸油经气缸周围的注油接头供给各缸的多个注油点。这种注油器由链轮或齿轮传动, 带动注油器的凸轮轴作旋转运动,由凸轮轴上的凸轮顶动小柱塞作往复运动, 且柱塞与活塞的运动是相对应的。因此这种注油系统的泵油频率与主机转速同步, 注油量的大小与主机转速的变化成线性关系。它的注油量调节主要依靠手动调节每个注油小单元的柱塞行程来实现。1.2 机械式气缸注油系统技术缺陷机械式注油系统由于其结构简单、可靠, 在早期建造的船舶大型低速柴油机中得以广泛使用。但因为其本身的构造也就存在一些不可避免的缺陷:2(1)注油压力低。 机械式注油器的注油压力由柱塞活动过程提供, 而柱塞行程和凸轮转速是有限的, 因此只有当气
11、缸中的气体压力低于输油管中的油压时, 气缸油才注入气缸壁上的布油槽中。 注油压力低于0. 2MPa时, 气缸油便不能很好的雾化, 从而不能良好布油。(2)注油不够精确, 定时有误差。注油器受凸轮轴控制和机械传动的约束, 存在摩擦大、精度低的特性, 很难保证准时注油。(3)注油率与含硫量、负荷等不直接发生联系,无法控制最佳的注油率。 燃油的含硫量与滑油的注油率有着密切的关系, 如不能对含硫量、负荷做出准确及时的反馈, 将会加重活塞环和气缸套的磨损。(4)注油过程中容易出现波动或间断, 特别在低速时, 供油严重不足使润滑更加困难。轮机值班人员会通过加大注油量来保证有效的润滑。这就使得油量的实际消耗
12、远大于最佳注油量, 这不但会造成气缸油的大量浪费, 而且还会在缸内形成结碳, 形成进一步加剧气缸磨损的恶性循环。2 Alpha ACC 电子注油系统2.1 Alpha ACC 电子注油系统组成（1）泵站和启动面板泵站有两套独立的操作泵、加热器、滤器，和一个吸入油箱。上面装有启动面板，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，保证油泵的安全运转。 “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，缸径在 700980 之间的柴油机一般每缸设两个注油器，而中小缸径的柴油机一般每缸设一个注油器。根据机型的不同每个注油器有 3、4、5或
13、 6 个润滑柱塞。在注油器单元的入口处装有一个蓄压器，内部充有预设压力 2530bar的氮气；在注油器单元的出口处也装有一个蓄压器，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，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反馈传感器和一个电磁阀。 “育鲲”轮上的主机型号是 MAN B&W6S35MC，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。（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：主控制单元（MCU） 、备用控制单元（BCU）和切换控制单元（SBU ） 。为了保证供电可靠， Alpha A
14、CC 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。（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（曲柄角度编码器）3曲柄角度编码器和曲轴的前端相连，信号通过接线盒传到计算机面板。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速度传感器。“育鲲”轮采用后者。（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 BCU（备用控制单元） 。为了监测主机运行，速度传感器也
15、与 MCU（主控制单元）相连接。（7）HMI 控制面板在 HMI 控制面板上，工作人员可单独对各个气缸润滑进行调整，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。并显示各种数值和报警。图 1 Alpha 电子注油系统原理图2.2 Alpha ACC 电子注油系统的工作原理该系统的工作原理如图 1 所示，首先泵站提供适宜温度的高压气缸油(压力一般在4.05.0Mpa 之间, 油温在 4060 之间),通过共轨管路等候在每个注油器前。每个注油4器带有蓄压器,蓄压器起到稳压的作用。注油器
16、根据主控制单元(MCU)命令而动作,该主控制单元接受来自曲轴转角信号、负荷传送器的主机负荷信号以及燃油的含硫量等数字信号,经过计算后给出注油定时和注油量,控制注油器的电磁阀以合适的启闭实现各个气缸的气缸油注入，注油枪处安装有单向阀，防止高压气体进入注油腔内。2.2.1 对定时的控制注油定时是依据曲柄角度编码器上传来的两个信号，一个是以第1缸上止点的信号，另一个是曲轴位置传感器信号（曲柄转角），Alpha 电子注油系统的正时一般是在压缩行程、第一道活塞环上升至对准注油孔时开始向活塞环注油的。2.2.2 对定量的控制注油量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
17、佳供油率。即气缸注油量不仅应与燃油含硫量相匹配（如图2），而且还要和主机负荷相匹配。注油器的每次喷油量是恒量控制,但特定的喷油率是由喷油频率来实现,而注油器的喷油频率是根据柴油机实际负荷比例控制,当然可以是负荷控制方式,也可以是转速控制方式。我们也可根据需要依据柴油机的工况在人机交换界面面板（HMI）上自动或手动调节注油量，人工面板可以在60%200%之间（其默认值是100%）对各气缸的注油率进行独立调整。0 . 2 70 . 5 40 . 8 11 . 0 81 . 3 51 . 6 21 . 8 92 . 1 61 . 0 2 . 0 3 . 0 4 . 0 5 . 0部分负荷用油量（g/
18、kw.h)含硫量 / %图 2 气缸注油量与燃油含硫量的关系曲线2.3 Alpha ACC 电子注油器工作原理如图 3 注油器内部结构图所示，注油器主要由执行活塞、活塞行程位置传感器、活塞行程基本设定值垫圈、注油器柱塞、弹簧、球阀、调节螺丝、等重要部件。气缸油泵提供的 45Mpa 的气缸油作为动力油（用于驱动执行活塞）同时也是工作油5（用于向气缸和活塞提供润滑油） 。当气缸油经进油阀进入注油器后首先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
19、位置，且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。电磁阀开启时注油器内部元件动作图 3 所示。当注油信号结束时，电磁阀失电 AT 口导通。执行活塞右面的油压被释放，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的内部通道进入油缸中，补充消耗的气缸油，为下一次注油做准备。此时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
20、图 4 所示。还有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驱动活塞的最小行程。活塞行程位置传感器能感应执行活塞的移动，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。图 3 Alpha 电子注油器原理图(电磁阀动作时)6图 4 Alpha 电子注油器原理图(电磁阀未动作时 )2.4 Alpha ACC 电子注油系统的优势（1）Alpha 气缸油注油器在结构上用可靠的高压供油单元和准确的电子控制单元取代了靠链条或齿轮传动的机
21、械式注油器,大大节省了空间，将供油压力由 0.2MPa 提高到 4.5MPa 左右, 使喷入的气缸油油滴完全雾化, 促使气缸油分布均匀, 形成理想润滑油膜, 因此在润滑效果有显著提高。1 0 02 0 03 0 004 0 01 0 0 %2 0 0 %1 5 0 %5 0 %T ( h )5 0 0 6 0 07 0 0注油率的百分比图 5 气缸和活塞磨合初期注油率随时间的变化曲线（2）该装置的注油量的调节方式为随“负荷调节”而并非随“转速调节”, 所以柴油机无论是标准工况点运转还是低负荷运转, 都可获得最佳注油效果。该装置的注油量的多少将7燃油含硫量考虑在内, 从而减轻了使用劣质高硫分燃油
22、所造成的缸套腐蚀。（3）使用 Alpha ACC 气缸注油系统，可以使注油率大大降低，减少了结碳量，也就减轻了缸套和活塞的磨损，这样就可以延长维修保养周期，提高柴油机寿命。（4）在气缸注油量的调节方面, 电子式调节更加细化量化。机械式气缸油调节是通过人工改变柱塞的升程来实现的, 但实际运行中轮机员为确保气缸良好的润滑, 注油量往往偏多。而电子式气缸油调节在控制面板上进行操作, 数字显示一目了然, 注油量的调节可以实现精确的细化量化。例如, 在主机吊缸后, 为了使缸套和活塞顺利磨合, Alpha ACC 要求其注油量的调整共分五个阶段逐步由大到小进行,如图 5 所示第一阶段气缸注油率调到 200%运行 24 小时；第二阶段气缸注油率调到 150%运行 200 小时；第三阶段气缸注油率调到 120%运行 200 小时；第四阶段气缸注油率调到 100%运行 200 小时；第五阶段气缸注油率从 100%调小到 78%每隔 24 小时调小 2%，这样每次吊缸后 49 天的航行时间就完成成了注油率的调整。图 6 油泵起动面板图3 Alpha ACC 电子注油系统的操作规程3.1 油泵站起动面板的介绍油泵站控制板（如图 6）设置了一些控制开关、按钮和指示灯, 具体如下:一个三位开关控制泵如下动作:RME.(遥控)-泵的自动控制LOC.(机旁)-泵的手动控制
