WARTSILA 7RT—flex68—D主机增压器故障原因探析及对策
朱一斌
摘要：航行中，WARTSILA 7RT-flex68-D主机增压器喷嘴环因积碳严重而导致转速下降甚至停转，主机排温异常，船舶漂航影响正常营运。
关键词：可变喷嘴环涡轮增压器 燃油控制模块 燃油控制阀
0 前言
XLZ轮为我司4 738TEU集装箱船，2012年出厂，主机为瓦锡兰7RT-flex68-D，功率为21 910kW ，转速为95rpm，配置ABB增压器2个，型号为A175-L34T。
A175-L34T增压器采用了当今比较先进的可变喷嘴环技术（VTG），如图1所示，其核心部分就是可调涡流截面的导流叶片。从图1可以看到，涡轮的外侧增加了一环可由软件控制单元来控制角度的导流叶片，导流叶片的相对位置是固定的，但是叶片角度可以调整，能根据主机负荷的变化自动调节喷嘴环流道截面形状以提高效率，同时降低主机部分负荷时的热应力，强化了主机在部分负荷运行时的反应速度，不但降低了排气温度，还减少了部分负荷时的燃油消耗，同时更好地满足在大气排放限制方面的要求。在理论上不限制主机负荷降低范围，并且当增压器涡轮端被污染时能及时调整增压压力，非常适用于主机长期低负荷运转。
XLZ轮在某次航行过程中，主机增压器因积碳严重而出现停转现象。
1 故障现象描述
2015年6月，主机换用内贸燃油不久，NO.2增压器出现转速下降，其中第三、四、五3个缸的排温异常升高。正值船舶在锚地休整，进行主机试车时，NO.2增压器完全停转，拆开消音器后，盘车转子不动，增压器已经处于完全卡死状态。公司派ABB 专业人员上船进行拆检，发现涡轮端和可变喷嘴环积碳严重，如图2所示，但积碳较松软且有胶粘的感觉，清除积碳后予以装复，试车正常。10天后起锚续航，慢车运行仅2小时， NO.2增压器转速就下降至400转左右。勉强航行8小时靠妥下一港，停泊12小时后，主机备车时，NO.2增压器再次停转。锁定该增压器转子，慢车航行至锚地，撤除对增压器转子的锁定，再次慢车航行，试图让该增压器能再次运转，未果。再次停车，在准备锁定该转子过程中发现增压器转子又可以自由转动，因下一港航程较短，就维持航行，8小时后顺利靠泊。ABB专业人员再次上船对该增压器拆开检查，发现情况与第一次拆检情况类似，也是涡轮端积碳严重，怀疑这严重积碳与所使用燃油质量有关。根据ABB专业人员的建议，立即彻底更换日用油柜的燃油，换用新一批次燃油。开航后，主机运行在50%负荷，状况恢复正常，驶出航道后，主机加车至75%以上，对两台增压器尤其是NO.2增压器涡轮端进行多次核桃壳粒冲洗，状况正常。后降速至公司要求营运转速55rpm，20%MCR，运行2小时后，发现主机NO.2 增压器再次出现降速，故障仍未改善，无法续航，只能再次择地抛锚，继续查找原因。
2 故障排查过程与排除
2.1 导致增压器涡轮端污染的一般因素
导致主机增压器涡轮端污染的情况很多，但归纳起来大致有以下几个方面的原因：
（1）增压器自身故障，油封漏滑油；
（2）主机燃烧工况不佳，产生大量不完全燃烧产物，包含燃油品质不佳及主机燃油系统相关设备状况不佳；
（3）主机燃烧过程中混入了滑油，包含气缸油异常喷射和燃烧室组件漏泄，如活塞头裂穿，系统油漏至燃烧室等等。
2.2 故障排查过程
经过短时间内两次对主机增压器拆检，拆检人员认为在如此短的时间内造成增压器涡轮脏堵，基本可以排除增压器自身故障。在对排烟总管检查时发现内部油垢严重，怀疑是燃油品质或燃烧系统及其设备存在问题，故障可能来自主机本身或燃油质量或滑油漏入燃烧室等。
2.2.1喷油器
排查过程中，主管人员根据主机燃油喷射曲线及主机各缸参数判断，更换了多个缸的喷油器，情况毫无变化，基本排除喷油器的故障。
2.2.2 燃烧室状况
通过扫气箱对主机活塞头的检查并未发现泄漏，但排温高的各缸对应的扫气箱底部油泥明显较其他缸多。对扫气箱半小时泄放油量统计，证实排温高的缸的底部油泥数量较大。针对主机气缸油设定值，核对扫气箱残油化验其指标都正常，活塞头泄漏也可以排除。又考虑到排温高的第三、四、五缸，且监测到第五缸扫气箱残油最多，于是决定拆检第五缸盘根箱，并更换了第五缸盘根箱，试车也无改善，排除盘根箱泄漏的可能。虽然主机曲拐箱滑油消耗较多，每月1 500升左右，但与用外贸燃油期间比较，未见消耗异常增加。综上所述，燃烧室漏入滑油的可能性也就被排除。
2.2.3. 燃油
因为主机增压器脏堵问题发生在从外贸燃油切换为内贸燃油之际，核对两个批次的燃油化验指标，发现燃油的CCAI值高于上限，所以对燃油进行了切换使用，但连续切换两批燃油都未见工况改善。此时传来加油船公司的信息，这两批次燃油的确存在问题，限于船上只有两个日用柜，无法再切换至第三种油品加以证实，但在对主机更换轻柴油进行试验时发现主机第三、四、五缸排温与其他缸相比，排气温差出现异常，甚至偏差超过100℃以上，35rpm都无法维持稳定运转，对排温高的各缸进行负荷调整也失效，说明燃油设备出现严重泄漏导致排温异常情况发生，与燃油质量好坏关系不大。
2.3 故障排除
根据主机排烟总管内的油垢情况再次回到对燃烧情况的分析，排烟总管内的油垢显然是严重后燃导致的。主机第三、四、五缸喷油器已经拆检过，对其测取压缩压力和爆压基本正常，排除排气阀故障。共轨压力一直保持正常，现在的可能性只有一个，那就是ICU故障，更换了排温最高的第四缸ICU 后试车，排温转为正常，这才确认了故障部位，后续又更换了第三、五缸的ICU 后，主机试车，工况参数全部恢复正常，主增压器也不再出现转速下降，至此，该起故障得以完全解决。
该型主机喷油设备设计较为精密，由于本批次燃油的CCAI值高于上限，燃油品质下降，导致ICU内部燃油控制阀ICV密封面磨损加剧，致使ICV无法正常关闭或者关闭不严，而燃油共轨中始终保持高压，喷油器在非工作区间仍在少量喷油，导致泄漏燃油通过排气阀直接进入主机排烟管，甚至直接到增压器涡轮端，造成燃烧不良甚至后燃，致使增压器涡轮端脏堵，也是此次故障的主要原因。
3 管理对策
3.1 在排除故障过程中，由于几个方面的问题同时出现，走了较多弯路。如外贸油换内贸油、燃油CCAI值高于上限等，虽然问题有一定的偶然性，误导了分析过程，但在燃油管理方面要特别引起重视。监督加装过程的每个环节，确保加装油品质量，发现问题应及时停用该批燃油，切换新批次燃油。
3.2经常验证各ICU的密封性，提前发现ICU存在的关闭不严和内漏问题，做到早发现早解决。在出现问题后，可以通过切换轻柴油的方法轻易检查出异常的ICU，因为轻柴油的低黏度会使ICU泄漏加剧，故障现象更为明显，此方法简便可行。在工作中还发现另一种判断ICU工况的方法更为简单可靠，在更换喷油器时，拆除高压油管后对主机进行盘车建立共轨压力，此时即能观察到ICU密封性是否良好，泄漏量的大小等等，此法简便可行，可以作为平时更换油头时的检查项目，也可以在需要确认故障时使用该方法。
3.3 当出现某缸排温高等异常现象时，在更换喷油器和确认排气阀无故障后，应及时进行ICU替换操作以便及时排除故障，而不应过分依赖喷射曲线和数据以及出现报警来确认ICU故障。该型主机其实在传统的柴油机的高压油泵和喷油器之间增加了ICU，解决问题的时候应及时更新思路，喷射曲线指示的只是电磁阀动作是否正常，流量活塞是否卡阻等信息，类似此次故障就无法给出报警提示。
3.4更换ICU后，需要充分放气，也可能会出现流量活塞卡在末端问题等报警，解除报警后进行各缸功率的平衡操作，之后主机可恢复正常运行。这次换的3个缸ICU，在充分放气后，试验动车初期仍然出现了两个缸的报警和不动作，但在运行半小时后全部恢复正常。根据技术资料介绍，出现ICU的流量传感器活塞卡在行程末端时，请注意：（1）卡住不一定是机械咬死，也有可能是共轨阀的动作失灵，燃油流量传感器故障，相应的FCM模块故障或冷的控制油等原因；（2）当用温度较高的燃油工作一定时间或者降下共轨的压力，有可能故障自动消除，一般不用急着更换ICU。同时也提醒我们尽量不要一次更换2个以上ICU，如果2个缸试车时同时出现不动作和不发火，会引起主机各缸功率极度不平衡，转速出现较大波动。
3.5 由于ICU价格昂贵，一般情况下出现泄漏的是ICU中的ICV模块，更换ICV就可以解决此类故障，可以节约较大的备件费用。
4 结束语
瓦锡兰RT-flex主机是目前比较先进的智能柴油机，该机型通过先进的软件和计算机控制喷射定时、喷油压力、共轨压力以及排气阀定时等参数，能实现在各个负荷下的性能最优化，排放最佳。同时提高柴油机可靠性和经济性，延长服务年限。在管理中尤其应注意：
（1）喷射设备设计较为精密，需加强燃油品质管理，从加装燃油的源头到具体的净化使用管理，一定确保各个过程的严格规范管理，防止混入异物。
（2）加强共轨系统伺服滑油的清洁和管理，按规定时间清洗滤器，确保滤网无破损。
（3）平时加强运行中的曲线的检查和参数管理，发现异常及报警及时解决，对数据进行科学分析，运用各种知识和智慧通过细心观察，确保在故障初期就进行介入处理。例如这次的故障，该型主机专用的服务软件就没给出任何报警和提示。
（4）此次故障原因是燃油系统组件出现问题，但故障现象却反映在增压器上，解决问题需开拓思路，透过现象看本质，从源头解决问题。
参考文献：
[1] 上海市航海学会.船舶主流机型服务手册RT-flex服务公告2.1.01[M].上海交大出版社，2013.01.
[2] 胡井波.增压器可变喷嘴控制系统的管理[J].航海技术，2012.04.
[3] 瓦锡兰7RT-flex68-D说明书.
摘要：航行中，WARTSILA 7RT-flex68-D主机增压器喷嘴环因积碳严重而导致转速下降甚至停转，主机排温异常，船舶漂航影响正常营运。
关键词：可变喷嘴环涡轮增压器 燃油控制模块 燃油控制阀
0 前言
XLZ轮为我司4 738TEU集装箱船，2012年出厂，主机为瓦锡兰7RT-flex68-D，功率为21 910kW ，转速为95rpm，配置ABB增压器2个，型号为A175-L34T。
A175-L34T增压器采用了当今比较先进的可变喷嘴环技术（VTG），如图1所示，其核心部分就是可调涡流截面的导流叶片。从图1可以看到，涡轮的外侧增加了一环可由软件控制单元来控制角度的导流叶片，导流叶片的相对位置是固定的，但是叶片角度可以调整，能根据主机负荷的变化自动调节喷嘴环流道截面形状以提高效率，同时降低主机部分负荷时的热应力，强化了主机在部分负荷运行时的反应速度，不但降低了排气温度，还减少了部分负荷时的燃油消耗，同时更好地满足在大气排放限制方面的要求。在理论上不限制主机负荷降低范围，并且当增压器涡轮端被污染时能及时调整增压压力，非常适用于主机长期低负荷运转。
XLZ轮在某次航行过程中，主机增压器因积碳严重而出现停转现象。
1 故障现象描述
2015年6月，主机换用内贸燃油不久，NO.2增压器出现转速下降，其中第三、四、五3个缸的排温异常升高。正值船舶在锚地休整，进行主机试车时，NO.2增压器完全停转，拆开消音器后，盘车转子不动，增压器已经处于完全卡死状态。公司派ABB 专业人员上船进行拆检，发现涡轮端和可变喷嘴环积碳严重，如图2所示，但积碳较松软且有胶粘的感觉，清除积碳后予以装复，试车正常。10天后起锚续航，慢车运行仅2小时， NO.2增压器转速就下降至400转左右。勉强航行8小时靠妥下一港，停泊12小时后，主机备车时，NO.2增压器再次停转。锁定该增压器转子，慢车航行至锚地，撤除对增压器转子的锁定，再次慢车航行，试图让该增压器能再次运转，未果。再次停车，在准备锁定该转子过程中发现增压器转子又可以自由转动，因下一港航程较短，就维持航行，8小时后顺利靠泊。ABB专业人员再次上船对该增压器拆开检查，发现情况与第一次拆检情况类似，也是涡轮端积碳严重，怀疑这严重积碳与所使用燃油质量有关。根据ABB专业人员的建议，立即彻底更换日用油柜的燃油，换用新一批次燃油。开航后，主机运行在50%负荷，状况恢复正常，驶出航道后，主机加车至75%以上，对两台增压器尤其是NO.2增压器涡轮端进行多次核桃壳粒冲洗，状况正常。后降速至公司要求营运转速55rpm，20%MCR，运行2小时后，发现主机NO.2 增压器再次出现降速，故障仍未改善，无法续航，只能再次择地抛锚，继续查找原因。
2 故障排查过程与排除
2.1 导致增压器涡轮端污染的一般因素
导致主机增压器涡轮端污染的情况很多，但归纳起来大致有以下几个方面的原因：
（1）增压器自身故障，油封漏滑油；
（2）主机燃烧工况不佳，产生大量不完全燃烧产物，包含燃油品质不佳及主机燃油系统相关设备状况不佳；
（3）主机燃烧过程中混入了滑油，包含气缸油异常喷射和燃烧室组件漏泄，如活塞头裂穿，系统油漏至燃烧室等等。
2.2 故障排查过程
经过短时间内两次对主机增压器拆检，拆检人员认为在如此短的时间内造成增压器涡轮脏堵，基本可以排除增压器自身故障。在对排烟总管检查时发现内部油垢严重，怀疑是燃油品质或燃烧系统及其设备存在问题，故障可能来自主机本身或燃油质量或滑油漏入燃烧室等。
2.2.1喷油器
排查过程中，主管人员根据主机燃油喷射曲线及主机各缸参数判断，更换了多个缸的喷油器，情况毫无变化，基本排除喷油器的故障。
2.2.2 燃烧室状况
通过扫气箱对主机活塞头的检查并未发现泄漏，但排温高的各缸对应的扫气箱底部油泥明显较其他缸多。对扫气箱半小时泄放油量统计，证实排温高的缸的底部油泥数量较大。针对主机气缸油设定值，核对扫气箱残油化验其指标都正常，活塞头泄漏也可以排除。又考虑到排温高的第三、四、五缸，且监测到第五缸扫气箱残油最多，于是决定拆检第五缸盘根箱，并更换了第五缸盘根箱，试车也无改善，排除盘根箱泄漏的可能。虽然主机曲拐箱滑油消耗较多，每月1 500升左右，但与用外贸燃油期间比较，未见消耗异常增加。综上所述，燃烧室漏入滑油的可能性也就被排除。
2.2.3. 燃油
因为主机增压器脏堵问题发生在从外贸燃油切换为内贸燃油之际，核对两个批次的燃油化验指标，发现燃油的CCAI值高于上限，所以对燃油进行了切换使用，但连续切换两批燃油都未见工况改善。此时传来加油船公司的信息，这两批次燃油的确存在问题，限于船上只有两个日用柜，无法再切换至第三种油品加以证实，但在对主机更换轻柴油进行试验时发现主机第三、四、五缸排温与其他缸相比，排气温差出现异常，甚至偏差超过100℃以上，35rpm都无法维持稳定运转，对排温高的各缸进行负荷调整也失效，说明燃油设备出现严重泄漏导致排温异常情况发生，与燃油质量好坏关系不大。
2.3 故障排除
根据主机排烟总管内的油垢情况再次回到对燃烧情况的分析，排烟总管内的油垢显然是严重后燃导致的。主机第三、四、五缸喷油器已经拆检过，对其测取压缩压力和爆压基本正常，排除排气阀故障。共轨压力一直保持正常，现在的可能性只有一个，那就是ICU故障，更换了排温最高的第四缸ICU 后试车，排温转为正常，这才确认了故障部位，后续又更换了第三、五缸的ICU 后，主机试车，工况参数全部恢复正常，主增压器也不再出现转速下降，至此，该起故障得以完全解决。
该型主机喷油设备设计较为精密，由于本批次燃油的CCAI值高于上限，燃油品质下降，导致ICU内部燃油控制阀ICV密封面磨损加剧，致使ICV无法正常关闭或者关闭不严，而燃油共轨中始终保持高压，喷油器在非工作区间仍在少量喷油，导致泄漏燃油通过排气阀直接进入主机排烟管，甚至直接到增压器涡轮端，造成燃烧不良甚至后燃，致使增压器涡轮端脏堵，也是此次故障的主要原因。
3 管理对策
3.1 在排除故障过程中，由于几个方面的问题同时出现，走了较多弯路。如外贸油换内贸油、燃油CCAI值高于上限等，虽然问题有一定的偶然性，误导了分析过程，但在燃油管理方面要特别引起重视。监督加装过程的每个环节，确保加装油品质量，发现问题应及时停用该批燃油，切换新批次燃油。
3.2经常验证各ICU的密封性，提前发现ICU存在的关闭不严和内漏问题，做到早发现早解决。在出现问题后，可以通过切换轻柴油的方法轻易检查出异常的ICU，因为轻柴油的低黏度会使ICU泄漏加剧，故障现象更为明显，此方法简便可行。在工作中还发现另一种判断ICU工况的方法更为简单可靠，在更换喷油器时，拆除高压油管后对主机进行盘车建立共轨压力，此时即能观察到ICU密封性是否良好，泄漏量的大小等等，此法简便可行，可以作为平时更换油头时的检查项目，也可以在需要确认故障时使用该方法。
3.3 当出现某缸排温高等异常现象时，在更换喷油器和确认排气阀无故障后，应及时进行ICU替换操作以便及时排除故障，而不应过分依赖喷射曲线和数据以及出现报警来确认ICU故障。该型主机其实在传统的柴油机的高压油泵和喷油器之间增加了ICU，解决问题的时候应及时更新思路，喷射曲线指示的只是电磁阀动作是否正常，流量活塞是否卡阻等信息，类似此次故障就无法给出报警提示。
3.4更换ICU后，需要充分放气，也可能会出现流量活塞卡在末端问题等报警，解除报警后进行各缸功率的平衡操作，之后主机可恢复正常运行。这次换的3个缸ICU，在充分放气后，试验动车初期仍然出现了两个缸的报警和不动作，但在运行半小时后全部恢复正常。根据技术资料介绍，出现ICU的流量传感器活塞卡在行程末端时，请注意：（1）卡住不一定是机械咬死，也有可能是共轨阀的动作失灵，燃油流量传感器故障，相应的FCM模块故障或冷的控制油等原因；（2）当用温度较高的燃油工作一定时间或者降下共轨的压力，有可能故障自动消除，一般不用急着更换ICU。同时也提醒我们尽量不要一次更换2个以上ICU，如果2个缸试车时同时出现不动作和不发火，会引起主机各缸功率极度不平衡，转速出现较大波动。
3.5 由于ICU价格昂贵，一般情况下出现泄漏的是ICU中的ICV模块，更换ICV就可以解决此类故障，可以节约较大的备件费用。
4 结束语
瓦锡兰RT-flex主机是目前比较先进的智能柴油机，该机型通过先进的软件和计算机控制喷射定时、喷油压力、共轨压力以及排气阀定时等参数，能实现在各个负荷下的性能最优化，排放最佳。同时提高柴油机可靠性和经济性，延长服务年限。在管理中尤其应注意：
（1）喷射设备设计较为精密，需加强燃油品质管理，从加装燃油的源头到具体的净化使用管理，一定确保各个过程的严格规范管理，防止混入异物。
（2）加强共轨系统伺服滑油的清洁和管理，按规定时间清洗滤器，确保滤网无破损。
（3）平时加强运行中的曲线的检查和参数管理，发现异常及报警及时解决，对数据进行科学分析，运用各种知识和智慧通过细心观察，确保在故障初期就进行介入处理。例如这次的故障，该型主机专用的服务软件就没给出任何报警和提示。
（4）此次故障原因是燃油系统组件出现问题，但故障现象却反映在增压器上，解决问题需开拓思路，透过现象看本质，从源头解决问题。
参考文献：
[1] 上海市航海学会.船舶主流机型服务手册RT-flex服务公告2.1.01[M].上海交大出版社，2013.01.
[2] 胡井波.增压器可变喷嘴控制系统的管理[J].航海技术，2012.04.
[3] 瓦锡兰7RT-flex68-D说明书.
