船用高速柴油机低负荷的使用管理要求

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第3 O卷 (0 8第 3期 20 )

柴油机 Dee E g e isl ni n

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i性能与一’…一 排 i放…一~

船用高速柴油机低负荷的使用管理要求程德彬，黄锦川，黄立，黄锦星

(.海军驻洛阳 47厂军事代表室，洛阳 4 13;2 1 0 70 .河柴集团公司，洛阳 4 13; 9 709 3七一一研究所，上海 20 9;4 . 00 0 .海军驻上海七一一研究所军事代表室，上海 20 1 ) 00 1摘要：通过对 T D2 B 60柴油机放热规律的分析，得到部分负荷下缸内工作过程的特点。结合 T D2 B 60柴

油机低负荷特性试验的参数，对使用管理提出建议，以满足具有低负荷性能的柴油机能够长期稳定运行。关键词：船用高速柴油机；低负荷J能；使用管理要求}生中图分类号：T 4 1 K 2文献标识码：A 文章编号：1 1 37 20 )3 001 0 4 5 (08 0 - 2-4 0 0 3

Ap fc to n M a a e e tRe u r m e tf r￣ rn p a in a d n g m n q ie n o i ie I ih-p e Dis lEn g e a w-o d Co d to Ig s e d e e in tLo la n iinC e g De i h n bn,Hu n ic u n, Hu n a gJn h a 2 a gLi,Hu n ixn ' a g Jn ig

(.N vlD p t O ieo H nnDee E g eG opC . Ld, u yn4 13; 1 aa eu fc f ea i l n i r o, t. L oag709 y s n u

2 e a ee E g eG opC . Ld,L oa g7 9 .H nnD sl n n ru o, t.￣y 4 m3; i i n3 S a g a、 rn e e n ie Re a c n ttt . h n h Mai e D s lE gn s r h I si e,S a g a2 0 9 i i e u h n h i0 0 0;

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i odt nu dr a— a r b i d o bndwt tep a e r clc ru s f B 60 n cn i n e r l daeotn .C m ie i a m t s o et t o g t t o D 2 g io p to ae hh r e l e h h es T dde l n nsudr o— a o i od i, ugsos eg e o pr eadm ng ee— i g e n e w l dw r n cn io sget n vno hw t o e t n aae n e s ei l o kg tn i a i r n o a h tsn or cl n od rt e ie a p ritn d se d p r t n ie c re t y,i r e o r a z e sse ta ta y o ea i . l n o

K y od: qJeh— edd sl ni;l— a e o ac;api tna dm ngm n r ur et e w rs n l i· e ee eg e o· dpr r n e pl ao aae ete i m n an g s h p i n wl o fm ci n q e

1序言 T D 2油机是世界著名的船用高速柴油机 B 60柴之一。它采用独特的进气涡流控制技术，改善低负荷性能、降低排放和油耗；利用燃油喷射、空气涡流和燃烧室三者的优化匹配，使柴油机保持低负荷运行的优势。 许可证技术生产的 T D 2 B 6 0柴油机已广泛应用于船用主推进、发电机组、钻井、机车等动力。由

油机特点的基础上，结合使用经验和专业分析，对配气定时、喷油时间及喷射系统稳定工作等方面提出了具体的建议。

2柴油机的低负荷特性直喷式柴油机的特点：在部分负荷时，由于气缸内涡流强度较低，在供油量较多的情况下，空气与燃油不能较好地混合、燃烧。 T D2 B 6 0柴油机在用于发电机组时，为了改善低负荷性能，除沿用 T D 0 B柴油机的高低负荷 B 64最佳进气涡流控制机构外，还匹配了能够长期低负荷运行的专用喷油器。

于国产化制造与原装机存在一定

的差异，因此需要加强对柴油机使用的严格管理 (别是有低负荷特

运行要求的柴油机 ),包括新机出厂时的调整以及使用过程中的维护、保养。本文在研究 T D 2 B 60柴收修改稿日期：20 -40 0 80 -1

T D2柴油机的进气道为双气道，分为直流和 B 60

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涡流气道，且在直流气道中装有控制阀板。直流气道内控制阀板的启闭和开度是由增压压力控制的。在低

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负荷时，控制阀板在弹簧作用下关闭，空气由涡流气

道进入，产生较强的进气涡流，形成良好的混合气； 随着负荷的增加，增压压力逐渐增大，控制阀板也随之打开，空气由涡流气道和直流气道一同进入，增加

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进气量，满足高负荷时新鲜空气的要求。 T D2 B 60柴油机的进气工况可分为三个阶段： ()低负荷： 3%负荷，由涡流气道进气； 1 0- 7主要( )部分负荷：3%~5%负荷，主要由涡 2 7 0

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7

流气道进气，直流气道流量逐渐加大；()高负荷： 1~ 0%负荷，双气道同时进气。 3 5% 10 下面重点分析 0~3%低负荷性能。图 1~4 7给出了 T D2 B 6 0柴油机 5、1%、2%、3%四% 0 5 7图 2 1%负荷放热规律 0

种工况下的仿真计算和试验计算放热规律曲线。 5%负荷时，放热规律只有一个峰值，且燃烧持续期极短，只有 1 0℃A,最大放热率达到了 03 J℃A,表明由于较强涡流的作用，使滞燃 .2k/期}合良好，保证了燃烧质量。昆1%工况时，放热规律已开始产生两个峰值， 0·

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但第二个峰值很小。可见，前期的预混燃烧量极大，后期的扩散燃烧量较小。说明燃油喷入气缸内后，在滞燃期内由于涡流的作用，形成较好的可燃混合气，保证了预混燃烧过程的进行。 2%工况时，预混燃烧量相对于 1%负荷工况并 5 0

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图 3 2%负荷放

热规律 5; I

没有增加多少，但由于喷油量增大，导致其扩散燃烧量增大，燃烧持续期延长，第二峰值增加较大。 3%工况与 2%工况的放热规律相比，第二 7 5峰值明显增大，燃烧持续期延长。在试验中，3% 7负荷时，直流气道的控制阀板开始慢慢打开，直到约 5%负荷时，阀板完全打开。 0: :

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图 4 3%负荷放热规律 7

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从 T D2 B 6 0柴油机低负荷放热规律可以得知：

柴油机在低负荷时，其预混燃烧量与高负荷相当， 说明其可燃混合气的形成以及燃油与空气的混合较好，保证了低负荷时燃烧过程的顺利进行。从燃烧

图 1 5负荷放热规律 %

过程的角度来看，低负荷时主要是以预混燃烧为

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柴油机

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主，由于油量小，扩散燃烧几乎没有，因此改善了

大 (或减小 ),增大对运动件轴承的冲击，或后燃加剧，使排温增加；喷油压力降低，会使雾化质量降低，混合效果不好等。22 T D 2 . B 6 O柴油机的试验

滞燃期内空气与燃油混合的质量，也就改善了低负荷时的燃烧，这就是 T D 2 B 60柴油机低负荷性能优良的主要原因。

因此，为了确保柴油机运转的平稳性并兼顾其良好的经济性，在设计和使用管理时，不仅要考虑标定工况，更要兼顾低负荷的运行。如低负荷时， 各缸工作不均匀度增加；喷油提前角增大 (减或

国产化率约为 8%的 T D2V 2柴油机 2 B 60 1( 5 W/ 0/ i进行 1%、2%、5%、 1 1 2 k 150 rm n) 0 5 0

7%、10、10 5 0% 1%负荷特 I试验，试验数据见表 1生。在整个试验过程中，T D 2 B 60柴油机充分显示

小)时，会使压力升高比 A和最高燃烧压力 P增

出其低油耗、燃烧柔和、排温低和烟度好的特点。

表 1 T D 2 V 2柴油机负荷特性试验数据 B 6O 1

转速

/(1 0o 5 15 o 0 15 0o 15 0o 15 0o 15 0o 15 0o

rmn/ / (/ Wh// i)% g k )℃/℃O 1 0 2 5 5 0 7 5 1o 0 1 O 1 3 0. 4 8 23 9 9. 2O 6 9. 1 6. 9 4 1 9. 8 5 1 0. 9 7 1 6 1 6 1 6 1 6 1 6 1 6 1 6 1 4 1 4 1 4 1 4 1 4 1 4 1 5

功率燃油耗进气海水中冷后空气中冷后空气温度温度温度/℃压力/ a MPA 1 9 1 9 1 9 2 0 2 2 2 6 3 0 B 21 21 21 2 2 2 6 30 3 5 A O B O

涡轮前排气温度/℃A 1 99 2 72 3 59 4 40 48 0 5 21 5 36 B 2 2 3 2 9 8 3 81 44 7 49 3 58 2 53 5

涡轮后排气最高燃烟度温度/℃烧压力A 18 9 2印 3 32 3 79 38 6 3 93 3 4 9 B 2 23 2 0 7 35 4 36 7 3 4 8 33 8 33 9/MPa 3. 8 6 4. 8 7 6. 40 9. 0o O. O3 O.2 7 O. 7 2 0. 0 4

/ oc B sh

O. 5 O. o6 0o O 0. 24 0. 25 0 0 O. 7O O. O o71 O.1 5 O.1 2 26 O.1 5 O.1 6 8 8 0. 20 0. 21 2 2

1 0 0. 2. 6 48 1 9 O. 4. 8 38 1 5 O. 6. 4 35

用作船用主推进的 T D2 B 60柴油机还面临着“怠速”工况的考验，所谓怠速通常是包括怠速暖

格加强管理。

机和怠速接排 (合齿轮箱 )工况。图 5为接

3提高低负荷的使用管理因素为保证燃油与空气的混合质量，T D 2 B 60柴油机在结构设计上提供了有利的条件。但还是要考虑

T D 2V6柴油机的螺旋桨特性曲线。 B 60 1发

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长期低负荷运行时出现的燃油喷射压力下降、进气量不足、混合气质量不高等带来的燃烧恶劣、积炭严重、燃油消耗率大、烟度增加、滑油稀释等问

…,—乒：=‘ L::, =

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题。为满足柴油机低负荷使用要求，应注意基本的管理原则：

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( )正确及时地检查、调整喷油提前角； 1 ( )保证喷油器的雾化质量； 2 ( )保持喷油器所要求的喷射压力。 33 1定期校验喷油提前角 .

…/…兰‘ ·—- _—· ; - i .垂一宰 t !±‘●一 .一— = g:,

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T D2 B 6 0柴油机的喷油提前角对应于不同转速、不同用途有不同的要求。使用说明书中给出的

图5 T D 2 B 6 0柴油机螺旋桨特性曲线

喷油提前角均为几何喷油提前角，要求按此检查、T D 2 V 6柴油机 ( 3 W/ 6 mi B 60 1 23 6k 1 0r n) 8/

调整。T D 2 B 60柴油机喷油提前角的调整方法可采用表压法、测飞轮弧长法和滴油法。 在调整、检查时，可用其中一种方法来调整到规定值的上限，用另一种方法进行复查。用于发电机组时 ( 1 5 W/ 0 rn,考虑到需要长如 1 2 k 1 0ra ) 5/i期在低负荷下运行以及在这种工况下磨损会加大等因素，建议按照维修表中规定的“ 0需要重 1 0h 5

按螺旋桨特性运行时，在 1 0 mn,功率约为 0r i下 0/ 2%标定工况，此时突加功率最多提高到 2%。 0 5如果在实际使用中，怠速接排的转速规定在 6 0~ 0

80/ i 0 rn ra范围内，那么此时的运行可靠性可能会有一定问题。这说明按主推进使用的柴油机，其低工况运行的条件要相对差得多，有必要在使用中严

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新调整检查喷油提前角”的一半时间执行。 针对用作船用主推进的 T D 2 B 6 0柴油机 (如 20 2k 1 0 m n (别是带定距桨 )的特 3 W/ 0r i )

特 8/

兰。该泵具有体积小，供油承载能力强的特点。T D 2油机喷油器采用多孔闭式低惯量喷油 B 6 0柴

器。当用于发电机组，且有低负荷长期运行要求时，采用专用喷油嘴，在减小喷孔直径的同时，压力室容积约为标准喷油嘴的 5%,使柴油机在低 0负荷运行时，减少对气缸内滑油的稀释作用，同时减少 HC的排放。

点，建议按照维修表中规定的“ 0需要重新 1 0h 0调整检查喷油提前角”的一半时间执行。 3 2加强严格管理配气定时 .船用高速柴油机在使用过程中使配气定时变化的因素很多，主要的有以下几点：

减小喷孔直径，可以提高燃油雾化质量，但也存在油束贯穿度不足、喷油持续期长的缺点，加上进气涡流强度相对较大，使前后油束间产生了重叠，致使燃烧相对恶化。而这种现象往往发生在燃

( )气阀传动机构部件的磨损 (臂、挺杆 1摇和挺柱 );

( )凸轮磨损 ( 2粘结 )而使型线发生变化；

( )凸轮轴传动齿轮装配不当或磨损； 3( )气阀积炭或磨损。 4

油系统有了磨损的时候。所以，在柱塞副、输油阀副和针阀副有较大磨损时，必须及时地进行调整。 对于用户来说，检查、调整燃油系统是比较困

其中最常见的是由于凸轮和气阀磨损，使得气门间隙增大。

难的，建议由制造厂有经验的专业人员来进行。

T D2 B 60柴油机在使用期间，必须按照维修表及时检查配气定时，尤其是更换配气机构个别零件后，必须按照使用说明书的要求对配气定时进行调整。 为了避免 T D 2 B 6 0柴油机长期在低负荷运行使用过程中出现早期过度磨损，提高运动件耐磨性、

4结论 ( ) T D 2油机采用的可控涡流进气道是 1 B 6 0柴一

种比较实用、可靠的进气系统，台架试验和实际

运行情况表明，可以减少低负荷时的排放、噪声、烟度和燃油消耗。为确保柴油机运转的平稳性并兼顾其良好的经济性，在使用管理时，不仅要考虑标定工况，更要考虑到低负荷情况下的运行。

密封性和可靠性，需要经常地检查摇臂、阀桥、推杆的表面质量，并复查气门和阀桥的间隙

(冷态 );必要时，还要检查挺柱和凸轮轴接触面的工作情况，

防止挺柱和凸轮轴的接触面因高应力而拉毛。3 3测量各缸工作不均匀性 .

( )应严格遵循 T D 2 2 B 60柴油机维修表进行维护、保养。如有低负荷长期运行的需要，建议保养、检查时间减半。 ( )对有低负荷要求的柴油机来说，监控并 3

如果各缸工作不均匀，则在较大工况运行时，可能会发生单缸超负荷现象。气缸过载时，燃烧质量较

差，热应力增加，积炭增加，过载气缸将容易损坏。 另一方面，一些气缸在负荷不足的情况下工作，燃油消耗量增加，冒烟增加，柴油机波速，工作不稳定。 原则上，柴油机在标定工况时可以做到工作均匀。但

确保低负荷各缸工作不均匀性是非常重要的。制造厂应规定各工况下的排温限值和各缸之间最大允许差值。

( )配备低负荷专用喷油器的柴油机，允许 4在大于等于 1%标定负荷下长期运转。但应缩短 0检查修理时间，并由制造厂的专业人员进行燃油系统的维护、保养。 参考文献[]船用柴油机使用管理的理论基础[ . 1 M]武汉：中国人民解放军海军工程学院，9 0 18 . []刘永长. 2内燃机原理[ .汉：中理工大学出版社， M]武华19 9 0.

是，当部分负荷运行时，特别是在 2%以下负荷和怠 0速时，则不再能保证均匀供油。各气缸的负荷也是不均匀的。如果还考虑到两列可控涡流机构工作不同步带来的影响，各缸工作不均匀性，可能会以 A、B两

列排气温度的不均匀性来体现。测量各缸工作不均匀性的常规办法是检查各缸排气温度，通过各缸排温的差异来判断各缸工作的均匀性。

3 4燃油系统磨损的对策 .船用柴油机的燃油系统首先受到磨损的是高压油泵、喷油器的精密偶件。它们的磨损，会引起雾

[]赵士林 . 3九十年代内燃机[ . M]上海：上海交通大学出版社，9 2 19 .

[]6 0型柴油机性能试验、 4 2可靠性试验报告[ . R]河柴集团公司，0 1 20 .

化质量、供油量一致性、供油规律、各缸供油均匀性、喷油提前角等发生变化。

[]T D 2 5 B 60柴油机使用操作说明书[ .柴集团公司，

R]河2 )3. f( )

T D2 B 60机采用整体式喷射泵，悬挂式吊装法

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