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随着人类对海洋的开发和探索和航运业的蓬勃发展,人们对海上运输的载体船舶的要求也越来越高,航运公司希望提高船舶的适航性、设备运转的可靠性,从而降低对船员的要求和工作强度,保证船舶的在航率。在发电机持续低负荷、进机燃油压力低和进机燃油粘度高状态下,如何在重燃油/柴油转换中保持柴油机(发电机组带,下同)的正常运转,从而提高设备的可靠性,降低设备维护成本,降低船员的工作强度。

船舶柴油发电机

在常规设计中,柴油机的重燃油/柴油的转换总是依靠手动来完成。虽然这种转换方法满足无人机舱和相关规范的要求,但是手动转换存在一些不足,容易使柴油机故障率增加,进而导致维护费用的增加。有鉴于此,从柴油机维护和经济的角度考虑,对柴油机的重燃油/柴油的供油转换提出了更高的要求。在手动转换模式下,当发电机持续低负荷、进机燃油压力低和进机燃油粘度高状态时,系统不能确切的进行燃油转换。为满足要求,必须对重燃油/柴油的供油转换方式进行优化设计。本文将重点介绍重燃油/柴油的自动转换设计。

二、柴油机重燃油/柴油的手动转换

简单介绍柴油机重燃油/柴油的手动转换。柴油机的正常/应急供油的切换,可以通过柴油机管路上联动的手动三通阀和手动三通阀2的转换来实现。当手动把三通阀转向重燃油端时,供油单元向柴油机供给重燃油或柴油;当手动把三通阀转向柴油端时,由应急柴油泵向柴油机供柴油。通常情况下,手动三通阀一直处于重燃油端。由供油单元里的一个手动三通阀来控制供给柴油机的是重燃油还是柴油。因而正常情况下,柴油机的重燃油/柴油的手动转换靠的是供油单元里面的手动三通阀来完成的,在应急状态下,如主配电板失电时,供油单元断电,才手动转动三通阀和至柴油端,启动辅机供油单元内的应急柴油泵,向柴油机输送柴油。

三、柴油机重燃油/柴油的自动转换

3.1 自动转换的边界条件

(1)发电机组负荷持续低于25%。在无人机舱状态下,备用柴油发电机组既有可能在重燃油状态下启动并持续低负荷运转,此时耗油较高,但增压器效率较低,气缸内更容易出现燃烧不充分的情况,从而产生排高温、喷油嘴的喷嘴积碳、冒黑烟等诸多不良问题,如持续运转,将影响柴油机的正常工作。

(2)进机燃油压力低。此时相对于燃用柴油而言,燃用重柴油时,雾化效果变得更差,喷油器的喷嘴积碳现象也更为严重,如持续运转,将影响柴油机的正常工作。

(3)进机燃油粘度高。此时相较于燃用柴油而言,高粘度的重燃油分子间的相互的作用力更大,反抗油液分散的现象更明显,使重燃油雾化变差,喷油器的喷嘴积碳现象也更为严重,如持续运转,也将影响柴油机的正常工作。

3.2 自动转换原理介绍

为了完成柴油机重燃油/柴油的自动转换功能,须把进出柴油机管路上的手动三通阀和手动三通阀换成气动三通阀。当系统处于自动模式时,一旦出现下列情况时,气动三通阀将自动进行转换。

(1)当发电机组负荷低于25%时,等待30秒后(30秒的等待是为了防止负荷的波动出现误操作)应急柴油泵起动,柴油机进口三通阀转至柴油进口端,经过5分钟的延后(5分钟的延后是为了防止管路中的残余重燃油流到柴油舱),柴油机出口三通阀转至柴油出口端,重燃油转换至柴油。

(2)进柴油机的重燃油压力低于设定值时或重燃油粘度高于设定值时,应急柴油泵起动,柴油机进口三通阀转至柴油进口端,经过5分钟的延时后(5分钟的延时是为了防止管路中的残余重燃油流到柴油舱),柴油机出口三通阀转至柴油出口端,重燃油转换至柴油。

(3)当发电机组负荷高于25%(延时30秒),进机重燃油压力和重燃油粘度均正常时,应急柴油泵停止,柴油机进口三通阀转至重燃油进口端,出口三通阀转至重燃油进口端,柴油转换至重燃油。

3.3 自动转换的优点

相对于改进前的手动转换,改进后的自动转换有以下优点:

(1)转换及时,提高设备运转可靠性,减少了对设备系统所产生的不利影响。采用自动转换后,系统可按照预先设定的程序执行操作,避免了柴油发电机组因长期处于以上三种边界工况时产生的对柴油机本身的损伤。

(2)提高了系统的自动化程度,免除了人为的失误。特别是在无人机舱时,一旦出现以上问题,系统可自动切换。

(3)提高经济性,降低维护成本。由于采用自动转换,能及时对系统出现的问题做出反应,避免对机器产生伤害延长了零部件的使用寿命,减少设备维护费用。