隨著人類對海洋的開發和探索和航運業的蓬勃發展,人們對海上運輸的載體船舶的要求也越來越高,航運公司希望提高船舶的適航性、設備運轉的可靠性,從而降低對船員的要求和工作強度,保證船舶的在航率。在發電機持續低負荷、進機燃油壓力低和進機燃油粘度高狀態下,如何在重燃油/柴油轉換中保持柴油機(發電機組帶,下同)的正常運轉,從而提高設備的可靠性,降低設備維護成本,降低船員的工作強度。

船舶柴油發電機

在常規設計中,柴油機的重燃油/柴油的轉換總是依靠手動來完成。雖然這種轉換方法滿足無人機艙和相關規范的要求,但是手動轉換存在一些不足,容易使柴油機故障率增加,進而導致維護費用的增加。有鑒于此,從柴油機維護和經濟的角度考慮,對柴油機的重燃油/柴油的供油轉換提出了更高的要求。在手動轉換模式下,當發電機持續低負荷、進機燃油壓力低和進機燃油粘度高狀態時,系統不能確切的進行燃油轉換。為滿足要求,必須對重燃油/柴油的供油轉換方式進行優化設計。本文將重點介紹重燃油/柴油的自動轉換設計。

二、柴油機重燃油/柴油的手動轉換

簡單介紹柴油機重燃油/柴油的手動轉換。柴油機的正常/應急供油的切換,可以通過柴油機管路上聯動的手動三通閥和手動三通閥2的轉換來實現。當手動把三通閥轉向重燃油端時,供油單元向柴油機供給重燃油或柴油;當手動把三通閥轉向柴油端時,由應急柴油泵向柴油機供柴油。通常情況下,手動三通閥一直處于重燃油端。由供油單元里的一個手動三通閥來控制供給柴油機的是重燃油還是柴油。因而正常情況下,柴油機的重燃油/柴油的手動轉換靠的是供油單元里面的手動三通閥來完成的,在應急狀態下,如主配電板失電時,供油單元斷電,才手動轉動三通閥和至柴油端,啟動輔機供油單元內的應急柴油泵,向柴油機輸送柴油。

三、柴油機重燃油/柴油的自動轉換

3.1 自動轉換的邊界條件

(1)發電機組負荷持續低于25%。在無人機艙狀態下,備用柴油發電機組既有可能在重燃油狀態下啟動并持續低負荷運轉,此時耗油較高,但增壓器效率較低,氣缸內更容易出現燃燒不充分的情況,從而產生排高溫、噴油嘴的噴嘴積碳、冒黑煙等諸多不良問題,如持續運轉,將影響柴油機的正常工作。

(2)進機燃油壓力低。此時相對于燃用柴油而言,燃用重柴油時,霧化效果變得更差,噴油器的噴嘴積碳現象也更為嚴重,如持續運轉,將影響柴油機的正常工作。

(3)進機燃油粘度高。此時相較于燃用柴油而言,高粘度的重燃油分子間的相互的作用力更大,反抗油液分散的現象更明顯,使重燃油霧化變差,噴油器的噴嘴積碳現象也更為嚴重,如持續運轉,也將影響柴油機的正常工作。

3.2 自動轉換原理介紹

為了完成柴油機重燃油/柴油的自動轉換功能,須把進出柴油機管路上的手動三通閥和手動三通閥換成氣動三通閥。當系統處于自動模式時,一旦出現下列情況時,氣動三通閥將自動進行轉換。

(1)當發電機組負荷低于25%時,等待30秒后(30秒的等待是為了防止負荷的波動出現誤操作)應急柴油泵起動,柴油機進口三通閥轉至柴油進口端,經過5分鐘的延后(5分鐘的延后是為了防止管路中的殘余重燃油流到柴油艙),柴油機出口三通閥轉至柴油出口端,重燃油轉換至柴油。

(2)進柴油機的重燃油壓力低于設定值時或重燃油粘度高于設定值時,應急柴油泵起動,柴油機進口三通閥轉至柴油進口端,經過5分鐘的延時后(5分鐘的延時是為了防止管路中的殘余重燃油流到柴油艙),柴油機出口三通閥轉至柴油出口端,重燃油轉換至柴油。

(3)當發電機組負荷高于25%(延時30秒),進機重燃油壓力和重燃油粘度均正常時,應急柴油泵停止,柴油機進口三通閥轉至重燃油進口端,出口三通閥轉至重燃油進口端,柴油轉換至重燃油。

3.3 自動轉換的優點

相對于改進前的手動轉換,改進后的自動轉換有以下優點:

(1)轉換及時,提高設備運轉可靠性,減少了對設備系統所產生的不利影響。采用自動轉換后,系統可按照預先設定的程序執行操作,避免了柴油發電機組因長期處于以上三種邊界工況時產生的對柴油機本身的損傷。

(2)提高了系統的自動化程度,免除了人為的失誤。特別是在無人機艙時,一旦出現以上問題,系統可自動切換。

(3)提高經濟性,降低維護成本。由于采用自動轉換,能及時對系統出現的問題做出反應,避免對機器產生傷害延長了零部件的使用壽命,減少設備維護費用。