一、ME电子技术的质量
自七、八年前ME柴油机投入运行以来,柴油机控制系统(ECS)的电子硬、软件在质量上已经得到了实质性的提高。
早期的版本在很多情况下故障率太高,这促使包括各种类型传感器、控制阀电子元件、主操控板(MOP)、多功能控制器(MPC)以及线缆敷设和接线器的升级。
上述产品升级有着诸多不同理由,例如:
★液压缸单元(HCUs)和排气阀承受了比原先规定更强烈的振动和冲击;
★燃料辅助装置承受了比原先规定的更高的温度;
★传感器和控制阀电缆连接器不好造成的故障;
★安装疏忽引发的静电放电(ESD)和电缆故障;
★许多返修产品的“非故障”案例。
对传感器和控制阀采取了各种各样的纠正措施,而且,已经采用了新产品和供应商认证程序。
现在,在新的或者升级版电子零件设计阶段,广泛使用了高加速寿命试验(HALT)。
HALT是一种将电子零件置于极端的振动强度,结合极端的热循环状况下的试验方法,该试验持续至电子元件发生故障为止。
用这种方法可以鉴定出易坏的电子零件,进而可形成设计审查依据。
对新的或者改进过的电子零件以及新供应商的电子零件,生产前要进行下列试验:
★功能试验;
★型式认证试验;
★强振动试验;
★运行试验。
MAN对目前生产的电子零件采用高加速应力审核( HASA)测试方法进行质量检查。HASA试验是在预定的周期(如24h)里以比实际偏高一点的热和振动负荷进行振动和温度循环,从而在柴油机生产前挑选出易坏的电子零件。
此外,对MPC而言,为了在各种不同温度下连接和运行,所有所生产的MPC都要进行老化测试,挑选出易坏的MPC,测试周期一般为14h 以上。
针对传感器和控制阀,为了去掉电缆连接器,对电缆做了集成处理。
取代方法是用简单而可靠得多的常规接线盒连接电缆和电子零件。
如前所述,MPC是一种返修率很高的元件。
一家亚洲电子器件制造服务(EMS)供应商的报告指出,返修率现已得到控制。
该供应商还对返修的MPC进行了分析,发现近半数并没有故障;MAN也经常收到返修的电子和电液零件,经实验室检验后发现并无故障。
这种情况通常是由于船上的ME柴油机发生故障时没有查清原因。
最早的ECS软件不具备提供电子或者电液零件故障定位的功能。
所以,在很多情况下造成了返修的电子零件并没有故障这一现象。
新的ECS软件大大提高了在主操控板(MOP)上查明故障的可能性,包括:
★液压缸单元(HCU)调试屏幕;
★转速计系统调试屏幕;
★液动力供给(HPS)调试屏幕;
★HCU和HPS故障诊断屏幕;
★HCU 和HPS数据记录仪;
★HCU和HPS数据记录仪数据输出为Excei ;
★ECS绝缘监测和报警;
★电噪声监测和报警;
★报警优化,相关报警分组。
数据记录仪连续以高频(2kHz)记录与每一个HCU相关的预定信号,在事件、特别是警报触发下进行数据储存。
然后,可以在船上对恰在事件前和恰在事件后产生的数据进行分析,以Excel输出,供给船上或者岸上作进一步分析用。
现在,经改进的ECS 软件正在装备所有安装了ME柴油机的在用船舶,而所有新的ME发动机,也将进行列装。
二、大修间隔时间
2009年4月,MAN发布了用于所有MAN B&WMC和ME二冲程柴油机的升级版大修间隔指导时间,这些目录首次包括了ME柴油机的液压和电子部件。
由于ME的设计已经成熟到可以预测柴油机上新部件的大修间隔时间,所以,这是可以做到的。
ME系统中一个非常重要的部件是液动力供给(HPS)主液压泵。
这些泵的大修间隔时间可以达到约32000h。
此后,必须更换泵的轴承,有时,还须更换其他内部零部件。
大修可以在船上或者岸上的车间里进行。
最近的主液压泵运行经验表明,大修间隔期可以超过32000h。
这要求在船上对其中的一只液压泵进行磨损监测、评估,然后,按顺序逐一地安排泵大修。
ME系统中的另一个重要部件是燃油喷射阀执行机构(FIVA )。
对它来说,32000h的大修间隔期也是可以实现的。
要做到这一点,试车时,预喷阀不可受到液压油的污染。
目前正在测试—种称为“三明治”的过滤器,它们是在发动机制造和船厂试车时安装的,在船舶交付前须拆除。
用这种方法,预喷阀的更换间隔时间可以达到32000h。
船员可在船上更换预喷阀。
三、优化低负荷运行
低负荷运行或者低速航行已经成为许多MAN B&W二冲程机船东的准则。
在早些年,主要是集装箱船运营商希望以低速运行,今天,油轮、货运船等也正在开始以低负荷持续运行。
2008年的晚些时候,MAN发布了一份关于低至40%的持续低负荷运行的服务信函。
2009年5月,正式支持负荷低至10%的持续低负荷运行。
从此,几乎所有持续低负荷运行的经验都是良好的。
滑动式燃油喷射阀的应用对此至关重要。
滑动式燃油喷射阀大大减少了排气管中的污垢,尤其在低负荷运行时。
不久,柴油机以极低负荷运行就很普遍了,接着,提出优化低负荷运行的要求。
可以通过二种方法对此予以支持:
★低负荷和部分负荷时增加扫气压力;
★低负荷时减少气缸供油。
电液控制ME柴油机恰恰支持上述方法。
ME柴油机的控制系统(ECS)可以控制可变喷嘴环(VTA)涡轮增压器、废气旁通(EGB)和灵活的涡轮增压器切断系统。
对在用柴油机而言,可变涡轮增压器切断系统,通过被称为“摆动阀门”的控制,常作为替代解决方案用于配备二台、三台、四台涡轮增压器的发动机。
可以看见堆积在涡轮侧摆动阀门上的燃烧积炭。所以,为了确保阀门的正常运作,维修手册中已经增加了清洁说明。
今天,负荷范围从25%降至10%的极低负荷运行也要求优化气缸油供油速率。
相关运行经验在2011年6月最新的低负荷运行服务信函中论及。
MAN在好几台柴油机上对此进行了试验,按负荷比例降低气缸油供油速率,直到10%负荷,效果很好。
用这种方法,在10%~15%的负荷范围内可以节约一半气缸油。
对ME柴油机而言,只需对ME ECS软件中的参数作些修改就可以实现这种调节了。
而对采用Alpha润滑器的机械式柴油机来说,则须对润滑器进行改造。
四、低硫燃料运行
最近,在低硫重油(HFO)和低硫馏分燃料这二种不同低硫燃料的应用方面取得了较多的经验。
对低硫HFO而言,重点是在存储时增加催化剂粉未的量。这将更加强调在船上高效利用净化剂进行优化燃料的处理。
此外,正确设计燃料箱系统也是很重要的。
MAN目前正在更新其制造及维护规则,随后也将列入项目指导书中。
馏分燃料的使用经验主要来自美国西海岸的SECA地区,馏分燃料对该地区影响的各种统计数字得以公布。
加州空气资源协会(CARB)下属办公室和泄漏预防响应办公室(OSPR)还公布了关于推进损失(Loss ofPropulsion,简称LOP)事件的数据。
统计数据显示,在加洲,在燃料硫含量下降的同时,LOP每年呈上升态姿。
据说,这种上升是因为所谓的燃料切换型LOP造成的。
关于该统计数字存在着很多争论,主要集中在该数据是否反应了低硫燃料的应用,以及LOP事件计数规则的更改会对数据的确定造成影响。
然而,MAN只能重复已经在服务信函中明确的建议:
★在进入拥堵的、要求进行燃料切换的海域前,强烈建议在拥堵海域外围,测试柴油机的起动和倒车性能;
★必须检查柴油机性能,以验证燃油泵的磨损情况。若燃料指数超过10%或者比台架试验的高,则必须对燃油泵进行大修,以保证燃用馏分燃料时性能参数正确;
★在使用黏度极低的馏分燃料时,应考虑使用燃油冷却器,以保证柴油机进口处燃油最低黏度2cSt。
值得―提的是,ME柴油机从未发生一起切换型LOP事件,而其它类型电控发动机则有发生过。
五、补偿器支架开裂
MAN B&W二冲程机相关的最大保修案例是二阶力矩补偿器支架开裂事故。
2010年夏天的晚些时候,在60/7OME-C/MC-C柴油机上发现这个问题,MAN立即将此事通知了所有相关许可证生产厂家,同时,马上对设计方案进行检查。
接着,MAN以该检查结果为基础,对所有尚未发货的柴油机通过添加维护操作代码,对设计进行修正。
经与所有相关许可证生产厂家的共同努力,以及PrimeServ-Korea的特别帮助,避免了其它船舶未经设计修正即投入运行的情况。
在对设计方案检查的同时,MAN向运营中的涉事船主发出了一封通函,目的是:
★确保具有开裂现象的柴油机得到及时确认,从而可通过与运营商的合作,对其进行改进维修。
受影响的船舶大多是油轮,所以,维修最好要延迟至船舶计划入坞大修的时候进行;
★根据开裂数获取更多的统计数据,从而,评估设计改进的危急程度。
2011年底,MAN着手对维护操作计划进行小规模修改,用于在用柴油机的更新。
在另一封通函中,将设计分为四类,根据使用的反馈情况,现在集中在第1类的预防性修正设计上,即,用打开的三角支撑。
2011通函也规定了一个首次运行18000h的检查方案。
运行18000h后若无开裂,则不需要修正(即第1类设计)为了确保该修正是成功的,公司规定了焊接修正后,在首次18000h的运行期间要进行检查。
2012年初,在一台S50MC-C柴油机的二阶力矩补偿器支架上发现了裂缝。
S50MC-C和S46MC-C柴油机的设计已经根据60和70 cm缸径柴油机的经验于2011年6月升级过了。
但是,这是以非紧急维护操作码实施的,所以在2012年初,并未在大部分柴油机制造商的生产中得以体现。
因此,发布了带有更强维护操作码的新设计升级函件(DUN),对生产中的所有S46/50MC-C/ME-C发动机明确规定了修改指令。
在函件起草期间,检查了在用船舶,针对各船的情况,最终确定了适用对策。
六、气缸工作状态更新
——小缸径柴油机
多年来,MAN小缸径柴油机一直使用经充分验证的镀铝CPR活塞环组件。
然而,在某些情况下,它会导致小缸径柴油机上顶端活塞环CL槽磨损,从而,缩短了大修间隔期。
如果顶端活塞环CL槽完全磨损,压降将大到足以使缸套和活塞环之间出现粘着磨损,结果损坏缸套表面。
平面端口(POP)顶端活塞环具有完全不同的特性。
当顶端活塞环磨损时,间隙会增大泄露面积,从而,减小了通过顶端活塞环的压降。
顶端活塞环与缸套之间的接触压力因此下降,同时,也减小了活塞环的磨损。
POP顶端活塞环对活塞环的磨损起着稳定作用,这有别于通常不稳定的CPR活塞环。
对小缸径柴油机而言,这是一个重要的差异,使得新型POP活塞环组件的寿命更长。
推荐使用POP活塞环组件是以6S40ME-B样机的运行经验为基础的。
运行10 000 h以后,气缸的情况看上去非常好。
同样,缸套磨损情况也令人非常满意。
所有受检缸套的磨损率都在0.05 mm/1 000 h以下。
然而,当更加仔细地观察顶端活塞环的磨损情况时,可以发现,由于CL槽的深度减小致使活塞环局部非常接近磨损极限。
现在,MAN明确规定了该型柴油机使用POP活塞环组件。
采用POP环的各种柴油机已经累计运行超过23000h。
其中有一项运行试验是在一台6S46MC-C柴油机的所有气缸上进行的。
运行了6735h后,端口开度增加了1.1mm,与之对应的是,顶端活塞环磨损0.55mm。
若磨损的极限为2.7mm,则估计完全磨损发生在约33000h以后。由于POP活塞环具有自稳定的性质,所以,33000h的估计寿命是保守的,实际上,完全磨损前的运行时间会更长。
七、气缸工作状态更新
——大缸径S型柴油机
目前,很多类型船舶都倾向于使用超长冲程柴油机来降低全负荷螺旋桨的转速。
对8 000~13000teu大型集装箱船而言,习惯上选择的柴油机是K98,现在的订单指定用超长冲程S90Mk8或9柴油机。
此外,如今所有订购的大缸径发动机几乎都是电子控制ME/ME-C机型。
通常,S90机作为VLCC的主机是非常成功的。该机气缸工作状态非常稳定、活塞大修间隔期很长、气缸油供油率很低。
现在,该机型已经进入负载变化很大和访问更多港口的大型集装箱船的主机行列。
因此,正在密切注意气缸早期工作状态的反馈情况。
通过扫气口观察,1800h后略过,气缸的工作状态非常好。
观察将继续在S90Mk 8和9机上进行。
最近,MAN面临着新的挑战,在安装废热回收( WHR)系统、废气旁通(EGB)和自动调谐的现代ME柴油机上会发生扫气压力巨变的情况。
第一系列S80ME-C Mk9柴油机经历了气缸初始工作状态问题,它是全负荷范围内扫气压力巨变引起的。
出现故障的一个例子是一台第一批产的S80ME-CMk9柴油机,在运行的第一阶段,柴油机在40%~70%负荷范围内以相当高的扫气压力( 0.11~0.24MPa)工作。
扫气压力高是因为WHR使用率低和闭式EGR的缘故。
在此期间,棚套承受了因过低温度以及表面过度酸凝结造成的冷腐蚀。
处理对策是,重新设计缸套,提高缸套表面温度,同时,提高气缸水套冷却水出口的温度。
不久以后(2011年四季度),CoCoS EDS 数据显示扫气压力低了很多,40%~70%负荷范围内扫气压力在0.06-0.15MPa之间。
在此期间,柴油机经受了活塞环压破碎裂故障。
其原因是WHR使用率高、压缩压力过低以及最高压力仍然根据模型曲线,活塞环组件因此承受了很高的升压和负荷,特别是顶端活塞环。
为了避免这种情况,ME-ESC系统的优化控制必须保护柴油机和稳定气缸工作状态。
目前,这方面的试验仍在进行中,初步结果显示,建议的措施运行效果良好。