发电柴油机排气温度高的原因分析及改进措施

引言

发电柴油机作为一种关键的动力装置，在工业生产、船舶运输以及作为备用电源等多个领域中得到了广泛的应用。在柴油机的实际运行过程中，排气温度的监测不仅可以用来判断柴油机热负荷的大小，而且它也是分析柴油机性能的一个重要参数。如果排气温度过高，将会导致机械热负荷的增加以及部件的加速老化，这将显著缩短柴油机的使用寿命，并且会增加维护和管理的成本。此外，排气温度过高还可能会降低发动机的功率输出，严重时甚至可能引发安全事故。因此，深入研究发电柴油机排气温度过高的原因，并提出有效的改进措施，对于确保柴油机的安全、高效运行具有极其重要的现实意义。本文将从发电柴油机的工作原理入手，系统地分析导致排气温度升高的各种因素，并针对性地提出一系列改进方案，旨在为提高发电柴油机的运行效率和可靠性提供坚实的理论依据和实践指导。

一、发电柴油机排气系统概述

发电柴油机是一种将柴油的化学能转化为机械能，随后通过发电机转换为电能的装置。在这一工作过程中，燃烧后的高温废气通过排气系统排出体外。排气系统主要由排气歧管、涡轮增压器、排气管和消声器等关键部件构成，其功能不仅仅是为了排放废气，还包括利用废气中的能量来驱动涡轮增压器，从而提高发动机的进气效率，进一步优化燃烧过程。

为了确保柴油机的正常燃烧，必须使用符合标准的燃油，在良好的雾化状态下与足够的空气充分混合，并在燃烧室内完成完全燃烧。任何不满足这些条件的因素，比如燃油品质不佳、雾化效果差、空气供应不足等，均可能导致排温过高。正常的排气温度范围通常在 400-600℃之间，这个数值会根据发动机的型号、负荷大小以及工作环境的不同而有所变化。排气温度过高或过低都可能预示着发动机存在某种故障或效率低下。因此，对排气温度进行持续的监测和控制对于确保发电柴油机的正常运行和延长其使用寿命至关重要。

由于发电柴油机的机型和工作环境存在差异，导致排温升高的原因也不尽相同。现在，我们以船舶副机MAN 6L16/24 柴油机为例进行具体分析。该机型的额定功率为 500kW，额定转速为 1000rpm ，并采用等压增压技术。在运行 8000小时后，我们观察到排气温度明显上升，最高温度升高了约 70℃。这一现象可能与多种因素有关，包括但不限于燃烧室积碳、涡轮增压器效率下降、冷却系统故障等。为了准确诊断问题并采取适当的维护措施，需要对排气系统进行全面检查，并结合发动机的运行数据进行综合分析。

二、发电柴油机排气温度高的原因分析

1.燃油系统故障可以导致排气温度升高。

1）燃油质量是影响柴油机排气温度高的因素之一。尤其是使用重油作为燃料油的柴油机在进入机器使用前要进行燃油的处理和净化，达到规定的使用要求，否则会造成燃油雾化不良，燃烧不充分，排气温度高。装载燃油的品质和燃油进机前进行检查，滤器的工作状态是的完好。压差是否在规定范围之内，并且用燃油分油机进行净化分离。排除由于燃油质量差，燃烧恶化而造成排气温度升高的原因。

2）高压油泵柱塞和喷油器针阀磨损或卡滞会造成燃油雾化不良，导致燃烧不充分，产生大量未燃尽的碳氢化合物，这些物质在排气过程中继续燃烧，从而提高了排气温度。另外，喷油正时调整不当也会影响燃烧效率。供油定时滞后会导致供油提前角过小（供油提前角在活塞上死点前曲柄角 12-14 度），在燃油进入燃烧室时活塞处于下行阶段，燃烧室内的温度和压力在下降，错过了最佳燃烧点，造成燃烧不充分，爆压降低，后燃增加，排气温度也会异常升高。

2.换气系统故障也会引起排气温度升高。

换气定时的提前设置不当，同样会导致排气温度的异常升高。这是因为当排气阀过早地打开时，燃烧室内尚未完全燃烧的混合燃气就会被过早地排入排气管中，从而引发后燃现象，进而导致排气温度的升高。以 MAN6L16/24 型柴油机为例，喷油定时以及进气和排气定时的调整不能单独针对某个气缸进行，而是必须通过调整高压油泵凸轮轴以及进、排气凸轮轴的总成来实现。在调整过程中，需要检查驱动齿轮上的定位标记，以确保定时设置没有发生任何变化。此外，使用专用工具对各个气缸的进气阀和排气阀的间隙进行精确检查，确保这些间隙符合制造商规定的标准范围。如果发现进气阀的间隙过大或者排气阀的间隙过小，都可能会导致排气温度的升高。此外，由于排气凸轮在长期工作过程中可能会出现金属疲劳，导致表面材料脱落，这也会引起进气阀和排气阀间隙的变化，从而导致柴油机的排气温度升高。对高压油泵的升程进行精确测量，检查其是否与出厂时的记录保持一致。拆开高压油泵的漏泄油管进行检查，确认是否存在明显的漏油现象。

3.柴油机冷却系统效率下降是造成排温升高的另一个重要原因。冷却水不足或水质不良会降低冷却效果，导致发动机整体温度升高，包括排气温度。淡水冷却器堵塞或冷却水泵故障而造成冷却水减少也会影响散热能力，使得发动机无法有效降温，进而影响排气温度。此外，排气系统本身的阻力增加，如排气管路堵塞或消声器积碳，也会导致废气排放不畅，增加排气温度。

4.废气涡轮增压器方面的原因也能造成排温异常。柴油机各缸排出的高温高压废气携带者燃烧产生的颗粒物经喷嘴环冲击涡轮机叶片，在经过导向环时，废气的温度和压力下降，速度升高，带动叶轮快速转动。废气中的颗粒物也会对导向环和叶轮产生冲蚀磨损，部分还会附着上面，造成废气涡轮测转速降低，严重会影响涡轮机叶轮动平衡，进一步影响压气机的工作状态。进气压力下降，进气量减少，导致排温升高。另外，压气机的气道受空气滤器和环境的影响，也会造成污染导致排温升高。污染严重还会引起增压器喘震，这些都会导致燃烧室表面温度升高，从而使柴油机性能下降。

5.在发电柴油机运行过程中还存在着某一缸排温升高。某一缸排温异常升高一般存在下列四种情况：

1）喷油器的启阀压力低于规定值或者喷油嘴脏堵造成的；

2）排气阀关闭不严导致的，这既有气阀间隙调整不合适引起的，也可能是气阀或气阀座磨损造成关闭不严；

3）燃烧室漏气造成单缸温度高，这既有排气阀关闭不严，也有活塞环磨损超标或卡滞造成的；

4）单缸燃油凸轮损坏也可以造成该缸排气温度过高。

三、改进措施

发电柴油机排温升高，对柴油机的运行管理带来安全隐患，增加维护管理成本。为解决这个问题，经查阅相关资料并结合使用中的经验，决定采取以下措施：

1.加强燃油使用前的净化处理，燃油进入机器前先从燃油舱驳运至沉淀舱进行沉淀，使得燃油中比重大的杂质和水份聚集到沉淀舱的底部，通过放残的方式清除一部分杂质和水。然后由燃油分油机对燃油进行净化，分离量满足机器使用量的 120% 即可。对燃油系统中的燃油滤器进行改进，把燃油滤器的过滤精度有原来的 30μm 提高至 20μm ，增加滤器清洗频次。使得燃油中的颗粒物减少。这样即避免了高压油泵，喷油嘴出现过度磨损。提高了燃烧质量，减少排气中的颗粒物，改善了增压器的喷嘴环、导向环和叶轮的脏堵情况，进一步提高增压器的工作性能。

2.定期检查和清理排气管路，清除积碳和杂物。对于消声器，应定期检查其内部状况，必要时进行清洗或更换。减少排气管道中的弯头和急转弯，以降低排气阻力。此外，定期检查排气系统的密封性，防止漏气，这不仅可以降低排气温度，还能减少噪音污染。加强对增压器的维护管理，按照说明书要求，柴油机每运行100 小时就要进行水洗或干洗，我船的做法是采用水洗，水洗在柴油机运行负荷 20%的情况下进行，以减少废气涡轮的积碳，改善增压器的性能，另外还要根据空气滤器的脏污程度进行更换，保障足量新鲜空气进入机器，使燃烧更充分，从而降低排气温度。

3.尽量避免柴油机长时间低负荷运行，以减少燃烧不充分产生积碳。在低于20% 负荷下长时间工作，会导致进、排气管，增压器和活塞环槽积碳，柴油机运行状态恶化，严重时还会引起活塞环断裂，造成拉缸等机械事故。在柴油机正常工作时，负荷维持在 60% -80%范围内，使机器处于良好运行状态。

4.针对燃油系统故障，应优化燃油喷射系统。定期检查和维护喷油器，确保其工作正常，必要时及时更换。同时，精确调整喷油正时，确保燃油在最佳时机喷入气缸，提高燃烧效率。此外，使用高质量的燃油和适当的燃油添加剂也有助于改善燃烧过程，降低排气温度。

5.增强冷却系统性能对于控制排气温度至关重要。定期检查冷却液位和质量，及时补充或更换冷却液。清洗冷却器，确保其散热效率。对于风扇系统，应定期检查其工作状态，必要时进行维修或更换。在高温环境下，可考虑增加辅助冷却装置，如增加散热器面积或使用更高效的冷却风扇。

四、结论

发电柴油机在运行过程中出现排气温度过高的现象，这通常是一个复杂的问题，它涉及到多个系统的相互作用和影响。通过对这一问题的深入分析，我们可以得出一些关键的结论：首先，燃油系统的故障可能是导致排气温度升高的一个直接原因；其次，进气系统的堵塞也会对排气温度产生显著的影响；此外，冷却系统的效率下降同样会导致排气温度的升高；最后，排气系统中阻力的增加也是不可忽视的因素之一。针对这些导致排气温度升高的主要原因，我们提出了一系列的改进措施，包括优化燃油喷射系统的设计和性能，改善进气系统的流通性，增强冷却系统的整体性能，以及降低排气系统的阻力等。

通过实施这些改进措施，我们不仅可以有效地降低发电柴油机的排气温度，从而提高其运行效率，还能显著延长发动机的使用寿命，减少维护成本，降低环境污染。这些改进措施的实施，对于发电柴油机的性能优化和经济效益的提升具有重要的意义。展望未来，我们还可以进一步探讨如何利用先进的控制技术和材料科学来进一步优化发电柴油机的整体性能。这包括研究如何更有效地控制燃油喷射的时机和量，以及如何采用新型材料来提高系统的耐热性和耐久性。这些研究将有助于发电柴油机更好地应对日益严格的环保要求和能源效率标准，为可持续发展做出贡献。

参考文献

[1] 轮机工程手册编委会 . 轮机工程手册 , 中册 [M]. 北京 :人民交通出版社 , 1994.

[2] 杜荣铭 . 船舶柴油机 [M]. 大连：大连海事大学出版社 ,1999.

[3] MAN Diesel & Turbo Service letter SL2016.615,SL2017.640[

[4] GEA Westfalia Separator CatFineMaster, Westfalia Separator Mineraloil systems from GEA.