也谈副机高温水温度偏低的原因

上海远洋运输有限公司 齐文征

也谈副机高温水温度偏低的原因

上海远洋运输有限公司 齐文征

针对瓦锡兰副机的高温水温度偏低将影响机器工况和使用寿命的问题，通过实例来分析温控阀的工作原理以查找故障原因，总结以后管理中的注意事项，避免出现副机高温水温度偏低现象。

瓦锡兰副机；高温水温度偏低；温控阀

曾看过几篇关于副机高温水温度偏低故障分析的文章，也碰到同类型船舶发生副机高温水温度偏低的现象，本人有不同的见解供大家学习交流，有不足之处，敬请指正。

一、故障现象

某船配置三台WARTSILA VASA 4R32E型副机，额定功率为1 620 kW，转速为720 r/min。一台副机低负荷运行时，高温水出机温度在80 ℃以下；高负荷运行时，高温水出机温度在85 ℃左右。两台或三台副机并联运行且负荷较低时，高温水出机温度在70 ℃以下，副机负荷逐渐增大后，高温水出机温度会略有上升。集控室电脑屏和现场温度表相同，表明高温水出机温度确实偏低。长时间的高温水出机温度偏低会给副机带来不利影响，如燃烧不良、热应力增大和低温腐蚀等。

为了便于分析故障，先简单介绍高温水温控阀、低温水温控阀和副机冷却水系统。以上的低负荷指副机功率低于30%额定功率，高负荷指副机功率高于30%额定功率。

二、高温水温控阀

1.结构特点

高温水温控阀如图1所示，它安装于三通阀的内部，里面有两个温控阀，主要部件有感温元件、圆环形阀、阀盖、阀座、弹簧、主轴、支架、铜套和橡皮圈等。

*感温元件：利用热胀冷缩的原理，感温元件内部的半固态物质受热膨胀，推动中间主轴运动。感温元件上注明86.5 ℃，也就是温度超过此界限后促使中间主轴向下运动。

图1 高温冷却水温控阀结构图

* 圆 环形阀：它内部中间有支架（三根加强筋）通过螺帽和弹簧等与感温元件内的主轴连接在一起。它的上下平面非常平。

* 阀 盖：阀盖位于圆环形阀上方。它内部有支架（四根加强筋），中间有内螺纹孔，与感温元件装配在一起，且有螺母锁紧。它的下方有凸起的圆环形台阶与圆环形阀的上平面密封配合。

* 阀 座：阀座位于圆环形阀下方，通过螺钉固定在三通阀的本体上。它的上平面与圆环形阀的下平面密封配合。

* 弹 簧：在上方有一大弹簧，原始状态受压；在主轴下方有两个小弹簧，常态受压。

* 主 轴：主轴一端伸到感温元件内部，另一端和圆环形阀连接起来。

* 支 架：支架通过弹簧、挂钩等部件使圆环形阀的上平面紧紧贴合在阀盖的下平面。

*铜套：铜套（密封环）安装于三通阀本体上，它内部有一圈环形槽。铜套对圆环形阀有导向作用。

*橡皮圈：橡皮圈安装到铜套的环形槽内，密封铜套与圆环形阀之间的间隙。

高温水温控阀内有三个通道：A通道用于来自冷却副机后的温度较高的淡水进入温控阀内；B是旁通通道，当高温淡水温度较低时，通过此通道又回到高温淡水泵的吸口继续冷却副机（内循环）；C通道用于温度较高的淡水进入中央淡水冷却器进行冷却。

2.工作原理

高温水温控阀的工作原理见图2，在这里介绍此阀在三个状态时的工作原理：

图2 高温冷却水温控阀工作原理图

（1）冷机状态

副机停止或刚启动时，从副机来的高温淡水温度低于86.5 ℃，恒温阀处于原始状态。内部两个温控阀的圆环形阀在弹簧力的作用下，与上部的阀盖紧密接触，这样就关闭了去冷却器的通道C。高温淡水从阀座与圆环形阀之间的环形间隙通过进入到旁通口，高温淡水又回到高温水泵的吸口，进行内部循环，使高温淡水的温度快速升高。

（2）热机状态

副机高负荷运转时，从副机来的高温淡水远高于86.5 ℃（一般情况90 ℃以上）时，感温元件膨胀，克服弹簧力后，推动主轴向下运动，同时带动圆环形阀向下运动，使其完全与阀座贴合，关闭去旁通的通道B，高温淡水全部进入冷却器进行冷却。

（3）过渡状态

副机运转过程中，从副机来的高温淡水温度越来越高，当温度超过86.5 ℃时，感温元件内部物质开始加热膨胀，推动主轴带动圆环形阀向下运转，旁通的水量变小，去冷却器的水量开始慢慢增加，高温淡水泵吸入温度较低的淡水，从而降低从副机来的高温淡水。如果副机负荷稳定，感温元件会找到一个平衡，高温水温度保持在一个恒定范围内，部分水量进旁通B，部分水量去冷却器C。

WARTSILA 4R32E说明书要求高温水出机温度为91～100 ℃，进机温度比出机温度低5～8 ℃。

三、低温淡水温控阀

1.结构特点

低温水温控阀安装于自动调节三通阀的内部，它的结构与高温水温控阀完全不同（见图3）。主要有以下部件：

图3 低温冷却水温控阀结构图

*感温元件6：内部有两个感温元件，一个是A 35℃时动作，另一个是B 65℃时动作。它们被止动挡圈16固定在温包架7上。温包架外圆轴向方向有开槽。

*控制活塞8：控制活塞8的外缘分中、左、右三段（见图4），中段空，左右两段都是圆筒，圆筒截面呈凹形，左右突缘与阀体上的密封铜环密封形成可以左右移动的滑阀，以此来控制B口和C口的开度。在控制活塞的中部有十字形支撑架，将控制活塞8的外缘组成一体，温包架7可以在十字形支撑架中间滑动。在其最右端通过止动挡圈把导向销与控制活塞8连接起来。最右端阀体上有固定挡销，防止控制活塞旋转。

* 活 塞3：安装密封环13的活塞3可以在导向缸套4内移动。螺钉2可以指示活塞3的位置。

* 调 节螺帽1：用于调节弹簧12的预紧力，由固定螺钉11进行锁定。

*轴18：位于温控阀的最右端，用于指示控制活塞8所在的位置。

*检漏孔15：如有水或空气溢出，则表明密封推杆5的橡皮圈失效。

2.工作原理

（1）初始状态

低温水温控阀在初始位置（见图3），此时无控制空气进入活塞3的右边。由于最左端的大弹簧12的预紧力大于最右端两个小弹簧的预紧力，大弹簧12的弹力作用在活塞3上，作用力依次传递给推杆5→温包架7→导向销17，导向销带动控制活塞8一起向右运动。此时B口开度较小，回到低温水泵吸水的水量较少，C口开度较大，大部分淡水进冷却器。

（2）控制系统

此系统加装一个电磁阀1和压力开关7（见图5）。扫气空气接在压力开关7上，压力开关输出电信号来控制电磁阀1的动作。压力开关可以利用调节螺钉4调节起始值，调节手轮6可调节幅差，防止在临界状态时电磁阀频繁动作。扫气空气压力低于起始值时，压力开关接通，电磁阀1得电后工作于左位，控制空气通过电磁阀进入温控阀最左端。当扫气空气压力大于设定值时，压力开关断开，电磁阀断电后工作于右位，切断控制空气气路。

（3）动作原理

下面介绍副机在四种不同负荷状态下，低温淡水温控阀的动作原理（见图5）：

Ⅰ低负荷冷机状态。表示副机在低负荷（30%以下）且冷却淡水出机温度较低时的状态，主要是指副机刚启动时或远低于30%负荷的状态。此时扫气压力低于设定初值，压力开关接通，电磁阀动作，控制空气进入缸套2内活塞的右侧，活塞克服弹簧力后向左移动。控制活塞在最右端两个弹簧力的作用下向左移动，旁通B口开度变大，C口开度变小，从副机来的低温淡水大部分进行机内循环。当温度超过35 ℃时，感温元件A膨胀，内部小轴伸长，引起控制活塞向右侧移动，稍微关小B口的旁通水量。这个状态下的低温淡水的温度在35～65 ℃。

图4 低温冷却水温控阀控制活塞

图5 低温冷却水温控阀工作原理图

Ⅱ高负荷冷机状态。表示副机在高负荷且冷却淡水出机温度较低时的状态。副机负荷增大到一定程度，扫气压力相应提高，当扫气压力达到压力开关设定值时，压力开关断开，电磁阀失电工作于右位，切断控制空气并释放进活塞的空气。在左侧大弹簧的作用力下，控制活塞向右移动，B口关小，C口开大。大部分低温水进冷却器，从而降低低温水的温度。这个状态下的低温淡水的温度在35 ℃以下。

Ⅲ低负荷热机状态。表示副机在低负荷且冷却淡水出机温度较高时的状态。副机负荷达到30%左右，但扫气压力还是较低且没有达到压力开关断开值，控制空气进入活塞右侧，B口开度较大，C口开度较小，低温水温度逐渐上升，当温度达到65 ℃以上时，感温元件A内主轴已伸长到最大量，此时感温元件B也开始膨胀，内部小轴伸长，继续推动控制活塞向右移动，B口关小，C口开大，温度较高的淡水进冷却器冷却。这个状态下的低温淡水的温度在65～70 ℃。

Ⅳ高负荷热机状态。表示副机在接近满负荷且冷却淡水出机温度较高时的状态。此时扫气压力很高，压力开关断开，电磁阀失电，活塞右移，使阀体内的控制活塞向右移动，B口关小，C口开大。如果温度继续上升超过35 ℃，感温元件A膨胀，内部小轴伸长，带动控制活塞继续向右移动，使B口变更小，C口变更大，大量淡水进冷却器，降低淡水温度。这个状态下的低温淡水的温度在35 ℃以上。

综上所述：副机在低负荷运转时，低温淡水的温度应控制在65 ℃左右，使它在较低负荷时有一个较高的冷却水温度；副机在高负荷运转时，低温淡水的温度应控制在35 ℃左右，使它在较高负荷时有一个较低的冷却水温度。

四、副机冷却水系统

副机冷却水系统分为低温冷却水系统和高温冷却水系统（见图6）。

图6 副机冷却水系统原理图

1.低温冷却水系统

从中央冷却器14来的低温水经过副机自带低温水泵8增压，依次经过副机空冷器7和滑油冷却器15，在滑油冷却器的出口安装有低温水温控阀10，由低温水温控阀来控制低温水的流量，最后低温水到中冷器冷却。低温水恒控阀的工作原理上面已介绍，在副机低负荷时，大部分水量经B通道进行内部循环，低温水温度较高；在副机高负荷时，大部分水量经C通道进中冷器冷却，低温水温度较低。

2.高温冷却水系统

高温水的吸口安装在低温水出口管路上（见图6），从低温水温控阀10的C口来的温度升高的低温水成为副机的高温水，经高温水泵9增压后，小部分高温水进增压器进行冷却，大部分高温水进入副机冷却缸套和缸头附件后，经副机顶部的放气箱2和高温水温控阀11后进中冷器冷却。如高温水温度太低，将全部经B口进高温水泵吸口进行机内循环，高温水温度迅速升高。

副机在备用时，从副机高温水出口总管上接一路高温水经热水泵13、加热器12后进入副机暖缸。

五、故障排除

1.低温冷却水系统故障

经过检查，发现三台副机进电磁阀的控制空气气源已关闭，减压阀的膜片穿通，有一个压力开关不动作，还有一个连接到压力开关的扫气空气管堵塞。这就造成副机启动或低负荷运转时，低温水的温度一直较低。只有副机负荷较高时，低温水的温度才逐渐上升。副机启动或低负荷运转导致高温水的进口温度偏低，这是次要原因。

2.高温水温控阀故障

副机刚启动或低负荷运转（多机并联）时如从副机来的高温淡水大量进入冷却器通道C，必然会导致高温水温度偏低。经拆检三台副机高温水温控阀，发现引起高温水温度偏低的原因有：

（1）圆环形阀与三通阀本体间的密封失效或间隙过大。发现三台副机高温水温控阀都有以下现象：铜套磨损过大、圆环形阀外圆表面磨损（见图7）、铜套内橡皮圈老化或不存在。这些都会导致副机启动或低负荷时，从副机来的高温水经高温水温控阀A到旁通口B后，高温水经此间隙泄漏到C口去冷却器，引起高温水的损失，必然会从低温水出口管路上吸入高温水进行补充，泄漏量越大，补充的淡水就越多，高温水温度就会越低。这时，如果低温水温度过低则高温水温度更加偏低。这是引起高温水温度偏低的最主要原因。

拆卸下的高温水三通阀先整体进行密封试验来判断它的工况。在常态下，从A口注水，C口应无水流出，否则应查找原因并解决；从A口注入95 ℃以上的淡水，大约2 min后，B口应无水流出，否则应查找原因并解决。

（2）圆环形阀与阀盖之间的接触面磨损过多或弹簧弹力不足。其中一台副机有这种现象。这些会造成当高温淡水温度远低于86.5 ℃时，此阀会打开去冷却器的通道C，引起高温水温度偏低。当副机高负荷运转时，高温水出机温度升高，温控阀的感温元件没有达到设定值就完全切断B旁通口，引起高温水偏低。通过以上的注水试验可判断水温达到多少度后，C口开启。如远低于设定值，则必须更换。

图7 高温冷却水温控阀新旧对比图

（3）圆环形阀与阀盖之间的接触面腐蚀后凸凹不平。有一台副机有此现象。此平面受高温淡水的侵蚀后，密封面不平，造成副机刚启动时，从副机出来的高温水部分进入冷却器。圆环形阀与阀座之间的腐蚀或磨损只会使高温水温度升高。

六、管理要点

1.定期维护

* 平 时注意副机在低负荷和高负荷时高温水温度的变化，发现偏低要及时查找原因。

* 每 年解体检查高温水温控阀，由于此阀工作环境较恶劣，必须定期进行检查清洁试验。

2.拆检注意事项

* 检 查试验温控阀在多少温度时开启，如温度过低打开，必须换新。

* 检 查铜套和圆环形阀的外圆有无过度磨损，以及它们之间的间隙是否过大。

*检查圆环形阀与阀盖和阀座的接触面有无腐蚀。

* 检 查所有橡皮圈有无老化或失效现象，如有问题，必须更换。

*解体组装后的三通阀需进行密封和功能试验。在常态下，从A口注水，观察C口应无水流出，否则应查找原因并解决；从A口注入95 ℃以上的淡水，大约2 min后，观察B口应无水流出，否则应查找原因并解决。