【船機(jī)幫】簡述MAN ME主機(jī)可變廢氣旁通裝置 Variable EGB

Engine-Operation 界面

EGB的硬件布置

一、Variable EGB 運(yùn)用的場合

顧名思義，可變的廢氣旁通也就是廢氣旁通裝置，通過旁通主機(jī)多余的廢氣一方面來進(jìn)行能量利用，另一方面，優(yōu)化和保護(hù)主機(jī)的運(yùn)行工況，它用于下述三個(gè)場合：

1、 Arctic Bypass 北極區(qū)域（環(huán)境溫度低）

北極區(qū)域環(huán)境溫度低，廢氣旁通，其主要作用是有利于主機(jī)在北極區(qū)域（寒冷的地方）的正常運(yùn)行，北極區(qū)域，環(huán)境溫度低，大氣密度大，同樣轉(zhuǎn)速下，主機(jī)掃氣壓力增大，增大的掃氣壓力會(huì)使主機(jī)的燃燒壓力超過主機(jī)設(shè)定的氣缸最大壓力，通過廢氣旁通，減少進(jìn)入主機(jī)增壓器的廢氣量，進(jìn)而降低增壓器轉(zhuǎn)速，使主機(jī)掃氣壓力相應(yīng)降低，符合主機(jī)的掃氣壓力要求，優(yōu)化和保護(hù)主機(jī)。

2、 Part Load / Low Load Tuning 部分負(fù)荷/低負(fù)荷調(diào)諧

主機(jī)在部分負(fù)荷或低負(fù)荷時(shí)，關(guān)閉廢氣旁通系統(tǒng)（一般在75%負(fù)荷以下），使主機(jī)增壓器所需的廢氣能量、轉(zhuǎn)速與高負(fù)荷狀況下相當(dāng)，使掃氣壓力與高負(fù)荷時(shí)差不多，當(dāng)負(fù)荷高于75%負(fù)荷時(shí)，逐漸打開廢氣旁通裝置，保持主機(jī)最佳的掃氣壓力和增壓器轉(zhuǎn)速。

3、WHR: Waste Heat Recovery 廢熱回收利用

簡述這個(gè)作用之前，先介紹一下電力透平（Power Turbine) 和蒸汽透平（Steam Turbine),這兩種裝置就是高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備，可連接發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行發(fā)電，是將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為電能，有的船上有這種設(shè)備，有的船上沒有。

廢熱回收利用一般用于帶有電力透平發(fā)電機(jī)和（或）蒸汽透平發(fā)電機(jī)的船上，其主要是一方面利用主機(jī)廢氣能量，另一方面維持主機(jī)安全運(yùn)行，當(dāng)使用蒸汽透平時(shí)，廢氣旁通裝置打開，使進(jìn)入主機(jī)增壓器的廢氣能量減少，進(jìn)入鍋爐的廢氣增多，鍋爐產(chǎn)汽量增大來滿足蒸汽透平的需要，當(dāng)使用電力透平時(shí)，補(bǔ)償電力透平在其廢氣控制閥完全打開的情況下，廢氣能量還不能滿足其運(yùn)行的需要時(shí)，當(dāng)然廢氣旁通系統(tǒng)也可在電力透平（Power Turbine) 和蒸汽透平（Steam Turbine)同時(shí)運(yùn)行的情況下使用，有的船舶只安裝電力透平（Power Turbine)，有的船舶只安裝蒸汽透平（Steam Turbine)，也有的船舶電力透平（Power Turbine) 和蒸汽透平（Steam Turbine)都有。

因本輪沒有電力透平（Power Turbine) 和蒸汽透平（Steam Turbine)，所以本輪的可變的廢氣旁通只適用于上述1 和2的場合。

二、Variable EGB 主要部件

1、 帶I/P(電流壓力變送器）氣動(dòng)執(zhí)行器的可變開度旁通閥（可從完全關(guān)閉到完全打開）。

2. 掃氣空氣控制單元SCU（Scavenge Air Control Unit）該單元對于ME和ME-B主機(jī)，整合在ECS(Engine Control System)主機(jī)控制系統(tǒng)中，而對于MC型主機(jī)，其有獨(dú)立的掃氣空氣控制單元(SCU),其組成和功用與ME和ME-B主機(jī)類似。

三、Variable EGB 工作原理

1、Arctic Bypass and Part Load / Low Load Tuning 北極區(qū)域和部分負(fù)荷/低負(fù)荷調(diào)諧

通過控制進(jìn)入主機(jī)增壓器的廢氣流量，控制增壓器渦輪的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制同軸的壓氣葉輪，進(jìn)行調(diào)節(jié)掃氣空氣壓力，而廢氣流量的控制是通過安裝在廢氣總管分支管路上的可變旁通閥（執(zhí)行器）來進(jìn)行控制，該可變旁通閥控制流過增壓器的廢氣流量，旁通閥開度小，增壓器廢氣流量大，掃氣壓力大，旁通閥開度大，進(jìn)入增壓器的廢氣流量小，增壓器轉(zhuǎn)速低，掃氣壓力小，這個(gè)可變旁通閥的布置可以限制主機(jī)的掃氣壓力（如下圖）。

典型北極區(qū)域掃氣壓力曲線

2、 WHR 廢熱回收利用

該裝置是由EGB, 電力透平（Power Turbine)和（或）蒸汽透平（Steam Turbine)組成，而電力透平（Power Turbine)的廢氣流量控制是由電力透平控制閥PTCV(Power Turbine Control Valve)來進(jìn)行控制的，電力透平（Power Turbine)和（或）蒸汽透平（Steam Turbine)產(chǎn)生的功率要能覆蓋整個(gè)船舶的電力需求，并且通過廢氣流量的調(diào)節(jié)還不能影響主機(jī)的安全運(yùn)行，所以調(diào)節(jié)應(yīng)滿足以下條件：

1. 最大的容許旁通量（取決于主機(jī)負(fù)荷）；

2. 最小的容許旁通量（取決于主機(jī)負(fù)荷）；

3. 最高的掃氣壓力；

4. 最低的掃氣壓力（取決于主機(jī)負(fù)荷）；

總的旁通廢氣流量取決于EGB旁通閥的流通面積和PTCV控制電力透平（Power Turbine)的流通面積，當(dāng)最大的容許旁通量極限沒有達(dá)到或最低的掃氣壓力能夠保證時(shí),PTCV打開，使部分廢氣流入電力透平（Power Turbine)，此時(shí)Variable EGB調(diào)節(jié)控制單元確保無論電力透平（Power Turbine)的PTCV在任何位置時(shí)均能滿足最小的旁通量和最低的掃氣壓力來滿足主機(jī)正常運(yùn)行的需要，如果只使用蒸汽透平（Steam Turbine)，蒸汽透平需要額外的蒸汽（廢氣通過鍋爐產(chǎn)生更多的蒸汽），EGB將進(jìn)行廢氣旁通（打開）提供給鍋爐產(chǎn)生更多的蒸汽，但這種情況必須要滿足主機(jī)的各種限制要求。

 帶電力透平和蒸汽透平的WHR

四、操作過程

1、Arctic Bypass and Part Load / Low Load Tuning  北極區(qū)域和部分負(fù)荷/低負(fù)荷調(diào)諧

掃氣空氣控制單元SCU使用EGB的可變旁通閥來調(diào)節(jié)掃氣壓力的，控制結(jié)構(gòu)是一個(gè)基于掃氣壓力測量和掃氣壓力設(shè)定的閉環(huán)系統(tǒng)（如下圖），掃氣壓力的設(shè)定是一個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)，它來自于主機(jī)負(fù)荷的計(jì)算，而主機(jī)負(fù)荷是基于主機(jī)轉(zhuǎn)速，燃油油門刻度，或通過主機(jī)扭矩的測量來計(jì)算主機(jī)負(fù)荷。

SCU控制方框圖

2、 WHR 廢熱回收利用

廢熱回收利用限制的計(jì)算也是基于主機(jī)負(fù)荷，而對于MC型主機(jī)，主機(jī)負(fù)荷計(jì)算是基于主機(jī)轉(zhuǎn)速乘以燃油油門刻度。

控制EGB裝置的SCU是通過MOP界面來實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)的，它是由PC(工控機(jī)），內(nèi)裝EGB軟件程序和15英寸的觸摸屏并帶有鼠標(biāo)的鍵盤來進(jìn)行的，有的船整合在主機(jī)ECS系統(tǒng)中。

MOP界面SCU示意圖

MOP界面SCU 過程值示意圖

五、EGB裝置的應(yīng)急運(yùn)行工況

由于EGB裝置的硬件或電氣故障會(huì)導(dǎo)致其不正常運(yùn)行，可根據(jù)故障情況采取如下應(yīng)急運(yùn)行措施：

1、 掃氣壓力傳感器失效或負(fù)荷參數(shù)計(jì)算失效（轉(zhuǎn)速或負(fù)荷油門），EGB裝置可進(jìn)行手動(dòng)模式，通過MOP界面，使用Chief Level權(quán)限，根據(jù)試航測試報(bào)告的數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)EGB執(zhí)行器至一定的開度，實(shí)現(xiàn)故障安全（Fail -safe ）運(yùn)行。

2、如果多功能控制器MPC(Multi Purpose Controller)失效，手動(dòng)調(diào)節(jié)至一定開度，實(shí)現(xiàn)故障安全（Fail -safe ）運(yùn)行。

3、如果是配備WHR的主機(jī)，故障來源于電力透平（Power Turbine)的內(nèi)部元件（如潤滑失效，發(fā)電機(jī)故障），此時(shí)PTCV快速關(guān)閉而EGB立即打開，避免主機(jī)增壓器過速和過壓。

4、如果是配備WHR的主機(jī)，故障來源于WHR的信號(hào)，此時(shí)運(yùn)行電力透平（Power Turbine)已不允許，必須通過MOP界面設(shè)定“PTCV  Pos =0”來切斷WHR的運(yùn)行。

六、FMEA（Failure mode, Effect and Analysis )for EGB裝置

FMEA: 故障模式、后果及分析是SCU控制系統(tǒng)內(nèi)用來提供保養(yǎng)ECS MPC/MOP時(shí)該做什么，以及診斷MPC/MOP出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)生什么的程序工具。

FMEA的表單主要由以下四個(gè)部分組成：

1. 部件名稱Component

2. 失效原因 Failure

3. 預(yù)警Precaution

4. 影響 Effect

通過FMEA很方便地進(jìn)行保養(yǎng)和故障診斷，具體如下表：

參考資料：MAN ME - C10.5 + HPSCR說明書

原創(chuàng)作者系：

船機(jī)幫特約撰稿人：輪機(jī)長  朱永益