涂志平

(青島遠(yuǎn)洋船員職業(yè)學(xué)院，山東青島 266071)

0 引言

船舶柴油發(fā)電機(jī)組為全船提供電力保障，在實(shí)際營(yíng)運(yùn)生產(chǎn)中，有著舉足輕重的作用。而其中的原動(dòng)機(jī)——柴油機(jī)，對(duì)于保證機(jī)組的運(yùn)行，乃至整個(gè)船舶的安全航行具有至關(guān)重要的作用。燃油系統(tǒng)作為柴油機(jī)最重要的系統(tǒng)之一，在日常管理中應(yīng)悉心維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，以確保其處于良好工作狀態(tài)。本文從某輪柴油發(fā)電機(jī)組跳電的故障現(xiàn)象入手，分析其燃油系統(tǒng)方面的原因，最終在油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)故障原因并給予排除。

1 故障現(xiàn)象

某輪柴油發(fā)電機(jī)型號(hào)為 WARTSILA 4R32D，額定功率1 500 kW，額定轉(zhuǎn)速750 r/min。2010年的一天，在船舶正常航行中，在負(fù)荷突增時(shí)No.2柴油發(fā)電機(jī)發(fā)生跳電，No.3發(fā)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)。事后重新啟動(dòng)該柴油機(jī)發(fā)現(xiàn)，其負(fù)荷基本鎖定在450 kW左右，負(fù)荷不能繼續(xù)增加，也不能減小。

2 故障原因分析

導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)跳電的原因有很多，涉及到的方面也很多，柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的影響則最為直接，在實(shí)際中引起故障的比例也較多，因此，直接從燃油系統(tǒng)入手。而燃油系統(tǒng)方面的原因也涉及方方面面，根據(jù)日常管理中所積累的經(jīng)驗(yàn)，主要分析以下幾方面。

2.1 柴油發(fā)電機(jī)超負(fù)荷

船上存在大量即時(shí)啟動(dòng)的設(shè)備，如空壓機(jī)、冷藏箱等等，在這些設(shè)備碰巧同時(shí)啟動(dòng)時(shí)，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)使整個(gè)電網(wǎng)的負(fù)荷突增，超過柴油發(fā)電機(jī)所能承受的負(fù)荷，造成柴油發(fā)電機(jī)超負(fù)荷發(fā)生跳電，這樣的事件在其他船舶管理過程中曾經(jīng)也發(fā)生過。但該輪的情況并非如此，其發(fā)生跳電的原因是柴油發(fā)電機(jī)到達(dá)450 kW以上再突增負(fù)荷時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷難以隨負(fù)荷做即時(shí)增加而跳電，因此，此原因可以排除。

2.2 燃油噴射系統(tǒng)

如果燃油噴射系統(tǒng)有問題，比如油頭卡死，高壓油泵柱塞偶件卡死或者磨損過大，泄露太嚴(yán)重，也會(huì)導(dǎo)致此種故障，但這些問題如果存在，在柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，相應(yīng)的參數(shù)會(huì)有所反映:如果油頭有問題，排溫則是最直接的反映;如果高壓油泵存在問題，那么也會(huì)影響到排煙溫度，甚至使噴油定時(shí)發(fā)生變化影響燃燒狀況，反映在排煙、爆壓等方面。對(duì)柴油發(fā)電機(jī)在450 kW負(fù)荷左右運(yùn)行時(shí)的各參數(shù)進(jìn)行檢查之后，發(fā)現(xiàn)各參數(shù)都正常，因此也排除了此種可能。

2.3 燃油調(diào)節(jié)方面

燃油調(diào)節(jié)是由調(diào)速器根據(jù)不同的負(fù)荷，給出相應(yīng)的油門指令進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)負(fù)荷需要，保持柴油機(jī)處于相應(yīng)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，是燃油系統(tǒng)的大腦中樞。它的組成包括調(diào)速器、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及安全保護(hù)裝置及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。這些機(jī)構(gòu)的共同作用保證了柴油發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行，其基本原理并不復(fù)雜，但在平時(shí)的維護(hù)保養(yǎng)中是最容易被忽視的一個(gè)環(huán)節(jié)，出問題后也最不容易找出原因。經(jīng)過分析認(rèn)為此次故障主要是這方面的原因。

3 故障排除

如圖1所示，油量控制機(jī)構(gòu)實(shí)際上是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從調(diào)速器動(dòng)作到各缸油門拉桿的執(zhí)行是通過一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞的。除此之外，還安裝了一系列獨(dú)立的安全保護(hù)機(jī)構(gòu)來保證柴油機(jī)的安全運(yùn)行。在這個(gè)復(fù)雜的機(jī)構(gòu)中，涉及到很多傳動(dòng)部件，各部件相互關(guān)聯(lián)、相互配合，各司其職，以保證柴油發(fā)電機(jī)在運(yùn)行當(dāng)中安全有效，避免各種機(jī)損事故的發(fā)生。

在柴油機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，其負(fù)荷是由調(diào)速器18來控制，使燃油系統(tǒng)的噴油量與負(fù)荷相匹配，調(diào)速器的動(dòng)作通過負(fù)荷拉桿16傳遞到軸10，同時(shí)它還可以將停車及限制功能直接傳至調(diào)節(jié)桿，而不管調(diào)速器現(xiàn)在的位置在什么地方。調(diào)節(jié)軸至高壓油泵是通過調(diào)節(jié)桿10和扭力彈簧9和11來傳送的，此彈簧以一定的預(yù)緊力壓在調(diào)節(jié)桿上。各缸扭力彈簧相互獨(dú)立，因此各油門拉桿之間互不影響，即使其中1只高壓油泵處于齒條阻塞狀況也不會(huì)影響到其他各缸。柴油機(jī)還可以通過止動(dòng)桿6來止動(dòng)，當(dāng)止動(dòng)桿6到停止位置，桿8使桿7到止動(dòng)位置。

為保證柴油發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行，該控制機(jī)構(gòu)設(shè)有2個(gè)獨(dú)立的超速保護(hù)裝置，一個(gè)是電動(dòng)氣動(dòng)式裝置，在速度超過正常轉(zhuǎn)速約15%以上脫開;另一個(gè)是機(jī)械式裝置，在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速超過正常轉(zhuǎn)速18%以上動(dòng)作。電動(dòng)氣動(dòng)式裝置可通過每個(gè)高壓油泵上的氣動(dòng)式汽缸使油門處于0位，同時(shí)此裝置還可以用手動(dòng)使其動(dòng)作。控制機(jī)構(gòu)還設(shè)有啟動(dòng)油門限制裝置，在柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)，限制油門拉桿的位置，使柴油發(fā)電機(jī)在特定油門下啟動(dòng)，避免油門過大造成柴油發(fā)電機(jī)發(fā)生事故。

為了適應(yīng)遙控控制功能，調(diào)速器還設(shè)有1個(gè)止動(dòng)電磁閥，以便通過遙控方式來使柴油機(jī)停車，此系統(tǒng)也與電動(dòng)超速保護(hù)裝置及自動(dòng)停車系統(tǒng)相連，在條件滿足情況下停車，如滑油低壓，高溫水溫度過高等。

圖1 油門控制機(jī)構(gòu)示意圖

3.1 工作原理

當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，調(diào)速器帶動(dòng)油門總拉桿轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)相應(yīng)的角度，油門總桿帶動(dòng)扭力彈簧做相應(yīng)的動(dòng)作，其中彈簧11扭力增加，彈簧9扭力減小，在扭力差的作用下，帶動(dòng)高壓油泵的油門拉桿拉出，直到彈簧11和9的預(yù)緊力重新達(dá)到平衡，各缸油門拉桿穩(wěn)定不動(dòng)。負(fù)荷減小時(shí)，動(dòng)作相反。

3.2 故障排除

初步確定本次故障原因?yàn)槿加驼{(diào)節(jié)方面后，針對(duì)本型號(hào)柴油發(fā)電機(jī)特點(diǎn)和平時(shí)管理經(jīng)驗(yàn)，以及由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的故障處理原則，采取如下方法。

首先檢查油門拉桿是否卡死，但通過對(duì)油門拉桿檢查活絡(luò)發(fā)現(xiàn)各缸油門拉桿都能自由扳動(dòng)，不存在卡死問題。接著檢查各安全限制裝置，曾有船舶因?yàn)榘踩拗撇考牟糠謩?dòng)作使主油門拉桿被頂死，導(dǎo)致負(fù)荷固定在某一位置，無法繼續(xù)增加，因此，主管輪機(jī)員檢查了各安全保護(hù)部件，如啟動(dòng)油門限制開關(guān)，最大油門限制開關(guān)等。經(jīng)過檢查，確定這些機(jī)構(gòu)都處于正常工作狀態(tài)，并未有什么異常動(dòng)作。

排除上述原因后，對(duì)調(diào)速器進(jìn)行試驗(yàn)證明調(diào)速器工作是正常的，也排除了調(diào)速器的原因。

為了確定故障原因，再次對(duì)各機(jī)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致分析，由圖1可知，該機(jī)構(gòu)為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從調(diào)速器到各缸油門拉桿是經(jīng)過2次傳動(dòng)到達(dá)，如果傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)出現(xiàn)問題，使傳動(dòng)過程滯后或不能到達(dá)，也同樣會(huì)導(dǎo)致這樣的故障，于是對(duì)傳動(dòng)節(jié)進(jìn)行仔細(xì)檢查，并和其他2臺(tái)正常運(yùn)行的柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的比較，首先從調(diào)速器到主油門調(diào)節(jié)軸13之間的負(fù)荷拉桿及負(fù)荷拉桿與調(diào)節(jié)軸13之間的連接處進(jìn)行檢查，通過試驗(yàn)，其狀況良好;接著檢查調(diào)節(jié)軸13與各缸油門拉桿之間的傳動(dòng)，它們之間是通過調(diào)節(jié)拉桿10和扭力彈簧9和11進(jìn)行傳動(dòng)，并分別控制油門拉桿的增加和減小，在對(duì)其檢查中，主管輪機(jī)員發(fā)現(xiàn)No.2柴油發(fā)電機(jī)油門調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中拉動(dòng)各缸油門桿的扭力彈簧臟污嚴(yán)重，表面油泥很多，經(jīng)分析，主管人員認(rèn)為，在此機(jī)構(gòu)中，扭力彈簧通過自身扭動(dòng)產(chǎn)生力矩帶動(dòng)各缸油門拉桿，其自身產(chǎn)生扭動(dòng)時(shí)，各匝彈簧之間間距會(huì)根據(jù)承受負(fù)荷做相應(yīng)減小或增大，其中彈簧9控制油門拉桿刻度減小，彈簧11控制油門拉桿刻度增加，2個(gè)彈簧的扭動(dòng)方向相反，如果柴油發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行在450 kW負(fù)荷左右，扭力彈簧則長(zhǎng)期處在此范圍內(nèi)工作，雖然在此范圍內(nèi)能夠正常運(yùn)行，但油泥在彈簧各匝之間聚集，使得負(fù)荷進(jìn)一步增加或減小時(shí)，彈簧9和11被油泥卡死，各自無法產(chǎn)生相應(yīng)的變形來改變預(yù)緊力，無法產(chǎn)生相應(yīng)的扭力差來帶動(dòng)各缸油門拉桿，使調(diào)節(jié)軸卡在某一位置無法動(dòng)作，因此當(dāng)調(diào)速器根據(jù)負(fù)荷做出增加負(fù)荷的動(dòng)作時(shí)，各缸無法產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)，造成負(fù)荷無法即時(shí)增加而超負(fù)荷跳電，因此主管輪機(jī)員認(rèn)為可能是這里的原因，于是對(duì)彈簧9和11進(jìn)行了仔細(xì)清潔，清除表面以及積在彈簧縫隙里的油泥，加潤(rùn)滑油進(jìn)行活絡(luò)，使其處于良好的狀態(tài)。經(jīng)過清潔，再對(duì)柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象消失。

綜上所述，本次柴油發(fā)電機(jī)在負(fù)荷突增時(shí)發(fā)生跳電的故障現(xiàn)象，其原因是由于帶動(dòng)各缸油門拉桿的扭力彈簧各匝之間油泥的堆積使得扭力彈簧在受力時(shí)各匝之間無法產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，從而無法產(chǎn)生足夠的扭力拉動(dòng)各缸油門拉桿。因此當(dāng)調(diào)速器動(dòng)作時(shí)，各缸無法產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)，造成負(fù)荷無法即時(shí)增加，在負(fù)荷突增時(shí)產(chǎn)生跳電的現(xiàn)象。

4 總結(jié)

本次故障現(xiàn)象提醒我們，在對(duì)柴油發(fā)電機(jī)的管理過程中，雖然柴油發(fā)電機(jī)油門拉桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有特別復(fù)雜的原理，但我們?nèi)詰?yīng)該對(duì)油門調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)予以足夠的重視，在日常的維護(hù)當(dāng)中應(yīng)對(duì)各機(jī)構(gòu)多加檢查，清除油泥，保持各機(jī)械部件的清潔潤(rùn)滑，從而使各機(jī)械部件處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，避免因此造成柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷不能即時(shí)增加而引起跳電故障的發(fā)生。

同時(shí)，我們應(yīng)該對(duì)柴油發(fā)電機(jī)各系統(tǒng)做進(jìn)一步的了解，掌握各機(jī)構(gòu)的作用及其正常工作的條件，尤其是一些小的機(jī)構(gòu)，也需要細(xì)致了解其所起的作用。對(duì)任何小機(jī)構(gòu)的忽略都可能使我們?cè)谔幚砟撤N故障現(xiàn)象時(shí)走彎路，造成人力物力的浪費(fèi)。

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