TBD620型柴油機轉(zhuǎn)速監(jiān)測異常故障分析

在船舶推進機組系泊試驗過程中，柴油機轉(zhuǎn)速是一個非常重要的測量參數(shù)。轉(zhuǎn)速監(jiān)測系統(tǒng)對柴油機保持穩(wěn)定運行動態(tài)提供重要的保證，當(dāng)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)異常時，不僅影響船舶推進機組性能，甚至可能發(fā)生柴油機超速、飛車等嚴重事故。當(dāng)柴油機發(fā)生此類故障現(xiàn)象時，應(yīng)盡快查明原因、排除故障，以確保柴油機運行處于正常狀態(tài)。一、故障現(xiàn)象某船TBD620型柴油機推進機組進入修船廠車間修理、調(diào)試，完成臺架試驗后入艙回裝，在系泊試驗階段，發(fā)現(xiàn)柴油機在低速運行時，集控室和駕控臺的指針式轉(zhuǎn)速表與集控室電子表顯示的轉(zhuǎn)速存在約100r／min的偏差；當(dāng)柴油機高速運行時，3個轉(zhuǎn)速表顯示轉(zhuǎn)速又恢復(fù)一致。此故障現(xiàn)象反復(fù)重現(xiàn)，將柴油機調(diào)速到650r／min怠速時，使用頻閃測速儀檢測柴油機主軸實際轉(zhuǎn)速，確認集控室電子表顯示轉(zhuǎn)速與柴油機實際轉(zhuǎn)速基本一致，而集控室和駕控臺的指針式轉(zhuǎn)速表顯示轉(zhuǎn)速明顯高于實際轉(zhuǎn)速。二、轉(zhuǎn)速監(jiān)測系統(tǒng)工作原理TBD620型柴油機轉(zhuǎn)速監(jiān)測系統(tǒng)是由轉(zhuǎn)速傳感器、信號變換模塊、集控式電腦(ECU)、轉(zhuǎn)速表、轉(zhuǎn)速測速模塊等裝置組成，由轉(zhuǎn)速傳感器采集柴油機飛輪齒數(shù)并轉(zhuǎn)換輸出脈沖信號，脈沖信號經(jīng)各種變換模塊轉(zhuǎn)換為其他制式電信號，分別接人轉(zhuǎn)速表、ECU、調(diào)速器等裝置以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速顯示、計算、控制、報警等功能。TBD620型柴油機轉(zhuǎn)速監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。圖1中f為頻率信號，U為電壓信號。該系統(tǒng)有3個獨立轉(zhuǎn)速監(jiān)測線路，1﹟轉(zhuǎn)速傳感器通過WS1528模塊接人機旁控制箱轉(zhuǎn)速表，2﹟轉(zhuǎn)速傳感器通過WS1528模塊和WS15272模塊分別接入轉(zhuǎn)速測速模塊、集控室轉(zhuǎn)速表、駕控臺轉(zhuǎn)速表，3﹟轉(zhuǎn)速傳感器直接接入電子調(diào)速器。轉(zhuǎn)速傳感器安裝在柴油機飛輪端一側(cè)，它能感應(yīng)到飛輪齒數(shù)并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的頻率信號(頻率=轉(zhuǎn)速×飛輪齒數(shù)／60)。WS1528模塊全稱是全隔離頻率信號變換端子，其將轉(zhuǎn)速傳感器送來的頻率信號(0～10kHz)經(jīng)過頻率／電壓轉(zhuǎn)換電路、放大電路，輸出符合轉(zhuǎn)速表輸入的電壓信號(0~10V)。WS15272模塊全稱是全隔離雙輸出脈沖／脈沖變換端子，其將轉(zhuǎn)速傳感器送來的頻率信號(0～10kHz)經(jīng)過隔離變換元件，輸出符合集控臺ECU采集的頻率信號(0~10kHz)。轉(zhuǎn)速測速模塊實際上是一個直流電壓信號報警設(shè)定器，根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速參數(shù)預(yù)設(shè)報警電壓值，當(dāng)由變換模塊送來的電壓等于或超過預(yù)設(shè)值時，繼電器輸出觸點閉合，從而觸發(fā)安保系統(tǒng)報警或停機。三、故障原因分析根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速監(jiān)測系統(tǒng)工作原理，導(dǎo)致柴油機轉(zhuǎn)速監(jiān)測顯示異常的可能原因如下。1)轉(zhuǎn)速表故障。指針式轉(zhuǎn)速表經(jīng)過長時間使用，可能存在內(nèi)部電子器件老化或機械部件磨損的情況，導(dǎo)致指針顯示不準確。2)轉(zhuǎn)速傳感器故障。轉(zhuǎn)速傳感器安裝位置在飛輪端一側(cè)，長期處于高溫、震動、油污等較為惡劣的工作環(huán)境，使用壽命相對較短，容易發(fā)生老化、松動、甚至損壞現(xiàn)象。3)信號變換模塊故障。信號變換模塊屬于較為精密的電子器件，電源波動或者信號超限接入很容易發(fā)生模塊損壞或者精度下降，導(dǎo)致測速異常。4)線路故障。整個轉(zhuǎn)速監(jiān)測系統(tǒng)連接多個機艙設(shè)備，走線跨度較大，端口接點較多，容易發(fā)生電線老化、斷裂，接口觸點氧化等現(xiàn)象。四、故障排查過程通過對上述故障原因的分析，按照先簡單后復(fù)雜、先外部后內(nèi)部的原則，有順序有步驟地進行電氣檢查、分析及判斷。逐一驗證檢查結(jié)果是否正常，具體排查步驟如下。1)拆卸各路轉(zhuǎn)速表至車間進行檢查、校驗，功能及量值測量正常，用新轉(zhuǎn)速表替換顯示異常的轉(zhuǎn)速表進行試驗，故障現(xiàn)象仍然存在。2）集控室電子轉(zhuǎn)速表與指針式轉(zhuǎn)速表顯示轉(zhuǎn)速不一致，這2個顯示信號均來自2﹟轉(zhuǎn)速傳感器，因此判斷2﹟轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速監(jiān)測線路存在問題，為進一步確認，先對信號源開始排查，拆卸轉(zhuǎn)速傳感器進行測量，各點內(nèi)阻值均在正常范圍內(nèi)。3)WS1528和WS15272模塊實物圖見圖2，模塊管腳、功能圖見圖3。依次拆卸2個模塊，使用信號發(fā)生器模擬轉(zhuǎn)速傳感器信號，按照圖3連接試驗，試驗得出測量數(shù)據(jù)見表1。從表1可以看出，WS1528模塊在低頻（低速)段的輸出電壓明顯存在非線性正偏差，該現(xiàn)象與前面所提轉(zhuǎn)速顯示異常問題相關(guān)度較高，所以判斷WS1528模塊已經(jīng)損壞。4)更換新的wSl528模塊后，重新啟動柴油機，集控室和駕控臺的轉(zhuǎn)速表顯示轉(zhuǎn)速與集控室電子表顯示轉(zhuǎn)速一致，也與頻閃測速儀測得主軸轉(zhuǎn)速基本一致，由此可以判定WS1528模塊損壞是導(dǎo)致轉(zhuǎn)速顯示異常的原因。但是，在柴油機停機后，發(fā)現(xiàn)集控室和駕控臺的轉(zhuǎn)速表仍顯示450r／min的轉(zhuǎn)速，這是新產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速異常顯示問題。五、對新問題的思考和排查針對新的轉(zhuǎn)速異常顯示問題，分析如下：①新更換的WS1528信號變換模塊是否損壞；②2﹟轉(zhuǎn)速監(jiān)測線路是否存在其它故障點或損壞的器件。針對以上分析進行排查，具體過程如下。1)重新拆卸新更換的信號變換模塊，再次使用信號發(fā)生器模擬轉(zhuǎn)速傳感器信號，對模塊的輸入信號對應(yīng)輸出信號進行測試，結(jié)果表明模塊工作正常，排除WS1528模塊被再次損壞的可能性。2)為了更好排查該2﹟轉(zhuǎn)速監(jiān)測線路存在的問題，需要檢測線路中器件的電路狀態(tài)。因此將新、舊WS1528模塊分別回裝，在不同條件下，對2﹟線路各器件引腳電壓進行測量，測量結(jié)果見表2。3)分析表2，“序號1”項測得電壓為1.68V,通過轉(zhuǎn)速關(guān)系式（頻率=轉(zhuǎn)速×飛輪齒數(shù)/60)，可以計算其對應(yīng)轉(zhuǎn)速數(shù)值。已知TBD620型柴油機最大功率轉(zhuǎn)速為1860r/min，飛輪齒盤為218齒，根據(jù)WS1528模塊輸人頻率信號與輸出電壓信號的對應(yīng)關(guān)系,輸出電壓為輸入頻率的1/1000，所以WS1528模塊輸出電壓1.68V時轉(zhuǎn)速為462r/min,與集控室轉(zhuǎn)速表讀數(shù)450r/min基本相符，說明與新產(chǎn)生轉(zhuǎn)速異常顯示問題相關(guān)。4)對比表2中“序號1”和“序號4”項，當(dāng)斷開WS1528模塊與轉(zhuǎn)速測速模塊1、3引腳的連接時，電壓為0，集控室轉(zhuǎn)速表指針歸零，所以確定到轉(zhuǎn)速表的電壓是由轉(zhuǎn)速測速模塊1、3引腳引入。5）對比表2“序號1、2、3”項，將新、舊wS1528模塊輸入輸出阻抗進行對比測量,發(fā)現(xiàn)2個模塊的內(nèi)阻差別較大。將上述2個模塊的使用情況反饋廠家，廠家確認了以下2點:①由于產(chǎn)品迭代，新WS1528模塊內(nèi)部采用數(shù)字量工藝，而舊WS1528模塊內(nèi)部采用模擬量工藝，所以2個模塊內(nèi)部阻抗不一樣;②轉(zhuǎn)速測速模塊接入系統(tǒng)對系統(tǒng)接地工藝要求較高，接地不良會造成輸入端1、3引腳產(chǎn)生一定電壓。至此，更換WS1528模塊后，停機時產(chǎn)生450r/min轉(zhuǎn)速，找到了問題根源。六、改進措施及測試結(jié)果經(jīng)過上述故障分析與排查，排除此次轉(zhuǎn)速顯示異常故障，除更換已損壞WS1528模塊外，還需解決系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速測速模塊1、3引腳產(chǎn)生電壓的影響,同時要保證WS1528模塊向轉(zhuǎn)速測速模塊提供有效電壓信號。為滿足以上要求,決定在線路上加裝一個0~10V直流電壓隔離模塊，使得接入該模塊前、后的電路阻抗不產(chǎn)生相互影響，并最大程度優(yōu)化系統(tǒng)線路接地工藝。為確認改進效果，將直流電壓隔離模塊串聯(lián)在WS1528模塊與轉(zhuǎn)速測速模塊之間，然后系統(tǒng)通電試驗，發(fā)現(xiàn)集控室轉(zhuǎn)速表指針歸零，轉(zhuǎn)速顯示異常故障排除。再次對該TBD620型柴油機進行系泊試驗，轉(zhuǎn)速監(jiān)測系統(tǒng)工作正常，各線路的轉(zhuǎn)速顯示基本一致，超速模擬試驗正常觸發(fā)超速保護功能。在后續(xù)航行試驗過程中，該TBD620型柴油機運行正常，各項指標符合使用要求，也符合海軍修理技術(shù)標準的要求。七、結(jié)束語TBD620型柴油機發(fā)生轉(zhuǎn)速監(jiān)測異常故障是較常見的，其產(chǎn)生原因大部分來