船用柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速不穩(wěn)的分析處理

針對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速不穩(wěn)容易引起燃燒不良的惡性循環(huán),影響其他設(shè)備的工作,甚至“跳電”等事故,通過對(duì)可引起發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)的燃油供給、電控單元、電磁信號(hào)發(fā)生器等的檢查分析,消除故障。強(qiáng)調(diào)隨著電控系統(tǒng)被廣泛用于船舶的設(shè)備中,管理人員應(yīng)加強(qiáng)電控系統(tǒng)知識(shí)的培訓(xùn);分析故障時(shí)應(yīng)細(xì)心,注意細(xì)節(jié)問題;嚴(yán)格按規(guī)范要求操作,避免事故發(fā)生。一、故障現(xiàn)象某散裝貨船在開往目的港裝貨的途中,值班人員發(fā)現(xiàn)其配備的2#發(fā)電柴油機(jī)組轉(zhuǎn)速表波動(dòng)明顯,負(fù)責(zé)管理的輪機(jī)員檢查燃油管路未見異常,調(diào)節(jié)儀表板上“增益控制調(diào)整”旋鈕,減少增益后,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動(dòng)的程度不變,為避免引起其他事故,馬上恢復(fù)原狀。為了不影響到港裝貨供電的要求,決定啟用備用發(fā)電機(jī)組,組織人力對(duì)2#發(fā)電柴油機(jī)組的故障進(jìn)行診斷。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常情況下,發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速穩(wěn)定,即使負(fù)載發(fā)生變化,在EFC電子調(diào)速器的作用下,很快就可恢復(fù)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。轉(zhuǎn)速的不穩(wěn)定,不僅因EFC電子調(diào)速器輸入信號(hào)的頻繁變化。經(jīng)SCB中央處理單元分析、比較后,發(fā)現(xiàn)輸出控制信號(hào)使受控的閉式執(zhí)行器動(dòng)作過于頻繁,導(dǎo)致進(jìn)入氣缸的空燃比達(dá)不到要求,使燃燒惡化,進(jìn)而導(dǎo)致排氣溫度升高,潤滑油溫度升高,不完全的燃燒產(chǎn)物污染環(huán)境,甚至渦輪增壓器發(fā)生“喘振”。同時(shí),對(duì)由于轉(zhuǎn)速變化引起頻率的波動(dòng),對(duì)船舶的自動(dòng)控制設(shè)備也有影響,嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致并車運(yùn)行的柴油發(fā)電機(jī)因不同步而“跳電”,造成嚴(yán)重的機(jī)損事故。二、原因分析該船配備由重慶康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司生產(chǎn)的NT柴油發(fā)電機(jī)組。此柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是高速四沖程發(fā)動(dòng)機(jī),額定轉(zhuǎn)速達(dá)到1800r/min。經(jīng)查詢,該發(fā)電機(jī)組在工作過程中,除了轉(zhuǎn)速表波動(dòng)厲害,主配電板的頻率指示表也跟著波動(dòng),檢查潤滑油溫度/壓力、冷卻水溫度見表1。各缸的排氣溫度相差不大,滿足產(chǎn)家要求,也未發(fā)現(xiàn)異響、過熱、燃油泄露等其他報(bào)警信號(hào)。由此可判斷該故障是由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)引起的。導(dǎo)致該故障的原因可能是:燃油系統(tǒng)故障、調(diào)速器的輸入信號(hào)不穩(wěn)定、EFC的調(diào)速控制板工作不良、調(diào)速板的增益旋鈕調(diào)整不對(duì)或性能不佳等。1、檢查燃油系統(tǒng)燃油的供給控制,康明斯PT(G)型燃油泵將油從油箱→濾器→齒輪泵→EFC電子調(diào)速器的執(zhí)行器→電磁閥→氣缸蓋內(nèi)部進(jìn)油油道→噴油器→回油管;管道流動(dòng)的是低壓燃油?？得魉箛娪推饔啥〞r(shí)凸輪、挺桿、推桿、搖臂組件、噴油器連接桿依次動(dòng)作,當(dāng)某缸的定時(shí)凸輪轉(zhuǎn)到氣缸處于進(jìn)氣沖程初期和壓縮沖程末期的凸輪沿時(shí),噴油器連接桿受壓作用在柱塞上的力小于恢復(fù)彈簧的預(yù)緊力,使噴油器的柱塞上移,噴油器杯通過進(jìn)油孔→內(nèi)部油道→噴油器杯→止回球閥→回油管道,接受來自康明斯PT(G)燃油系統(tǒng)的低壓燃油;當(dāng)該缸的處于從壓縮沖程末,柱塞受來自連接桿的作用力大于恢復(fù)彈簧的預(yù)緊力與噴油器杯燃油壓力的合力,柱塞下移蓋住進(jìn)油口,并產(chǎn)生沖擊壓力波使止回球閥關(guān)閉,噴油器油杯中截留一定壓力的燃油。隨著柱塞的下移,燃油被噴入燃燒室,同時(shí),回油口被打開,球閥座被抬起,燃油便自由地流過噴油器進(jìn)入回油管,對(duì)噴油器進(jìn)行冷卻,同時(shí)排出噴油器杯中的氣體,實(shí)現(xiàn)對(duì)燃油定量、定時(shí)控制。同時(shí)供油量是EFC電子調(diào)速器的控制,調(diào)速器根據(jù)傳感器從發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪側(cè)獲得速信號(hào),經(jīng)過內(nèi)部的整形、運(yùn)算、比較后,輸出信號(hào)控制常閉執(zhí)行器的開度。一旦因外界負(fù)荷增大,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降,常閉執(zhí)行器開度按低、中、高三種開度增大,使供油量多,進(jìn)入氣缸蓋內(nèi)部進(jìn)油道的燃油密度增大,由噴油器噴入氣缸的燃油增多,反之減少,滿足不同工況供油的需要。由此可知,燃油系統(tǒng)的檢查重點(diǎn)應(yīng)放在濾器、調(diào)速器的執(zhí)行器、電磁閥、噴油器上。通過對(duì)燃油泵前的濾器拆洗檢查,濾器不臟;電磁閥加12V電源檢查發(fā)現(xiàn)動(dòng)作到位;排除兩者引起故障的可能。檢查調(diào)速器的電子執(zhí)行器,取下該執(zhí)行器的電源接線和螺栓,擰轉(zhuǎn)執(zhí)行器并將其從殼體中拉出,發(fā)現(xiàn)執(zhí)行器處于關(guān)閉狀態(tài),從執(zhí)行器中取下3個(gè)“O”型環(huán),在執(zhí)行器上加12V電源,電磁線圈得電產(chǎn)生的磁場(chǎng)力克服彈簧力使執(zhí)行器軸移動(dòng)碰到內(nèi)部檔快時(shí),內(nèi)部發(fā)出“咔嚓”聲,斷開接線電源,磁場(chǎng)力消失,彈簧力使軸恢復(fù)原位,也發(fā)出“咔嚓”聲,說明執(zhí)行器內(nèi)部部件無“卡阻”現(xiàn)象,燃油供給線路通暢,工作應(yīng)該沒問題。執(zhí)行器的安裝要注意,3個(gè)“O”型環(huán)換新并涂上潤滑油后,將執(zhí)行器插入燃油泵的殼體中,當(dāng)執(zhí)行器法蘭離油泵殼體約9.5mm時(shí),利用手掌把執(zhí)行器推入并轉(zhuǎn)30°,直到執(zhí)行器法蘭碰到油泵殼體為止。裝入3個(gè)螺栓,擰緊后,按順序用扳手分兩步上緊,第一步用2.8N·m上緊,第二步用5.6N·m上緊。再一次接上和斷開12V電源,聽到內(nèi)部發(fā)出“咔嚓”聲,安裝完成。從檢查的結(jié)果看,執(zhí)行器沒問題。由于船上沒有配備噴油器的檢測(cè)裝置,故將所有的噴油器用新配件更換后,重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),故障未能消除。2、檢查調(diào)速控制部分康明斯柴油發(fā)電機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)包括電子調(diào)速板、測(cè)速信號(hào)發(fā)生器、電子執(zhí)行器。當(dāng)柴油機(jī)飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí),測(cè)速信號(hào)發(fā)生器根據(jù)飛輪齒圈與探頭之間間隙的變化,引起穿過磁頭鐵心線圈的磁場(chǎng)的變化,從而產(chǎn)生脈沖的電壓信號(hào),電壓值超過1.5V(AC),此電壓值輸送到電子調(diào)速板,若轉(zhuǎn)速低于電子調(diào)速板的預(yù)先設(shè)定值,電子調(diào)速板輸出到電子執(zhí)行器的電壓升高,則PT油泵的供油量隨之增加,使柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到電子調(diào)速板的預(yù)先設(shè)定值。1)電子調(diào)速板。本柴油發(fā)電機(jī)組采用3044196電子調(diào)速板,此調(diào)速板由美國BARBER-COLMAN生產(chǎn)。一般情況下,控制部分的集成電路板有保護(hù)環(huán)節(jié),其損壞幾率小;而增益調(diào)節(jié)在出廠時(shí)也調(diào)到最佳值,并標(biāo)出記號(hào),出錯(cuò)的機(jī)會(huì)也少;故檢查重點(diǎn)放在12V電源、連接線頭和傳感信號(hào)發(fā)生器和電子執(zhí)行器上。打開控制箱門,發(fā)現(xiàn)各接線頭沒有松動(dòng)的痕跡,箱內(nèi)導(dǎo)線也未見磨損;用萬用表檢查調(diào)速板的1#、2#端子接線檢查供電電壓,其電壓達(dá)到12.5V,滿足正常工作的要求,排除故障的可能。2)測(cè)速信號(hào)發(fā)生器。測(cè)速信號(hào)發(fā)生器的線圈,用萬用表歐姆檔對(duì)線圈的兩個(gè)接線端子進(jìn)行檢測(cè),阻值為240Ω。按廠家要求,該線圈阻值一般為100～300Ω,接線端子與測(cè)速磁頭的殼體絕緣,發(fā)現(xiàn)絕緣良好。3)電子執(zhí)行器:電子執(zhí)行器是一個(gè)伺服的直流電機(jī),由電子調(diào)速器根據(jù)測(cè)速信號(hào)發(fā)生器的檢測(cè)信號(hào),經(jīng)內(nèi)部整形、比較后,輸出控制直流電壓加在電磁線圈的端電壓,發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí),電子調(diào)速板輸給電子執(zhí)行器的電壓值一般為6～8V(DC),此電壓值會(huì)隨負(fù)載的增加而增加,滿載時(shí),一般為12～13V(DC)。使用萬用表歐姆檔對(duì)線圈的兩個(gè)接線端子進(jìn)行檢測(cè),阻值一般為7～8Ω,符合維修手冊(cè)的要求。通過上述檢測(cè),沒有發(fā)現(xiàn)故障。再次啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),用萬用表的示波器檢查空載時(shí),機(jī)側(cè)控制箱接線端13#、14#的信號(hào)發(fā)生器的輸出電壓,發(fā)現(xiàn)其幅值波動(dòng)明顯,按廠家要求是輸出1.5V(AC)以上,達(dá)不到廠家的要求。拆下信號(hào)發(fā)生器的接線,旋出該傳感器,發(fā)現(xiàn)傳感頭上附有一層近似油泥狀的附著物,用柴油和刷子清除下傳感頭的雜物,用磁鐵吸附剩下的雜物,發(fā)現(xiàn)其中有金屬碎屑。原來是傳感頭與齒圈之間存在金屬雜質(zhì),改變了信號(hào)發(fā)生器金屬探頭與飛輪齒圈間的磁阻,使在飛輪齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程,穿過傳感線圈的磁通量變化率發(fā)生變化,在傳感線圈產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)變化。即信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)的變化。電子調(diào)速板接受受干擾的電磁信號(hào)后,輸出信號(hào)控制電子執(zhí)行單元,使供油的通道變化,供油量與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不相配,從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)速的波動(dòng)。清洗傳感頭后,再次檢查其線圈的電阻和絕緣情況,未發(fā)現(xiàn)異常。按要求安裝傳感器,首先盤車,觀察飛輪齒圈的齒頂表面情況,對(duì)臟的齒頂表面及螺紋孔清潔后,盤車將飛輪的任意一個(gè)齒的齒頂中心,盤到測(cè)速信號(hào)發(fā)生器安裝孔的圓心處,然后將清潔好的測(cè)速信號(hào)發(fā)生器輕輕旋入,測(cè)速磁頭接觸到齒后,再反時(shí)針旋回1/2～3/4圈,最后用螺母緊固好測(cè)速磁頭。啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),再次檢查信號(hào)發(fā)生器的輸出電壓,此時(shí)發(fā)現(xiàn)指示值基本不變,轉(zhuǎn)速表也基本穩(wěn)定,負(fù)載運(yùn)行,隨著負(fù)載的增加,其轉(zhuǎn)速都能基本保持穩(wěn)定,表明問題得到了解決。三、結(jié)論為適應(yīng)環(huán)保日益嚴(yán)格的要求,船舶的動(dòng)力設(shè)備和輔助設(shè)備越來越多地使用電子控制技術(shù),這對(duì)機(jī)艙管理人員提出了更高的要求:1)對(duì)故障的分析不要局限在機(jī)械方面,多考慮一下磁、電方面的影響。如接線柱的松動(dòng)會(huì)影響電路的工作和信號(hào)的傳遞;傳感頭附著金屬碎屑,會(huì)引起電磁信號(hào)的變化等,極易引發(fā)事故。2)控制精度高,對(duì)安裝要求更嚴(yán)格,操作時(shí)要按規(guī)范要求操作,避免設(shè)備的損壞或?qū)е缕渌鹿省?)對(duì)于控制精度高的