淺析船舶主機Alpha電子氣缸注油器故障實例

Alpha電子氣缸注油器系統(tǒng)從上世紀(jì)末研發(fā)推廣至本世紀(jì)初，已普遍應(yīng)用于現(xiàn)代船舶柴油機上，取代了傳統(tǒng)的機械式氣缸注油器。由于它的注油頻率與主機轉(zhuǎn)速是正比例關(guān)系，而柴油機的功率與轉(zhuǎn)速是三次方正比例關(guān)系，從而很難按實際工況的變化比較柔和地調(diào)節(jié)注油率。與其相比，電子氣缸注油器系統(tǒng)的主要特點是由液壓驅(qū)動和電子控制，供油數(shù)量無級調(diào)節(jié)精確方便，準(zhǔn)確的噴油定時，恒定的注油壓力，按照進(jìn)入氣缸的燃油中所含硫量成百分比例和機器負(fù)荷二個原則來設(shè)定最佳氣缸油的精確供應(yīng)量，以細(xì)小微粒狀噴射，更加完美均勻布油在缸套四周，柔和的控制在確保滿足基本良好氣缸壁潤滑需要的條件下明顯減少氣缸油過多消耗，降低氣缸套單位時間的磨損量，能有效節(jié)約昂貴的氣缸油。在世紀(jì)交替之際建造的船舶主機上，廣泛應(yīng)用Alpha氣缸注油器，有些船東在早期船舶主機已有機械式注油器的基礎(chǔ)上，改加裝一套Alpha電子注油器以節(jié)省氣缸油消費。Alpha電子氣缸注油器系統(tǒng)基本組成單元簡圖如圖1。ALCU-Alpha注油器控制單元箱內(nèi)有三部分組成：1、MCU-主控制單元執(zhí)行正常運行。

2、BCU-備用控制單元在主控制單元萬一發(fā)生電故障時將自動從主控單元控制方式轉(zhuǎn)至備用控制單元控制并同時發(fā)出警報。3、SBU-將全部電信號從主控單元傳至備用控制單元。HMIpanel:人機界面控制板安裝于機艙集控室控制臺上，執(zhí)行給予警報信息、供油比例調(diào)節(jié)、啟動主機前的檢查等控制。Encoder：安裝在主機曲軸前端用于主控單元計算氣缸油正確噴油定時。Indextransmitter：連接在主機油門桿上用于主控單元計算主機負(fù)荷等。BCUpickupbox：安置在主機飛輪旁一組脈沖傳感器是用于萬一主控單元故障時而觸發(fā)備用單元啟動。Pumpstation:使氣缸油增壓達(dá)40～50bar，由Alpha注油器控制單元控制在高壓狀態(tài)下進(jìn)行注油。LS輪主機型號HHM-MANB&W7S60MC-C，最大持續(xù)功率（MCR）22651.26BHP-105RPM,持續(xù)服務(wù)功率（NCR）20386.13BHP-101.4RPM,配置MANB&WDIESEL制造的ALPHA電子氣缸注油器：每缸只設(shè)一組注油器，每只注油器設(shè)一個電磁閥，一個驅(qū)動活塞，六個注油器柱塞泵；柱塞泵柱塞直徑為3.5mm，沖程15mm，注油容量0.84cm3/沖程，六個注油管以及連接到氣缸壁上的單向止回閥。該輪是一艘新出廠仍然在保修期內(nèi)的集裝箱船，在實際應(yīng)用中所遇故障和消除，各種設(shè)備難免在磨合階段出現(xiàn)些許問題，而且每缸只安裝一個注油器，發(fā)生故障時,非常緊迫。一旦故障報警，主機自動減速后，需要停車進(jìn)行檢修，不如主機每缸有雙注油器來得安心。當(dāng)一個注油器發(fā)生故障報警，主機自動減速，同時另一個注油器會自動加大一倍注油量供油，可以在不停主機情況下，只需關(guān)閉注油器進(jìn)口閥來進(jìn)行檢修，待故障排除后，即可恢復(fù)正常工作狀態(tài)。主機備車時，在HMI控制板上手動啟動【pump1】或【pump2】油泵檢查核實本系統(tǒng)正常狀態(tài)，通過使用【↑】【↓】鍵可查看油壓，油溫，故障代碼等參數(shù)。觀察油壓應(yīng)達(dá)約45bar(報警值為35bar)，氣缸潤滑油溫度，正常值：30℃～60℃，70℃為報警值。系統(tǒng)故障試驗：按下【Prelub】按鈕，泵站立刻投入運行，注油器將氣缸油分別注入每一個單元氣缸12次，（每當(dāng)主機停車時間較長，可將鼓風(fēng)機AUTO轉(zhuǎn)至STOP再轉(zhuǎn)回AUTO可實現(xiàn)一個預(yù)潤滑注油12次的循環(huán)）。首先機器在啟動前給予各氣缸套預(yù)先潤滑，其次如HMI控制板上沒有出現(xiàn)任何警報，證明系統(tǒng)正常一切準(zhǔn)備就緒。在主機啟動前輔助鼓風(fēng)機不管駕駛臺/集控室自動/手動控制或機旁現(xiàn)場控制只要輔助鼓風(fēng)機啟動時，電子氣缸注油器預(yù)潤滑將被激活自動投入工作，此時【Prelub】按鈕已失去效能。在HMI人機控制面板上控制開關(guān)應(yīng)放在自動位置“AUTO”,系統(tǒng)默認(rèn)由“MCU”主控制單元執(zhí)行正常運行方式控制，萬一“MCU”發(fā)生故障時將自動從主控單元控制方式轉(zhuǎn)至“BCU”備用控制單元控制并在面板上“BCU控制”燈亮同時發(fā)出警報聲，假如HMI人機控制面板上控制開關(guān)僅僅放在“MCU”或“BCU”任一方式下只是受控于各自的系統(tǒng)，一旦自己的系統(tǒng)發(fā)生故障，只能給出本系統(tǒng)故障報警且主機自動減速。在管理中應(yīng)按需及時調(diào)節(jié)供油比例，如新出廠主機在磨合階段根據(jù)說明書運行小時要求需逐漸減少氣缸油供油比例，當(dāng)檢修更換新活塞令或新缸套時也需重新調(diào)整增加和減少合適的氣缸油供油比例。在HMI控制面板上按【↓】鍵至顯示為【F.rate】→按【enter】鍵→選擇所需調(diào)整缸單元按【↓、↑】鍵進(jìn)行供油量調(diào)節(jié)、保存即可。同樣當(dāng)本系統(tǒng)檢測到任何緊急或非緊急警報時，在機艙內(nèi)同時出現(xiàn)聲光警報，在HMI控制面板上會顯示相應(yīng)的警報地址代碼，查看警報詳細(xì)故障內(nèi)容來實施處理。當(dāng)注油器發(fā)生故障時，我們可以通過在集控室控制臺上HMI人機對話面板醒目地顯示警報信息來查出某單元注油器故障報警代碼，不管是雙、單個注油器都依次被編為兩個號碼來代表一個單元缸，本輪每單元缸是單個注油器，只用單數(shù)1、3、5、7、9、11、13來表示，當(dāng)顯示LAL13代表NO.7單元缸注油器發(fā)生故障。其中故障現(xiàn)象分為檢測中間連接盒上反饋指示燈常亮和不亮的基本方法，可以通過拔掉注油器的接線插頭來確認(rèn)，假如指示燈不亮說明注油器故障可能有卡住現(xiàn)象需要解體檢修，如果指示燈常亮使得反饋感應(yīng)器始終有信號，應(yīng)檢查電纜，接線是否有松動或短路、斷路以及包括電磁閥，電磁閥繞組阻值為18～22歐姆，當(dāng)檢查正常后故障有可能出在反饋感應(yīng)器或注油器上。該輪在出廠不久一次海上航行中，主機自動減速氣缸注油器故障警報，通過HMI控制板顯示LAL13代碼從而獲知是NO.7單元注油器系統(tǒng)故障，隨后不久由MCU自動轉(zhuǎn)為BCU控制，主機NO.7缸注油器下方中間連接盒上綠色LED亮暗異常，為了確認(rèn)故障所在，按說明書檢查方法將注油器上電線插頭脫開，發(fā)現(xiàn)中間連接盒上綠色LED指示燈不亮，根據(jù)說明書所示故障是在注油器本體部分，要求停主機，更換備用注油器后主機恢復(fù)正常運行，隨后將拆下的注油器進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)在注油器傳動活塞和注油柱塞機械機構(gòu)中有一些細(xì)小金屬顆粒垃圾，而實際上它的工作條件是屬于比較好的，在氣缸油質(zhì)量保證前提下是不太會發(fā)生卡住現(xiàn)象，分析應(yīng)該是在新裝機期間遺留在輸油管系中，靠妥碼頭后采取措施，將注油器輸油管系進(jìn)行徹底清洗吹凈，泵站油柜和濾器清潔，發(fā)現(xiàn)在油柜內(nèi)底部仍有些許相同的細(xì)小金屬顆粒垃圾并清潔干凈，在以后近一年的使用中此類相同故障再也沒有發(fā)生過。所以像這一故障在新安裝油管等整個系統(tǒng)時必須確保干凈千萬不能混入雜質(zhì)垃圾。另一例氣缸注油器故障與以上類同是在本體上，而不同的是出在連接線和電磁閥部分，出現(xiàn)時有時無故障警報，航行中主機自動減速警報，通過HMI控制板顯示LAL7代碼從而獲知是NO.4單元缸注油器系統(tǒng)故障，由MCU自動轉(zhuǎn)為BCU控制，查獲主機NO.4單元缸注油器下方中間連接盒上綠色LED指示燈亮暗異常，將其電線插頭脫開，中間連接盒上綠色LED指示燈常亮，按說明書所示注油器本體無故障，檢查中間連接盒至注油器的連接電纜，接線頭是否有松動或短路、斷路以及包括電磁二位三通閥，通過檢查發(fā)現(xiàn)注油器上電線插座接線處螺絲松動，是接線處松動造成時有時無警報，上緊后注油器警報消除。幾天后，該缸再次出現(xiàn)相同故障警報現(xiàn)象，經(jīng)查確認(rèn)電磁二位三通閥故障，隨后拆下的電磁二位三通閥進(jìn)行解體檢查后發(fā)現(xiàn)電磁線圈阻值實測為20Ω屬正常，二位三通閥芯也無卡住現(xiàn)象活動自如，但是在與新電磁閥比較細(xì)看之下才發(fā)現(xiàn)該閥芯不能自行彈出。圖2如圖2所示，其下部有一小彈簧失效造成該二位三通閥閥芯在失去彈簧作用力下不能移動復(fù)位使油壓一直保持在注油器的驅(qū)動活塞上，使控制注油傳感器始終感應(yīng)在驅(qū)動活塞頭部而形成反饋指示燈常亮。（反之，若電磁閥電磁線圈失效不能推動閥芯至工作位或閥芯卡住在原始非注油工作位置造成壓力油不能進(jìn)入注油器驅(qū)動活塞上從而不能形成注油動作力，反饋指示燈顯示常滅）。圖3如圖3所示，二位三通閥的正常動作應(yīng)該是電磁閥被觸發(fā)通電使得閥芯伸出驅(qū)動二位三通閥芯移至工作位，將待命的45BAR高壓氣缸油通過二位三通閥被輸入注油器驅(qū)動活塞而由它直接推動6個注油柱塞泵沖開各自6個的單向閥進(jìn)行注油一次，氣缸油由注油管經(jīng)氣缸壁上部單向止回閥注入氣缸內(nèi)壁。電磁閥失電后，二位三通閥閥芯依靠它的彈簧彈力移動復(fù)位并將壓力油切斷并釋放作用在驅(qū)動活塞上的壓力油至回油低壓區(qū)域（吸油側(cè)壓力1.5bar），被驅(qū)動活塞失去高壓動力油后在它的彈簧作用力下強制使6個注油柱塞泵復(fù)位因它們各自的單向閥關(guān)閉而形成腔室內(nèi)真空，當(dāng)柱塞泵繼續(xù)下行至吸油孔打開位置時在泵油腔室真空和吸油壓力1.5bar共同作用下迅速進(jìn)行吸油以補充短缺為下一次注油進(jìn)行完善準(zhǔn)備，多余的氣缸油經(jīng)回油管系流回到供油泵站的油柜。每次驅(qū)動活塞移位都被安裝在它相應(yīng)的缸壁上控制注油傳感器反饋所檢測得到感應(yīng)信號傳給控制器單元并通過LED指示燈閃亮來顯示。問題癥結(jié)找到后即從其他壞電磁二位三通閥拆下相同小彈簧進(jìn)行更換，消除了失效，使該缸注油器恢復(fù)正常工作。再一例氣缸油注油器反饋故障警報，檢查獲知主機NO.3單元缸注油器下方中間連接盒上綠色LED指示燈常亮，脫開其電線插頭LED指示燈仍常亮，首先檢查中間連接盒至注油器的連接電纜，接線頭是否有松動或短路、斷路以及包括電磁二位三通閥均正常，確認(rèn)反饋控制注油傳感器失效而無法正常檢測到驅(qū)動活塞的實際動作，因控制注油傳感器的失效錯誤地始終感應(yīng)到驅(qū)動活塞頭部而造成反饋指示燈常亮，此時出現(xiàn)一個嚴(yán)重問題是在短期內(nèi)注油器連續(xù)發(fā)生故障，船上新備件只有一套已用完，由于船舶班期等諸多原因造成制造廠保修備件沒能及時供船，我們此時只能采用拆東墻補西墻方法、將舊注油器上好的反饋控制注油傳感器拆下更換到NO.3單元缸注油器上，包括兩個電磁閥拆卸合并成一個。幸運的是辦法用盡后主機恢復(fù)了正常運行，余下的電磁閥和傳感器基本上全部失效，此時此刻本人所擔(dān)心的程度是無法用言語所能表達(dá)，新備件在三天后下一?？扛酃┐?，心里的一塊石頭總算落地。Alpha電子氣缸注油器系統(tǒng)在運行中日常檢查注意事項，保持油泵吸入濾器壓差在綠色區(qū)域，排壓正常值為40～50bar，一旦濾器壓差指示器顯示接近紅色區(qū)域應(yīng)及時轉(zhuǎn)換另一臺備用泵，清洗濾器，如油泵在較大壓差下繼續(xù)運行，排壓下降達(dá)報警值35bar，系統(tǒng)將會自動啟動備用泵和警報，如二套濾器同時都阻塞將導(dǎo)致主機減速警報。每月定時更換使用油泵，定時清洗油泵吸入濾器。運行中，觀察注油器電磁閥插頭內(nèi)紅色LED