大功率電控柴油機(jī)的設(shè)計(jì)審圖及檢驗(yàn)

CCS青島分社 張萬(wàn)鵬

大功率電控柴油機(jī)的設(shè)計(jì)審圖及檢驗(yàn)

CCS青島分社 張萬(wàn)鵬

低速二沖程電控共軌噴射柴油機(jī)改變了原有柴油機(jī)的控制結(jié)構(gòu)和模式，在節(jié)能、可靠性、安全性、靈活性及環(huán)境保護(hù)等方面均有較大優(yōu)勢(shì)。因此，電控共軌噴射柴油機(jī)取代傳統(tǒng)柴油機(jī)已是大勢(shì)所趨。

Wartsila電控共軌系統(tǒng)

Wartsila電控共軌系統(tǒng)簡(jiǎn)圖見(jiàn)右圖，可分為機(jī)械部分和電子部分。

機(jī)械部分主要包括燃油共軌和伺服油共軌兩部分。燃油共軌負(fù)責(zé)燃油的供給和噴射，伺服油共軌系統(tǒng)負(fù)責(zé)燃油噴射控制閥的驅(qū)動(dòng)和排氣閥的驅(qū)動(dòng)等。

電子部分負(fù)責(zé)燃油噴油、排氣閥和起動(dòng)閥的定時(shí)和控制等，主要包括轉(zhuǎn)速、曲軸轉(zhuǎn)角、噴油量、排氣閥行程和共軌壓力等傳感器，現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)、共軌閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以及WECS控制系統(tǒng)等。各部分組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，同時(shí)電控系統(tǒng)還具有系統(tǒng)內(nèi)部故障檢測(cè)和保護(hù)功能。這里對(duì)Wartsila的電控系統(tǒng)WECS主要功能做一個(gè)詳細(xì)介紹：

WECS系統(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)對(duì)整臺(tái)機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)控制，是柴油機(jī)的“大腦”，其主要功能如下：

1、存儲(chǔ)和處理柴油機(jī)調(diào)試后基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

經(jīng)過(guò)調(diào)試后符合技術(shù)要求及排放要求的參數(shù)均使用專業(yè)化軟件寫(xiě)入WECS系統(tǒng)中，且經(jīng)過(guò)輸入和調(diào)整后未經(jīng)授權(quán)無(wú)法更改。這些參數(shù)主要包括供油壓力的拐點(diǎn)設(shè)置、噴油定時(shí)和伺服油定時(shí)的基礎(chǔ)參數(shù)等。

2、計(jì)算和處理可變數(shù)據(jù)

系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)VIT(Variable Injection Timing )、VEC (Variable Exhaust Close Timing)和 VEO(Variable Exhaust Open Timing)等定時(shí)參數(shù)的計(jì)算。計(jì)算基于設(shè)定的基礎(chǔ)參數(shù)、柴油機(jī)的遙控系統(tǒng)及調(diào)速系統(tǒng)給定的信號(hào)進(jìn)行，同時(shí)具有不同情況下的補(bǔ)償及燃油品質(zhì)補(bǔ)償?shù)裙δ堋?/p>

3、燃油和伺服油共軌壓力調(diào)節(jié)和監(jiān)測(cè)

根據(jù)不同的負(fù)荷自動(dòng)進(jìn)行燃油和伺服油共軌壓力的檢測(cè)和調(diào)節(jié)，通過(guò)對(duì)供油系統(tǒng)供油泵的啟停調(diào)節(jié)共軌壓力。

4、噴油控制

噴油控制是WECS的核心功能，WECS系統(tǒng)根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角和上死點(diǎn)傳感器的反饋計(jì)算噴油定時(shí)并做出噴油指令，通過(guò)電磁閥控制共軌閥的動(dòng)作，進(jìn)而控制噴油時(shí)間達(dá)到控制噴油量的目的。同時(shí)，根據(jù)不同的負(fù)荷，WECS對(duì)共軌壓力進(jìn)行不同的調(diào)節(jié)。另外，每缸配備3只噴油器，WECS可在低負(fù)荷時(shí)停掉一個(gè)或兩個(gè)噴油器，并且可控制各噴油器定時(shí)輪換噴油。

5、排氣閥控制

系統(tǒng)可以計(jì)算排氣閥的定時(shí)，并通過(guò)伺服油電磁閥控制排氣閥的開(kāi)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)排氣閥開(kāi)關(guān)可變定時(shí)（VEO和VEC），從而提高經(jīng)濟(jì)性。

6、WECS內(nèi)部監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)可以進(jìn)行內(nèi)部功能檢測(cè)并在內(nèi)部功能出現(xiàn)故障時(shí)給出報(bào)警信號(hào)，這些故障包括電源監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)校驗(yàn)錯(cuò)誤等。

7、通信接口

系統(tǒng)提供了和外部的調(diào)速、遙控系統(tǒng)的接口以及和應(yīng)急控制面板的通訊，這些通訊基于冗余的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)可提供多種數(shù)據(jù)通訊接頭，實(shí)現(xiàn)和不同接口系統(tǒng)的兼容性。

8、系統(tǒng)冗余

整個(gè)電控系統(tǒng)的傳感器、控制模塊、網(wǎng)絡(luò)和控制油泵、伺服油泵等均是冗余的，在一個(gè)部件損壞時(shí)，不影響機(jī)器的正常運(yùn)行。

電控柴油機(jī)審圖注意事項(xiàng)

根據(jù)《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》的要求，電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則是“電控機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)使其不低于非電子控制柴油機(jī)的要求”，在審圖中對(duì)電控系統(tǒng)的主要要求應(yīng)特別注意以下方面：

1、共軌機(jī)械部分

☆ 燃油和伺服油的共軌管和蓄能器等應(yīng)按照規(guī)范的要求進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算且應(yīng)具有超壓報(bào)警保護(hù)裝置；

☆ 燃油和伺服油的高壓系統(tǒng)等應(yīng)設(shè)有安全閥且有計(jì)算書(shū)；

☆ 燃油和伺服油供油系統(tǒng)的泵應(yīng)為冗余配置；

☆ 燃油和伺服油的壓力泵和噴油器之間的所有管路應(yīng)設(shè)有套管或等效保護(hù)裝置，且設(shè)有報(bào)警裝置；

☆ 若高壓燃油和伺服油管系只設(shè)有一套，應(yīng)提交疲勞分析計(jì)算書(shū)；

☆ 應(yīng)驗(yàn)證機(jī)器設(shè)有防止因控制閥故障而導(dǎo)致燃油持續(xù)噴入汽缸的設(shè)施。

2、共軌電控部分

☆ 電控系統(tǒng)應(yīng)具有故障自診斷和安全保護(hù)功能，出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能進(jìn)行故障診斷并啟用安全保護(hù)功能，且能維持柴油機(jī)正常工作；

☆ 電控系統(tǒng)重要的傳感器和控制器應(yīng)冗余配置；

☆ 電控系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)為冗余配置，且可以自動(dòng)切換；

☆ 電控系統(tǒng)應(yīng)由兩套獨(dú)立電源經(jīng)兩條獨(dú)立線路分別供電，且能自動(dòng)切換，其中一套應(yīng)為蓄電池供電；

☆ 應(yīng)設(shè)有應(yīng)急停車的裝置或措施；

☆ 應(yīng)設(shè)有機(jī)旁和集控室或駕駛室的應(yīng)急控制面板；

☆ 電控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有檢查通訊端口，用于檢測(cè)和維修。

電控系統(tǒng)型式試驗(yàn)及出廠檢驗(yàn)

根據(jù)《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》的要求，一般情況下電控系統(tǒng)的各個(gè)部件在經(jīng)過(guò)型式試驗(yàn)后應(yīng)安裝在柴油機(jī)上進(jìn)行型式試驗(yàn)，試驗(yàn)主要包括如下范圍：設(shè)計(jì)柴油機(jī)安全運(yùn)行的項(xiàng)目，只能于柴油機(jī)一起驗(yàn)證的項(xiàng)目，控制系統(tǒng)的軟件功能驗(yàn)證。

電控系統(tǒng)的出廠試驗(yàn)及注意事項(xiàng)如下：

☆ 軟件版本的驗(yàn)證：一般情況下，通過(guò)專用軟件讀出軟件的版本參數(shù)，以及IMO標(biāo)識(shí)的參數(shù)和數(shù)據(jù)校驗(yàn)等參數(shù)，同時(shí)驗(yàn)證NOx技術(shù)案卷中是否記錄了正確的電控系統(tǒng)軟件版本號(hào)和IMO標(biāo)識(shí)號(hào)。

☆ 燃油噴射控制閥及排氣控制閥的功能驗(yàn)證：在低速情況下，通過(guò)專用軟件讀得控制閥的動(dòng)作情況和動(dòng)作時(shí)間，驗(yàn)證是否和調(diào)試數(shù)據(jù)一致。

☆ 單缸控制模塊電源故障：機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，拔掉單杠的控制模塊電源，驗(yàn)證系統(tǒng)的電源自動(dòng)切換和報(bào)警功能。

☆ 緊急停車裝置功能：進(jìn)行緊急停車操作，驗(yàn)證緊急停車電磁閥的動(dòng)作情況，并記錄停車時(shí)間。

☆ 曲軸轉(zhuǎn)角傳感器故障：機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，拔掉一只傳感器，驗(yàn)證電控系統(tǒng)的報(bào)警以及機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)兩只傳感器均出現(xiàn)故障時(shí)，柴油機(jī)應(yīng)能在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。

在電控系統(tǒng)的出廠試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)特別注意驗(yàn)證在各個(gè)負(fù)荷下電控系統(tǒng)的工作是否和調(diào)試中設(shè)定的相關(guān)控制模式一致。

大型低速機(jī)具有優(yōu)秀的低負(fù)荷性能和低排放能力等優(yōu)點(diǎn)，在船上的使用會(huì)越來(lái)越普及，相關(guān)的檢驗(yàn)任務(wù)也會(huì)越來(lái)越多。因?yàn)殡娍叵到y(tǒng)的加入，對(duì)只有傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)檢驗(yàn)資歷的人員是一個(gè)新的挑戰(zhàn)，只有深入了解大型電控機(jī)的功能和特點(diǎn)，才能更好地指導(dǎo)審圖和檢驗(yàn)工作。