某輪主機轉速定速故障分析

宓保敬 煙臺打撈局

該輪使用雙機雙槳，可變螺距，主機使用兩臺瓦錫蘭 WARTSILA12V32四沖程柴油機，調速器為WOODWARD PGA系列，常用啟動怠速500rpm、軸發模式下定速750rpm、推進器轉速為150rpm，單機功率為5540KW,每臺主機均配有軸帶發電機用于側向推進器以及可伸縮式全方位推進器等大功率設備，輸出功率2000Kw,電制為440v/60Hz。主機主要操縱模式有定速、組合、隨動三種工作模式,根據船舶作業特性，常用定速模式，即軸發模式。

1.故障現象

一段時間以來，右主機使用定速、隨動工作都正常，而左主機啟動后和合上離合器以定速模式空載運行均正常，定速后帶上約500KW負荷轉速就從750rpm逐漸下降，由起初的740rpm,慢慢下降到725rpm，頻率降低至到59Hz左右，這種情況一直不斷發展惡化，后來自動電站出現低頻/低電壓報警，電站無法正常使用，也無法使用大功率負載。并且隨著主機負荷的升高，轉速有持續下降現象，影響船舶機動操縱運行安全。

2.故障分析

圖1 E/p信號轉換器 工作原理圖

由于這個故障現象是逐漸發生的，在故障初期就著手對故障進行排查分析，先后對主機燃油、空氣等系統做過排查，排除各輔助系統的可能性。通過查看說明書和現場檢查，分析控制系統及調速的工作原理，主機轉速故障原因可能在控制系統和調速器方面，該輪主機控制及調速的工作原理主要如下：

該輪主機轉速信號設定來自三個操縱站點，分別是駕駛臺前后控制桿、集控室的電位器、發電機配電板的電位器，各控制站點給出的信號經計算機傳遞模擬指令信號變為一個電流信號來設定主機轉速，主機轉速的控制是由電位器發出的4-20mA電流信號到E/P轉換器。E/P轉換器把電流信號轉變為0.5-5bar的氣壓壓力傳遞到升壓器波紋管，波紋管通過氣壓壓力的大小控制主機怠速、加減速和定速。調速器是通過微計算機處理速度設定信號、指令信號的負荷范圍控制主機定速。

3.故障排查

通過對主機控制系統和調速系統工作原理的描述，結合左主機轉速逐漸下降的現象，可以看出故障原因出現主機本身、E/P轉換器或調速器本身。

（1）查閱主機熱工參數以及燃油、潤滑、進排氣等系統參數值，查找故障可能性原因，主機自上次大修后主機運行參數一直比較穩定，參數也均在正常范圍內，基本排除主機本身的可能性。

（2）查閱主機檢修檔案，該主機自上次大修后到故障發生時運轉時間約6000h左右，查調速器檢修報告顯示調速器在大修期間由專業公司進行過拆檢修理并經過試驗臺功能效驗。并且船舶船舶正常按照維護保養要求進行了定期換油，檢查調速器各傳動軸及軸承均活絡潤滑正常，初步排除調速器本身故障的可能性。

（3）拆檢調速器升壓器及附屬連接管及主機控制系統的各溫度、壓力、壓差傳感器功能情況，經過測試、檢查，各管路無明顯漏氣現象，升壓器波紋管檢查狀況良好，進一步檢查燃油齒條傳感器、轉速反饋、轉速指令和離合器信號均正常，主機在運行中負荷及油門齒條運行平穩，主機運行正常，基本上排除了升壓器及各傳感器、變送器功能差造成故障的可能性。

（4）查看近期主機運行中對E/P轉換器的輸入輸出信號、控制空氣壓力的記錄值進行分析，在早期主機轉速控制系統正常時控制空氣壓力輸出值為5.5bar左右，但隨著故障逐漸發展，空氣壓力逐漸下降。船舶為避免是壓力表故障影響故障障原因的分析，更換了新的空氣壓力表，但更換后試驗E/P轉換器輸出信號未發生明顯變化，轉速下降依然存在，排除壓力表指示的誤差。

4.故障解決

（1）排除了主機本身及調速系統的可能，故障排查重點轉向對E/P轉換器的檢查，由于E/P轉換器無整體備件，且對其維護保養的范圍僅限于清潔和觀察輸出壓力。日常并未對其進行過拆檢，查找E/P的說明書和實物進行比對，初步掌握其結構和工作原理，根據說明書的要求主機怠速時控制空氣壓力約為2.5bar，隨著轉速信號的增加，定速后壓力大約在5.5bar。

（2）拆檢E/P轉換器（見圖1），清潔各輸入輸出氣口及附屬管路，對其電路板表面用電器清洗噴劑進行清潔處理，查看電路板表面各電器元件的外觀狀態，測量輸出信號變壓器、功率放大器等電器元件的狀態參數及通斷情況無異常發現，脈沖電機功能檢查正常。拆下電路板，發現空氣減壓膜片上面有少許乳化莊油水珠，膜片本身有少許老化變硬現象，進行清潔烘干處理。繼續拆檢輸入輸出電磁閥M1M2，打開后發現閥芯內部存水較多，且存在卡阻現象，解體電磁閥，將閥芯取出，進行清潔及表面處理后裝復通電活絡試驗正常。啟動主機后主機怠速時空氣氣壓是2.3Bar，主機定速750rpm氣壓是5.1bar，測量輸出電流值都相應低于正常值，主機增加負荷試驗發現轉速不再逐漸下降。

（3）通過上一步的拆檢修理，已經實現了主機轉速不隨負荷增加而下降，但是存在問題是怠速值和定速值均偏低，同樣影響主機的運行。為了解決問題，結合電路板和電路圖、E/P說明書進行分析，分析各電器元件和電位器的作用，驗證電路板表面各微動開關的開關狀態是否符合該型號電路板要求，重新驗證調整至正常開關狀態。然后確認零位電位器和量程電位器（見圖2）的位置和調節方法：首先調節“Z”電位器，反復調試數次，啟動主機怠速至500rpm。同樣調節方式調節“R”電位器，直到主機定速模式下到達750rpm。重新啟動主機進行負載及供電試驗，轉速符合要求，且穩定性也恢復正常，E/P輸出電流和氣壓信號正常主機轉速下降 的故障解決。

5.E/P轉換器系統的維護保養

本例左主機轉速的故障案例雖然查到了原因，也最終解決了故障，但是存在的問題也應該引起重視，設備尤其是主機的維護保養更要全面且符合要求。以本船為例，在E/P轉換器方面應該做到以下：

（1）確保E/P壓力信號轉換器輸入控制空氣的干燥處理，壓縮空氣到控制用空氣必須要經過有效的清潔過濾、干燥除濕、脫油處理，日常應及時放殘減少空氣中凝水的產生，避免凝水、油滴等對電器元件、電磁閥以及調壓閥膜片的影響，

圖2 E/P轉換器電路板

（2）值班過程中格外注意E/P轉換器的輸入輸出控制空氣壓力信號，定期效驗壓力表的精度，壓力信號需保持穩定，一旦出現異常要及時盡處理處理，查清原因，避免出現險情。

（3）要重視E/P轉換器的維護保養，保持適量備件及修理包，定期打開E/P信號轉換器進行檢查，保持電路板表面清潔、電磁閥閥芯動作靈活、減壓閥膜片保持良好彈性狀態，定期對各電氣元部件外觀及參數檢查，測量輸入輸出電壓信號。