某9000KW救助拖輪主機故障實例淺析

劉慶明 交通運輸部南海救助局

1.故障現(xiàn)象

該船舶前期出現(xiàn)主機啟動后轉(zhuǎn)速直接沖到650轉(zhuǎn)/分后再慢慢回到怠速模式 (550轉(zhuǎn)/分)，在怠速時轉(zhuǎn)速波動比較大，大概在550±20轉(zhuǎn)/分范圍波動，難以維持穩(wěn)定。當按下合排按鈕帶上螺旋槳時，主機轉(zhuǎn)速波動特別大，有時候甚至降到接近200轉(zhuǎn)，導致齒輪箱滑油壓力低停車。把齒輪箱滑油壓力開關(guān)調(diào)節(jié)到適當動作值，試驗啟動主機，當轉(zhuǎn)速下降到一定值后又慢慢回升到怠速轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速波動很大。故障發(fā)展到后期偶爾出現(xiàn)啟動主機后轉(zhuǎn)速一直上升，直至超速停機。當轉(zhuǎn)到由機旁直接機械控制轉(zhuǎn)速，慢慢調(diào)整調(diào)速器緩慢加速，當轉(zhuǎn)速超過700轉(zhuǎn)/分后轉(zhuǎn)速就不受控制，轉(zhuǎn)速就一直上升直至超速停車。

2.故障原因分析與排查

2.1 轉(zhuǎn)速傳感器排查

該主機轉(zhuǎn)速控制由主控模塊MCM直接控制，由兩個脈沖式轉(zhuǎn)速傳感器ST196P,ST196S檢測并反饋主機轉(zhuǎn)速到MCM模塊，兩個傳感器一個主用、一個備用。ST196P主用傳感器接在主控模塊MCM的X23-2、X23-3端子上，ST196S備用傳感器接在主控模塊MCM的X 22-2、X22-3端子上。檢查步驟如下：

（1）對傳感器探頭清潔，并按照說明書重新調(diào)整探測間距（2-2.5mm），檢查傳感器接線及屏蔽線，并無異常。

（2）測量轉(zhuǎn)速傳感器脈沖信號，在550 轉(zhuǎn)/分時測得交流電壓1.496 V,750 轉(zhuǎn)/分時交流電壓1.682V，屬于正常范圍。

（3）為了進一步排查傳感器故障，用兩個新的轉(zhuǎn)速傳感器替換原來傳感器，并按要求調(diào)整傳感器檢測端與飛輪間距、做好屏蔽。重新啟動主機，轉(zhuǎn)速波動問題沒有明顯改善，因此排除傳感器問題。

2.2 轉(zhuǎn)速控制模塊排查

該主機轉(zhuǎn)速控制集成在MCM模塊中，主控模塊輸出相應(yīng)比例電流到調(diào)速器執(zhí)行機構(gòu)，輸出電流與主機負荷成反比關(guān)系。如圖1所示，MCM模塊通過X42-3、X42-4兩個端子輸出控制電流到調(diào)速器執(zhí)行機構(gòu)CV161，而調(diào)速器執(zhí)行機構(gòu)里面的另外兩根線為安全模塊ESM通過X4-44、X4-45輸出停車信號到執(zhí)行機構(gòu)里面的停車電磁閥CV152。如果是主控模塊故障，也可能導致轉(zhuǎn)速波動或不受控制，為了驗證是否為主控模塊故障，進行如下檢查：

圖1 MCM模塊接線圖（部分）

（1）檢查電壓模塊，狀態(tài)指示正常，測量系統(tǒng)電壓DC24.8V,測量主控模塊電壓為DC24.7 V,系統(tǒng)供電正常；接地連接正常，且對地絕緣良好。

（2）檢查主控模塊到執(zhí)行機構(gòu)之間的接線及屏蔽線，主機控制箱到執(zhí)行機構(gòu)之間為插針試接頭，對接頭進行清潔，檢查并無異常。

（3）在主機運行狀態(tài)下測量主控模塊輸出到執(zhí)行機構(gòu)線圈的電壓與電流值與負荷對應(yīng)關(guān)系如表1，由于這部主機運行狀態(tài)不是很穩(wěn)定，加之海面風浪的影響，此值又是一個動態(tài)變化值，所以測量存在一定偏差，這些測量值僅僅作為判斷控制模塊功能的參考值。從表中可以看出電流還是隨負荷變化而變化，由此判斷控制模塊故障可能性不大。

表1 MCM輸出到執(zhí)行機構(gòu)線圈電壓、電流與負荷對應(yīng)表

2.3 調(diào)速器執(zhí)行機構(gòu)排查

2.3.1 調(diào)速器執(zhí)行機構(gòu)工作原理

該主機采用W O O D W A R D PGA-EG調(diào)速器執(zhí)行機構(gòu)，其原理如圖2所示。

左邊虛線框部分為電子調(diào)速執(zhí)行機構(gòu)，它把電信號轉(zhuǎn)換為液壓信號，其實質(zhì)就是一個液壓放大器。其具體內(nèi)部圖如圖3所示。供油泵壓力油到操縱閥內(nèi)部，通過調(diào)壓閥調(diào)節(jié)受控壓力后流向控制區(qū)底部，并通過滴液孔流向相同控制區(qū)的有較大面積的頂部，部分通過噴嘴噴向扭矩馬達橫梁底部，扭矩馬達橫梁和噴嘴之間的間隙可以通過中央調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)。扭矩馬達橫梁在圖2中水平調(diào)節(jié)彈簧力、電磁線圈力、復位彈簧力的作用下保持平衡。

當主機負荷增加，轉(zhuǎn)速下降，MCM主控模塊通過內(nèi)部控制程序計算后輸出到伺服線圈電流變小，導致電磁力矩變小，扭矩電機橫梁與操作閥噴嘴之間間隙增大，噴嘴開度變大，操作閥柱塞上部壓力油從噴嘴噴出，由于滴液孔口的節(jié)流作用，下部液壓油推動操縱閥柱塞向上運動，從而至伺服系統(tǒng)活塞底部的A口與系統(tǒng)壓力油相通，系統(tǒng)壓力油通過該口流向動力活塞底部，推動動力活塞向上運動。伺服系統(tǒng)輸出端口推動主機油門桿加大供油量，同時動力活塞帶動復位桿運動，復位桿通過復位彈簧產(chǎn)生一個向下的力施加于扭矩馬達橫梁，推動扭矩電機橫梁向下運動。扭矩電機橫梁最終在新的線圈電磁力，水平調(diào)節(jié)彈簧力，復位彈簧力的作用下達到平衡，主機在新的供油量運行，使主機在設(shè)定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)平穩(wěn)運行。

反之，當主機負荷減小，轉(zhuǎn)速增加，MCM主控模塊輸出到伺服線圈電流變大，電磁力矩變大，扭矩電機橫梁向下運動，噴嘴開度變小，操作閥柱塞上部液體壓力增加，柱塞向下運動，至伺服系統(tǒng)活塞底部的A口與至機油箱口相通，動力活塞底部油壓泄壓，動力活塞向下運動。伺服系統(tǒng)輸出端口推動油門桿減小供油量，同時動力活塞帶動復位桿運動，復位桿通過復位彈簧產(chǎn)生一個向上的力施加于扭矩馬達橫梁。力矩電機橫梁最終在新的線圈電磁力，水平調(diào)節(jié)彈簧力，復位彈簧力的作用下達到平衡，主機在新的供油量運行，維持主機在設(shè)定轉(zhuǎn)速范圍運行。

由于系統(tǒng)負荷時刻都在變化，上述正反向調(diào)節(jié)過程也是一個動態(tài)調(diào)節(jié)過程。

圖2右邊矩形框內(nèi)為機械式調(diào)速部分，其工作原理是：它通過速度設(shè)定旋鈕調(diào)節(jié)力矩彈簧力，順時針增大設(shè)定轉(zhuǎn)速，逆時針減小設(shè)定轉(zhuǎn)速。當速度在設(shè)定轉(zhuǎn)速下運行時，滑塊把進油口封閉。當主機負荷增加時轉(zhuǎn)速下降，球頭飛重張力減小，滑塊下移，進油口打開，系統(tǒng)壓力油進入阻尼活塞左側(cè)，推動阻尼活塞向右運動，導致動力活塞底部壓力上升，推動油門桿上升，加大進油量，直到達到設(shè)定轉(zhuǎn)速時滑塊重新把進油口關(guān)閉。反之，當主機負荷減小時轉(zhuǎn)速上升，球頭飛重張力增大，滑塊上移，進油口與油箱相通，阻尼活塞左側(cè)壓力泄放，導致阻尼活塞向左運動，則動力活塞底部壓力下降，在彈簧力的作用下推動油門桿下降，減少進油量，直到達到設(shè)定轉(zhuǎn)速時滑塊重新把進油口關(guān)閉。

圖2 PGA-EG內(nèi)部原理圖

2.3.2 調(diào)速器執(zhí)行機構(gòu)故障排查

第一，檢查調(diào)速器執(zhí)行機構(gòu)液壓系統(tǒng)油位正常，油質(zhì)良好。執(zhí)行器與油門連桿動作靈活、無卡組，且連接緊固、無松動。

第二，拆開凸輪軸端蓋，檢查執(zhí)行器與凸輪軸之間驅(qū)動齒輪嚙合緊密，無松動與抱死。

圖3 操縱閥和壓力調(diào)節(jié)器截面圖

第三，測量執(zhí)行器線圈電阻為26Ω，線圈正常。

第四，斷開主控模塊與執(zhí)行機構(gòu)的連接線，機械調(diào)速部分也不能穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，且當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到700轉(zhuǎn)/分后轉(zhuǎn)速一直往上無法控制，判斷可能是執(zhí)行機構(gòu)液壓系統(tǒng)故障。

3.故障排除

由于執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)部精密，且拆卸過后要經(jīng)過試驗臺反復測試后方裝復使用，需專業(yè)的修理人員修理，所以該輪用以前廠家修復的同類型調(diào)速器執(zhí)行機構(gòu)更換有故障執(zhí)行器，并加注油位至正常后啟動主機測試，主機功能恢復正常，之前故障消失。

4.結(jié)語

現(xiàn)代柴油機絕大部分是采用電子調(diào)速器調(diào)速，且電子調(diào)速器大多集成在中控模塊里面，通過程序?qū)崿F(xiàn)控制。由于該控制模塊采用封裝式設(shè)計，不但滿足柴油機現(xiàn)場高溫、震動條件要求，而且壽命比以前專用調(diào)速模塊長，維護保養(yǎng)也比較簡單方便。缺點是出現(xiàn)故障必須要專業(yè)人員修理或者直接更換模塊。因此，日常的維護管理主要集中在與控制模塊連接的外圍設(shè)備上：

按維護保養(yǎng)要求定期檢查電壓電壓、接地與屏蔽線路、電路對地絕緣電阻情況、電路緊固情況。并注意周圍環(huán)境，溫度過高或太潮濕時要采取措施。

由于轉(zhuǎn)速傳感器周圍油氣及粉塵多，要定期清潔探頭，注意探頭與飛輪之間間距是否過大。

日常巡查時注意主機控制箱狀態(tài)指示燈是否異常。

對執(zhí)行機構(gòu)定期檢查連接桿是否活絡(luò)，液壓油油質(zhì)是否正常，定期更換液壓油。