主機非典型啟動故障引發(fā)的機損分析

高 坤，夏 鑫

（中海油田服務股份有限公司，天津 300452）

0 引言

某船的左柴油主機配置了MAN 9L27/38四沖程中速柴油機，為9缸直列布置，氣缸直徑270 mm、沖程380 mm、單機功率3 060 kW@820 r/min。在發(fā)生啟動馬達損壞之前，偶爾會出現(xiàn)在啟動該主柴油機時，柴油機轉(zhuǎn)動起來，但由于沒達到柴油機最低發(fā)火穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，啟動電磁閥停止供壓縮空氣后，柴油機會慢慢停止轉(zhuǎn)動，輸出啟動失敗報警。為了應對航行需求，船員采取下述應急操作：一人在集控室按住啟動按鈕，另一人同時在機側(cè)，用手按壓該柴油機的啟動電磁閥，以增加柴油機的啟動空氣量，待主機達到發(fā)火轉(zhuǎn)速后，釋放啟動電磁閥，停止啟動空氣供應。由于供應啟動空氣的時間受人為控制，達到柴油機的啟動發(fā)火轉(zhuǎn)速后，如果啟動馬達沒有及時退出，則會造成啟動馬達和與啟動馬達相嚙合的主機飛輪損壞，某船在一次這種非典型啟動故障發(fā)生后，采取應急方式去啟動左主機，由于操作時啟動馬達退出時機選擇不當，造成了左主柴油機的飛輪齒圈損壞并脫落、啟動馬達損壞的重大機損事故，損失高達數(shù)十萬元。

1 主機遙控系統(tǒng)原理

該輪的主機遙控系統(tǒng)采用了Alphatronic 2000 PCS遙控系統(tǒng)，該系統(tǒng)分別在駕駛臺和集控室設有控制站、PCS機旁控制箱等設備，所有設備之間通過R422通信協(xié)議分別實現(xiàn)對左右推進系統(tǒng)和左右柴油機進行控制。

本系統(tǒng)的控制系統(tǒng)原理見圖1[1]。遙控系統(tǒng)流程見圖2[2]。Alphatronic 2000PCS各部件之間聯(lián)絡見圖3[3]。

圖1 控制系統(tǒng)原理圖

圖2 遙控系統(tǒng)流程圖

圖3 Alphatronic 2000PCS 各部件之間聯(lián)絡

當柴油機啟動操作時，船員按下設在駕駛臺或集控室中PCP面板的上啟動按鈕，啟動信號通過R422通信協(xié)議到達集控室PCS控制箱內(nèi)ZM411程序模塊，PCS控制箱內(nèi)模塊之間通過網(wǎng)絡接線連接，通過PCS控制箱內(nèi)REM401數(shù)據(jù)量輸入/輸出模塊發(fā)送啟動指令到左右主機BOX1控制箱；當系統(tǒng)判斷滿足啟動條件后，分別發(fā)出啟動指令到啟動電磁閥DC24和電子調(diào)速器723啟動信號；啟動電磁閥打開，控制空氣進入啟動馬達內(nèi)腔，推動活塞外出，啟動馬達齒輪和飛輪齒圈齒輪嚙合，嚙合后控制空氣進入主機啟動空氣主閥上端，推動活塞下行，打開主機啟動空氣主閥，高壓啟動空氣進入啟動馬達，啟動馬達帶動柴油機轉(zhuǎn)動；電子調(diào)速器723收到TACH磁脈沖轉(zhuǎn)速傳感器傳遞來的啟動轉(zhuǎn)速信號，若低于最低穩(wěn)定發(fā)火轉(zhuǎn)速，啟動空氣繼續(xù)通過啟動電磁閥進入柴油機啟動馬達，使柴油機加速至最后穩(wěn)定發(fā)火轉(zhuǎn)速，主機磁脈沖轉(zhuǎn)速傳感器1 704 A反饋AC2.3 V左右交流電壓型號給PCS控制箱內(nèi)速度模塊TAM信號，速度模塊TAM判斷接受電壓和設定電壓信號接近時，輸出開關信號切斷啟動電磁閥的電源，控制空氣切斷。主閥彈簧推動閥芯復位關閉，啟動馬達停止轉(zhuǎn)動。同時，馬達彈簧推動齒輪復位，脫開與飛輪齒圈的嚙合，啟動成功；而后723電子調(diào)速器繼續(xù)減下柴油機的噴油量，直至柴油機達到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速狀態(tài)。

2 故障原因分析

由于該柴油機的啟動異常現(xiàn)象偶發(fā)沒有規(guī)律可循，船員首先是從內(nèi)部接線松動、啟動空氣壓力過低和燃油系統(tǒng)濾器阻塞等常見故障入手解決；先后檢查加固了啟動控制系統(tǒng)和電子調(diào)速器723等的接線，清潔了柴油機轉(zhuǎn)速傳感器、燃油系統(tǒng)粗細濾器。但是這種非典型的啟動故障現(xiàn)象依然出現(xiàn)。通過查閱說明書及工作經(jīng)驗分析，判斷出現(xiàn)該柴油機啟動原因可能是由以下2種情況引起：

1）啟動時，啟動供油量過小，不能達到脫離啟動馬達后的最低穩(wěn)定發(fā)火轉(zhuǎn)速，導致啟動失敗。

2）遙控系統(tǒng)給出啟動電磁閥供電時間太短，啟動所需的啟動空氣量不足，啟動馬達不能使該柴油機達到的最低穩(wěn)定啟動發(fā)火轉(zhuǎn)速，導致啟動失敗。

3 故障排除

3.1 燃油系統(tǒng)排查

本著先易后難的原則，船員從相對簡單的方面入手，根據(jù)第1）故障原因分析，人為調(diào)節(jié)了調(diào)速器的執(zhí)行器和油門總桿位置，增大了柴油機啟動噴油量，但是該柴油機的啟動故障依然偶發(fā)，沒有從根本上解決該柴油機不能正常啟動的故障。

3.2 啟動電磁閥供電排查

通過認真觀察左右主機，發(fā)現(xiàn)啟動失敗故障時啟動電磁閥供電只有時間約3 s，但觀察右主機，右主機能夠正常，其啟動電磁閥供電時間約10 s，什么原因造成左主機啟動電磁閥供電時間太短？根據(jù)Alphatronic 2000 PC遙控系統(tǒng)的主柴油機啟動原理分析，在該控制系統(tǒng)內(nèi)沒有找到調(diào)整菜單調(diào)整啟動電磁閥供電時間的選項，無法人為增加啟動電磁閥供電時間。由于無法從控制系統(tǒng)調(diào)整啟動電磁閥供電時間，所以在控制軟件上，無法根除該輪左主機非典型啟動故障。

從分析控制原理上看，造成這種非典型啟動故障的緣由是：遙控系統(tǒng)接收錯誤的主機轉(zhuǎn)速傳感器反饋轉(zhuǎn)速，在沒有達到發(fā)火穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的情況下，卻收到了已經(jīng)達到最低穩(wěn)定發(fā)火轉(zhuǎn)速的信號，從而在邏輯計算判斷啟動柴油機已經(jīng)成功，PCS從而輸出斷電指令到啟動電磁閥，導致柴油機啟動電磁閥過早失電，進而啟動馬達停止壓縮空氣供應，脫開與飛輪齒圈的嚙合。判斷最有可能還是主機磁脈沖轉(zhuǎn)速傳感器性能不穩(wěn)定原因造成。該主機有3個磁脈沖轉(zhuǎn)速傳感器，其系統(tǒng)控制流程見圖4[4]。

圖4 TACH 流程圖

1704A 磁脈沖功能：

1）為Alphatronic 2000 PC控制系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)速信號。

2）在PCP顯示面板TACHO1顯示轉(zhuǎn)速L。

1704B 磁脈沖功能：

1）提供ACS安保轉(zhuǎn)速信號，防超速飛車。

2）主機723電調(diào)提供轉(zhuǎn)速信號。

3）判斷好壞：（1）PCP顯示面板TACHO2顯示故障；（2）主機WOODWARD723電調(diào)speed 1LED紅燈報警。

1704C 磁脈沖功能：

1）ACM板提供轉(zhuǎn)速信號。

2）主機723電調(diào)提供轉(zhuǎn)速信號。

3）判斷好壞：（1）中央監(jiān)控電腦轉(zhuǎn)速顯示異常；（2）主機723電調(diào)speed 2 LED紅燈報警；（3）主機備用泵自動啟停故障。

TACH具體接線流程圖見圖5。

圖5 TACH 接線流程圖

3.3 磁脈沖轉(zhuǎn)速傳感器排查

通過分析3個轉(zhuǎn)速傳感器功能，分別查找排除PCP內(nèi)2個磁脈沖速度傳感器、轉(zhuǎn)速顯示都正常，723電調(diào)2個速度傳感器警示燈都沒報警，中央監(jiān)控報警顯示該柴油主機轉(zhuǎn)速和和為該柴油的服務的各種輔助泵等設備均自動啟停正常。根據(jù)3個磁脈沖轉(zhuǎn)速傳感器各自功能，1704A磁脈沖轉(zhuǎn)速傳感器是給Alphatronic 2000PC控制系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)速信號，最大可能就是該傳感器性能出現(xiàn)偏差，造成啟動主機時顯示的轉(zhuǎn)速偏高，使控制系統(tǒng)誤認為啟動操作已經(jīng)達到最低穩(wěn)定發(fā)火轉(zhuǎn)速，進而切斷啟動電磁閥供電。導致啟動時間過短，啟動空氣量不足，導致該臺主機啟動失敗。將駕駛臺PCP面板菜單調(diào)到TACH1轉(zhuǎn)速頁面，在集控室內(nèi)啟動主機，發(fā)現(xiàn)啟動主機失敗時，顯示PCP面板顯示主機轉(zhuǎn)速200 r/min，然而正常發(fā)火轉(zhuǎn)速90 r/min，驗證說明判斷正確。由于船上無新轉(zhuǎn)速傳感器，將1704A和1704C傳感器接線互換（3個轉(zhuǎn)速傳感器型號一樣）。試運轉(zhuǎn)多次，上述的非典型故障再沒有出現(xiàn)，說明該柴油主機啟動故障原因已找到，輪機長申請主機磁脈沖轉(zhuǎn)速傳感器備件并進行更換，通過多次啟動該輪左主柴油機，再也沒有出現(xiàn)由于控制系統(tǒng)給出啟動電磁閥供電指令時間過短造成的啟動故障，從根本上排除了這種柴油機啟動非典型啟動故障的隱患。

4 結(jié)論

隨著船舶自動化程度的不斷提高，主柴油機的故障已經(jīng)不再局限于硬件故障，諸多故障也開始出現(xiàn)在控制系統(tǒng)中。針對這起主柴油機啟動馬達和飛輪齒圈損壞的機損事故可知，控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障不僅會影響柴油機的正常操作，還會引發(fā)機損事故。當故障出現(xiàn)時，管理人員是第一責任人，熟悉設備的性能，深諳設備控制原理，需第一時間分析故障根源，找到問題原因，把機損事故消滅在萌芽中。這樣做不僅可以提高輪機人員的設備管理能力，還可以提高自修水平，積累工作經(jīng)驗，增強自身的維修技能、應對各種各樣的非典型故障。通個本文對MAN主機非典型故障，系統(tǒng)剖析Alphatronic 2000 PC轉(zhuǎn)速控制原理，對解決類似故障值得借鑒和啟示。