某船主機進三工況下轉速異常故障排除

1 故障現象

某船出海航行時，主機在遙控進三（1 630 r/min）工況下運行一段時間后突然出現轉速異常下降，當轉速降到800 r/min 時主機脫排，隨后主機轉速開始上升并有飛車的趨勢，船員迅速使用緊急停車將主機停機。經過靜態檢查未發現異常后，將主機在機旁啟動并進行空車運轉試驗，一切正常。隨后，將主機控制權轉至遙控狀態，當主機由空車工況轉至進一工況時主機異常停機。再次試驗結果為主機進一、進二工況正常，進三工況時主機轉速無法加至額定工況1 630 r/min。

2 控制功能簡述

該船主機型號為TBD604，轉速控制系統是由某大學針對該特種作業船型單獨自主設計開發的一套系統。主機工況分為進四、進三、進二、進一、空車、退一、退二，共7個工況。主機工況控制模式分為機旁和遙控。通常情況下，機旁啟動主機進行備車，備車完畢后將主機控制權轉至遙控位置，由駕駛室通過操車手柄進行主機工況控制。各工況下主機轉速由系統程序設定，主機工況與轉速對應表如表1所示。

表1 主機工況與轉速對應表r/min

主機由空車工況至進一工況時，主機轉速先從700 r/min 線性加速至800 r/min，隨后進行齒輪箱接排操作，接排后轉速再加至900 r/min 并穩定運行。同樣，由進一工況至空車工況時，主機轉速先從900 r/min 降至800 r/min，隨后進行齒輪箱脫排操作，脫排后轉速再降至700 r/min 并穩定運行。

3 故障分析及處理措施

1）初步監測結果。維修人員攜帶該型主機電子調速器監測軟件隨船進行了主機運行時各工況下的參數監測。監測發現，在進三工況時柴油機燃油齒條已經達到了設計的DBR 值（即該工況下燃油齒條允許達到的最大位移值），比該機器在廠修時監測的數值增加了4 mm 左右。針對該現象，分析可能是機器負荷異常增大、柴油機供油系統或電子調速器控制系統中某一方面出現了問題，造成主機進三工況下無法達到額定轉速。因此，分別從推進系統、柴油機燃油系統和電氣控制系統3方面進行分析和檢查。

2）推進系統排查。根據故障現象推斷，如果航行時主機推進器纏繞異物或齒輪箱發生故障，造成主機負荷增大，超過了主機該工況下允許的最大負荷，主機開始降速，降至800 r/min 時，系統程序設定此轉速為主機接脫排轉速，導致脫排。主機脫排后，此時的駕控臺操車手柄仍處在進三位置，主機調速器繼續給主機一個加速指令，導致主機在空車無負荷狀態下加速出現飛車跡象。

針對上述分析，安排潛水員對推進器和艉軸進行了檢查，并未發現異物。維修人員對齒輪箱滑油濾器進行清洗和檢查，濾器中并未發現異物。因此，推進系統導致故障的可能性排除。

3）柴油機燃油系統排查。柴油機燃油系統包括供油管路、燃油濾器、燃油齒條、高壓油泵及附屬管路上的相關閥件等。當主機在進三工況運行時，由于供油量不足導致調速器需要通過增大燃油齒條來達到1 630 r/min的轉速，因此造成齒條異常增加。在齒條伸縮出現卡滯的情況下，就會出現空車工況時因齒條回位卡滯，位移未減小到空車相應位置，供油量過大造成飛車。

針對上述分析，分別對供油管路、燃油濾器及燃油速閉閥和停車電磁閥等相關閥件進行了檢查，并未發現異常。對燃油齒條及齒條復位彈簧進行手動推拉試驗，并未感覺有卡滯現象。檢查高壓油泵工作正常。經過上述檢查，柴油機燃油系統導致故障的可能性基本排除。

4）電氣控制系統排查。電氣控制系統包括電子調速器、執行器、轉速傳感器及附屬電纜。柴油機在遙控工況下，由駕駛室操車手柄給出車令，當柴油機加速時，電子調速器給執行器線圈一個占空比增加的脈沖信號，使其輸出端推動燃油齒條向前伸出。當柴油機減速時，執行器線圈端脈沖信號的占空比減小，其輸出端向后收回，燃油齒條則通過復位彈簧向后收縮，始終保持與執行器輸出端緊密貼合。在執行器輸出端伸出和收回的同時，其輸出端通過一個硬連接桿帶動一個電位器來反饋齒條位移。固定在飛輪端的轉速傳感器將柴油機的實際轉速反饋至電子調速器并與給定轉速比較，當兩者相同時，執行器輸出端不再繼續向前推動或向后收回齒條，此時柴油機轉速穩定在所需工況。

根據電氣控制系統組成，分別對轉速傳感器安裝位置和控制系統所屬電纜進行了檢查，未發現異常現象。使用監測軟件對電子調速器在空車、進一、進二工況下檢測也未發現異常。檢查執行器外觀未發現明顯異常，測量其線圈，阻值正常。將執行器與電子調速器連接部位進行多次手動拉伸試驗時發現，齒條位移本應隨著執行器輸出端拉出和縮回而進行相應的增大和縮小。但當執行器輸出端完全縮回時，齒條位移顯示并不在零位，且每次試驗數值都不同。對執行器輸出端與反饋電位器連接桿進行仔細檢查發現，連接桿與電位器軸之間的連接部位因多年的使用磨損已不能完全嚙合，造成電位器已不能準確顯示齒條位移。當柴油機加速至進一、進二工況下達到額定轉速時，燃油齒條位移增大但還未達到DBR 值，因此故障未顯現出來。當加速至進三工況時，齒條位移顯示已經達到DBR 值，而實際執行器輸出端伸出值小于顯示值，并未達到進三工況時所需的供油量，這就會造成柴油機轉速達不到進三額定轉速的現象。當減速至空車工況時，執行器輸出端回縮，齒條位移減小，但由于兩者嚙合不可靠，造成空車工況下，顯示齒條位移為0，實際齒條位移大于實際空車所需的位置，就會出現柴油機供油量溢出，造成飛車的跡象。根據上述分析，將執行器輸出端與反饋電位器軸進行可靠連接后試驗，該故障排除。