【船機幫】某輪主機瞬時掉速原因探究

導讀

某輪是一條海洋與漁業執法支隊的公務船 , 為了增強該公務船機動性, 從經濟性、應急情況快速反應等角度考慮, 引入雙機單槳系統。

雙機單槳系統是目前較為先進的一種動力形式, 機艙布置兩臺不可逆轉直列式四沖程柴油機, 通過高彈性摩擦離合器連接雙機并車減速齒輪箱, 由齒輪箱通過中間軸、尾軸驅動可調距螺旋槳。

平時既可單機航行,也可雙機并車, 以提高功率和航速。

一、故障的產生

該船在單機 (故障機) 航行中, 柴油機達到額定工況, 無規律出現瞬時掉速, 又即刻恢復, 次數不定, 而分布式機艙微機監測報警裝置及KAMEWA調距槳數字遙控系統、主機安全保護系統沒有任何不正常報警, 主機工況一切正常。

假如在雙機并車時故障機出現掉速, 雙機負荷分配將失衡, 運轉混亂, 將直接導致齒輪箱、離合器等主要設備的損害, 危險性大, 因此無法并車。

二、故障原因解析

1、自動化控制的實現

首先看該船舶的自動控制系統, 為了使雙機并車實現可靠的自動化控制, 運用可編程邏輯控制器(PLC) 對主機遙控進行邏輯控制和安全保護; 采用WOODWARD電子調速器 (723數字控制器 ) 控制主機轉速, 滿足高精度轉速的要求; 采用 KAMEWA調距槳數字遙控系統控制主推進器 , 并實現主機轉速與螺距的組合控制 (聯控 ) ; 配備分布式機艙微機監測報警裝置對整個動力系統進行監測

報警。

控制原理如下：

(1) 邏輯控制和安全保護裝置由三個邏輯模塊組成, 即起動模塊、合脫排模塊和正常停車、應急停車、系統降負荷控制模塊。

裝置的硬件采用PLC模塊 (SIEMENS S7—200) , 由其程序實現所需的邏輯功能。

系統組成如圖 1所示。

圖 1 系統組成

(2) KAMEWA調距槳數字遙控系統與723電子調速器相配合, 通過控制臺上的控制桿發出螺距設定指令, 系統連續產生主機轉速指令, 螺距設定與主機轉速間的關系由組合曲線確定, 主要實現螺距控制、轉速控制、負荷控制功能。

操作 (螺距/轉速 ) 時, 主機的負荷通過自動調節螺距方式來控制, 對應主機實際轉速的大許可負荷, 由負荷曲線確定。

為防止主機不可接受的快速負荷增加(減小), 負荷增減控制功能可包含在內。

信號線路簡圖如圖2所示。

圖 2 信號線路簡圖

控制臺控制桿發出4～20mA轉速/螺距指令信號進入遙控中央單元, 遙控中央單元經過信號處理輸出轉速指令4～20mA至723電子調速器, 723電子調速器經過數據處理輸出直流電壓控制信號至機旁EGB執行器, 使主機達到指定轉速, 主機飛輪端的MPU測速裝置將轉速信號反饋給 723電子調速器, 形成轉速控制的閉環系統; 同時遙控中央單元輸出螺距控制指令到液壓動力單元激勵螺距控制閥, 使螺距到達指定位置要求, 反饋箱將螺距信號反饋給遙控中央單元, 同樣形成一個螺距控制的閉環系統。

圖2中FPS反饋是指主機燃油齒條位置信號反饋進入遙控中央單元, 主要用于雙機并車時的負荷控制及負荷指示。

2、故障原因分析及排除

分析故障原因步驟如下: 

故障現象直接表現為故障機轉速不穩定, 原因應該從調速系統入手。

檢查調距槳控制桿指令從停車位到全負荷4～20mA正常, 中央單元轉速指令信號4～20mA正常, 無任何信號間斷或丟失現象。

723電子調速器發出直流電壓控制信號在掉速前無任何預兆, 掉速瞬間出現電壓突降, 其余均正常, 并無間斷。

MPU轉速反饋信號4～20mA正常, 轉速控制的閉環系統正常。

由此可判斷柴油機轉速下降是由 723電子調速器瞬時發出降速指令所至, 然而在調距槳控制桿未有降速指令時723電子調速器為何瞬時發出降速指令? 

是否723電子調速器內部故障? 

這是問題的關鍵。

由于723電子調速器引入了集成電路控制, 其功能得到了迅速的擴展, 幾乎可以滿足船舶對動力裝置提出的任何特殊控制要求, 但針對該船用到的電子調速器功能是極其有限的。

注意到有一個 FPS反饋信號 (主機燃油齒條位置信號 4～20 mA ) 進入 723電子調速器 (圖 2) , 此反饋信號只要求在主機燃油齒條行程兩端電流標定值在4～20mA,其功能無特別說明。

于是在反饋線路中串聯一電流表進行監測 (如圖 2) , 在主機額定工況電流接近20 mA, 由于海況變化, 主機瞬時變化油門齒條,電流表顯示突然大于20mA, 在22mA左右, 這時主機掉速, 原因終于找到, 說明 723電子調速器同樣具有負荷控制功能, 當 FPS信號超過 20mA, 就認為柴油機超負荷 , 通過降速形式防止主機過載。

然而該船負荷控制是通過KAMEWA調距槳數字遙控系統調節螺距降負荷控制, 航行降速被視為不安全和不允許, 雙機并車更要求雙機轉速嚴格保持一致, 決不允許一臺機掉速。

因此對 FPS反饋信號標定值要嚴格控制在 4～20mA以內。

由于723電子調速器負荷控制功能沒有直接參與整個系統控制, 結果被管理人員忽視, 容易誤認為723電子調速器內部故障, 其實恰恰相反, 只是723電子調速器對不正常反饋作出的一種保護措施。

由于柴油機并未真正超負荷, 解決方法是重新對FPS反饋信號標定, 并在大風浪中適當控制主機負荷。

經試航故障完全排除。

四、結 論

由于主機在運行中噴油泵、噴油嘴偶件磨損差異; 單缸油量變化; 運行中振動引起緊固螺釘松動等原因將導致總的油門拉桿轉動位置變化, 使齒條格數的電位計數值發生變化 , FPS反饋值發生偏離。

因此輪機人員要加強管理, 定期檢查, 根據具體情況及時測試并調整, 以確保自動控制系統的可靠性。