【船机帮】某轮主机调速器管理分享

调速器是保证柴油机稳定与可靠运转的一个重要部件。

配置船用中速柴油机时应满足有关技术要求：

1)转速能在额定值的40%～105% 范围内调节；

2)足够的工作能力，即调速器应具有推动调油机构以一定的加速度移动的能力，改变喷油泵的齿条位置以调节供油量，从而实现柴油机在所设定的转速下稳定运转的目的；

3)尽可能小的转速波动率、瞬时调速率和稳定时间，以保证调速系统的调节质量和发动机的可靠性，柴油机调速器在工作中会因多种原因而发生故障，一旦发生故障，不仅不能稳定柴油机的转速，相反会导致柴油机运转的不稳定，甚至造成严重的事故。

因此，了解、分析调速器故障产生的机理，是处理调速器故障的前提条件，也是船舶主机稳定运行的根本保证。

本文以某轮主机调速器特定故障为研究对象，分析调速器故障引起主机车速的下降、不能调速及自动停车的机理。

某轮主机为日本阪神内燃机工业株式会社制造的6LU38型四冲程柴油机，功率2100kW，额定转速294r/min，带三翼可变螺距螺旋桨，轴带主发电机。

某次年修时也对调速器进行过保养，当系泊试验正常后，在微风轻浪的海况下正常航行两天后发现主机转速自动下降5%，且不管调速器输入端如何增大无法上调。

抵装货港后，主机转速进一步下降，同时发现停车后启动转速过高，几乎一次性就上升到额定转速，甚至更高(起动稳定转速为 160r/min～170r/min);

另外停车时稍下调就停车，装货离港后，主机转速仍然进一步下降而无法上调，且出现三次主机自动停车，抵卸货港外抛锚时，主机转速已低至无法满足轴带发电机正常发电要求，并随时可能自动停车。(主机调速器型号为日本WOODWARD UG8L 型调速器。)

上述案例主要症状可归纳为: 

1)启动转速过高几乎与运转转速相同，瞬间达到305r/min；

2)运转中速度自动下降，且无法上调；

3)自动停车，转速稍手动下调就停车，似乎负荷稍大就停车。

针对以上三点症状，进行分别分析，逐个排查。

正常情况下，转速自动下降无法上调可能是由油量限制变速或调速范围变迁引起的;

自动停车可能是飞车保护、滑油失压保护或手动应急停车装置出现故障引起;

启动转速过高也可能是转速设定故障的缘故。

进行这样的常规排查处理，既繁琐费时，又难以彻底清查，很容易导致对故障判断的失误。

事实上本案例所述的某轮主机也进行过这样的排查，结果毫无进展。

案例的独特之处在于需要将上述三点症状综合起来分析，找到某个同时导致主机转速自动下降无法上调，启动转速过高，自动停车的故障原因。

通过对主机故障的现象进行分析，确认故障原因发生在调速器上，因为其它的单个故障难以同时导致三种症状的出现。

同时，在对调速器原理、动作流程及结构特征进行全面仔细分析及现场勘察后发现，故障原因就发生在调速器内两颗正常不起作用的螺帽上，即如图1中的螺帽。

图1 调速器的内部结构图

本来螺帽为了保护调速齿条不至于弹出，却由于实际运行中振动、使其松动下移限制了滑阀的动作，而导致故障的发生，其故障过程如下:

1)启动螺帽的下移限制，停车时拉杆上升过高。

根据全制式调速器原理，柴油机起动时，应是飞铁受离心力而外张，顶起压块，由压块通过拉杆将滑阀上移，使油门减小，不至于引起启动转速过高。

图2 调速器的内部结构图

案例中的调速器现状如图2所示，由于飞铁外张，尚未能顶动滑阀拉杆，调速器不能将油门减小，导致起动转速过高。

并且螺帽愈下移限制，其转速就愈高，螺帽由于没有锁紧，调速齿条的反复动作，致使螺帽慢慢下移。

开始时下移量不大，故障症状不明显，当螺帽下移到某一位置时(齿条在额定供油量位置)，螺帽下移到齿条上端面，当手动转动输入杆减小油量时，由于螺帽的下移限制，使减速不是通过减小调速弹簧的压缩弹力，并依靠飞铁的张力将拉杆拉起来，而是直接刚性地拉起调速拉杆，使滑阀打开控制孔，动力活塞下腔油经控制孔泄油，动力活塞向下移动，动力活塞杆与喷油泵油量控制拉杆连接着，动力活塞的下移使油量控制拉杆向减少油量一方移动，油量减少，柴油机转速下降，直接减速。

但由于飞铁和调速弹簧不起作用，滑阀只能靠补偿活塞的下移才能复位，所以严重时，补偿活塞移到底部尚未能将滑阀的控制孔遮闭，这样 的减速会一直进行至停车——所以导致减速引起直接停车。

2)不能调速。

当螺帽下降，使滑阀向油量增大方向的有效行程减少，两者成一定的比例关系。

螺帽下降多少，滑阀的有效行程减少多少。

案例中转速下降开始是5%，最后达到15%多，引起轴带发电机无法正常发电工作，如图2所示，当齿条到额定位置时，此时供油量没有达到额定供油(如果从输入杆调大供油量，齿条已没有行程)，当负荷增加时(如风浪变化、螺距调大)，主机转速就会下降。

正常情况时，飞铁离心力减小，向内收拢，压块下移，带动滑阀下移，油门增大，使主机转速上升，但本案中，调速器拉杆限位螺帽已经下移很多，几乎下移到调速齿条上端面(如图2)，调速器的动作无法使拉杆下移，所以滑阀保持不动，此时调速器失去稳定转速作用，主机处于负荷速度特性状态工作(如图3中的2和3曲线所示)。 

图3 螺旋桨特性曲线图

所以，为了维持原转速只能靠增大输入量，直到调速齿条行程消失，再也无法转动输入杆。

因此，实际运转中呈现出“主机转速自动下降，无法调升”的现象，而且螺帽愈是下移限制就愈是容易出现“自动下降”，输出功率则会进一步降低。

3)自动停车。

这是由两方面引起，一是与前面所述的稍手动减速就导致直接停车相似，因为主机负荷减小，转速上升，飞铁托起托盘使油门减小，造成自动停车；

二是根据前面的分析，主机实际上处于部分负荷速度特性状态下工作，调速齿条在额定油量位置时，不能进行油量增大的调节，且能进行油门减小的调节。

此时，柴油机与螺旋桨的配合如图3所示。

当螺距增大或负荷增加时，螺旋桨的特性曲线会从Ⅰ变化到Ⅲ，而主机处于曲线3的工作状态。

当主机与螺旋桨的配合工作点左移到C点时，主机转速下降到nc，此时如果主机的输出转矩小于螺旋桨转速下的转矩时，主机转速进一步下降，直到主机转速低于最低稳定转速，而使主机自动停车。

案例中轮机员也曾试想调节螺旋桨的螺距来改变主机工况，结果是稍调大螺距，主机转速明显下降，而调小螺距，主机产生自行停车，实际情况也证明了以上分析。

END