【船机帮】船用柴油机气动操纵系统故障判断和处理的一般方法

目前 , 大型低速船用柴油机的操纵系统广泛采用的是气—电式 (如 SULZER RTA 和 MAN B&W MC) 。

从驾驶台到集控室是电子控制系统 (如 SIEMENS DIFA41 和 SIMOS RCS51) , 而集控室和机旁应急控制为气动控制系统 , 或采用全气动控制系统 (如 B&W LMCE 等) , 不论哪种型式的操纵系统 , 完成的逻辑功能基本相同, 而且其控制阀件多, 逻辑关系复杂, 一旦某种环节出现问题, 很难快速准确地找到症结, 令很多轮机员感到头疼。

1.准确确定故障的现象

一般来说, 主机操纵系统故障有启动故障和换向故障两大类, 不论哪种故障, 在采取进一步措施前, 必须在不同的操纵部位 (机旁、集控室和驾驶台) 进行测试, 以进一步确定在哪个部位操纵不能启动或换向。

表 1 和表 2 分别给出了换向和启动故障分类表。

在确定了表 1 或表 2 所列出的某一类故障后, 就可以排除与之无关的部分阀件故障的可能性。 

2.根据故障现象和系统特点制定测试方案

在准确确定了故障的类型之后, 就可以按照系统的结构特点和故障现象制定有针对性的测试方案, 制定合理的测试方案是整个测试、判断和处理的关键, 而且随着测试的进一步深入和所观察到的不同现象, 应当不断地修改测试方案, 最终找到故障的真正原因。 

3.系统测试的方法

测试时, 至少需要两个人的默契配合, 一个人操作, 一个人进行观察和测试。 

测试的一般方法如下:

 (1) 测试前, 首先关闭空气瓶的出口阀和主启动阀、空气分配器的控制空气截止阀等, 防止柴油机空气启动。

 (2) 测试安全系统是否正常, 确认安全系统正常后, 必须将安全系统的控制空气关闭, 使之不再起作用。否则, 将直接影主机停油控制部分的测试。

(3) 根据测试方案, 反复进行启动或换向操作, 并注意观察换向阀、空气分配器换向气缸、启动控制阀、慢转启动控制阀、高压油泵拉杆等动作是否正常 (必要时松开空气连接管, 看是否有控制空气) 。

如果发现异常, 应拆检相应的阀件或与之相连的其它控制阀件。

通过这种方法可以检查出大部分阀件的故障。 

(4) 如果上述阀件无异常, 应进一步检查具有泄放功能的阀件 (如换向阀、换向—启动连锁阀、启动阀、停车阀等) 。

在反复启动或换向操作时, 观察是否泄放, 如果有泄放应检测延迟泄放的时间 (换向后、启动一停车后或正倒车—停车后的延迟泄放的时间) 。

延迟时间的检查非常重要, 它间接测试了与之相连的单向节流阀的节流时间。

系统中所有的单向节流阀的节流时间都是严格限定的, 过大或过小都会对整个系统造成影响。

很多操纵系统的故障就是这些单向节流阀的节流时间过大 (节流通道堵塞) 或过小 (密封件破损) 造成的 , 这类故障不容易被察觉, 判断起来困难, 因此应当引起轮机管理人员的足够重视。

(5) 根据故障类别对相关的调压阀、启动油量—设定油量切换阀 (采用电子调速器的操纵系统无此阀) 等进行检查和测试, 必要时应进行调整或拆检。

某轮主机操纵系统 (B&W 5L60 MCE 无驾驶台遥控) 长期存在如下故障 : 

(1) 机旁应急控制可以实现空气启动, 但不供油发火。

(2) 集控室可以实现启动但空气耗量过大。

该船曾在各港停泊时, 多次邀请地方维修厂的技术人员登轮检查, 拆检了部分阀件, 但没有解决问题, 故障依旧, 直接影响船舶安全。

我们对该轮的主机操纵系统进行了检查, 判断和处理的过程如下。

1.核实故障现象

经我们亲自上船操纵和观察: 

在机旁控制台上燃油手轮能够拉动各缸高压油泵齿条达到供油位置; 

换向手柄能使各缸高压油泵滚轮换向气缸和空气分配器换向气缸动作; 

启动按钮也能使柴油机启动并达到启动转速 , 但奇怪的是每次启动都不能使柴油机发火运转。

很明显, 故障属于表 2 第 3 项的第 2 种类型。

而在集控台遥控操纵时, 按正常操作程序也只能实现空气启动而不能发火运转, 因此, 每次启动主机必须故意将操纵手柄在“启动”位置多停留数秒 (3～4 s) , 然后再推向供油区间方能发火运转, 启动空气耗量大增。

2.对有关控制阀件测试

根据系统的特点和故障现象制定了有针对性的测试方案。

准备工作完成后, 按照测试方案进行测试, 发现如下现象: 

(1) 集控室操纵或机旁应急操纵换向和启动时, 完成燃油滚轮换向的气缸仍然停油, 供油的时刻是由阀 24 的节流延时时间来控制的 , 即各缸高压油泵气动停油装置在阀 24 延时后放气开始供油。 

(2) 经测量, 单向节流阀 24 的延时节流时间为7s , 单向节流阀 32、35 的节流时间都是1.5s 。 

3.初步故障分析和处理

按照测试的现象, 单向节流阀 24 的节流延时时间直接控制着柴油机空气启动后的供油时刻, 此阀的延时时间过长是导致机旁无法启动主机的直接原因, 解体阀 24, 发现节流孔道有很多微小颗粒, 清洗装复后重新调整延时时间 (3s) , 同时将阀 32 和 35 的节流时间调整到 1s。 

经过上述处理后试车, 集控室和机旁启动可以实现。

集控室操纵时, 不必在“启动”位停留过长的时间就可完成启动, 此外由于阀 32 和 35 的节流时间减少到 1s , 空气耗量也可减少。

因为机旁和集控室操纵使阀 24 节流延时的时刻不同 (机旁操纵是松开启动阀 101 后开始延时, 而集控室操纵是手柄放在“启动”位就开始延时, 必然会造成机旁无法启动主机, 而集控室操纵尚可启动主机, 但付出的代价是必须将手柄放在“启动”位置的时间长一些 (一般要停留 3～4s) , 使启动空气耗量大大 增加, 否则就会出现启动失败现象。 

4.再次检查和处理

故障现象虽然消除了, 但种种故障现象和观察到的某种情况, 却引起了我们进一步的思考和研究: 

故障现象是如何形成的, 为什么高压油泵气动停油装置受阀 24 的延时控制, 为了船舶安全, 不留任何隐患, 决定在该轮回国后, 再次检查。

后来, 经再次检查发现阀 14、15 与说明书给出的状态完全相反, 即阀 14、15 安装正确, 但说明书却画反了, 说明书中画出的阀 12 是正确的, 来自阀 14 的控制空气 (倒车换向空气) 应当接到阀 12 的 输入端 4 , 来自阀 15 的控制空气 (正车换向空气) 应当接到阀 12 的输入端 1 , 但实际的安装正好相 反 , 由于这种错误安装, 其结果是: 

在阀 24 的节流延时时间内, 无论燃油滚轮完成正车换向还是倒车换向, 阀 12 都处于导通状态, 主机仍然处于停油状态 (控制空气通过阀 14、15、12、128 使高压油泵停油) , 高压油泵供油的时刻必然受节流阀 24 的延时时间来控制, 这与上次初步测试的结果完全吻合。

从操纵系统的基本功能出发, 上述现象完全违背了“换向完成供油, 而换向失败停油; 换向手柄与燃油滚轮换向的位置不一致时停油”的准则。

节流阀 24 的基本作用有二: 

其一是主机空气启动后延时 3s 再泄放燃油滚轮换向的控制空气, 以确保主机空气启动时 (主机转动后) 完成各缸燃油滚轮的换向;

二是该阀与阀 14、15、12 配合以确保完 成燃油滚轮换向的气缸允许供油, 否则不允许供油, 换句话说就是没有完成换向的气缸不允许供油, 或者是当车钟手柄与所有缸的燃油滚轮位置不一致时必须停油。

因此柴油机空气启动后的供油时刻不应当受节流阀 24 的延时时间控制, 而是受各缸燃油滚轮换向的实际状态来控制的。

因此节流阀 24 延时 3 s 的目的是为了保证各缸燃油滚轮的充分换向, 而不是控制供油时刻。

单向节流阀 32 和 35 的作用是: 

启动指令撤消后, 延时 1s 泄放阀 117 和阀 27 , 使处于启动位置的气缸继续保持空气启动 1s (此时是油气并进) , 提高启动成功率。

如果该阀的节流延时时间过长, 必然会造成启动耗气量的增加。 

经过上述分析, 将各缸阀 12 的输入端 1 和 4 对调后, 重新试车正常, 空气启动后的供油时刻是由各缸燃油滚轮换向的实际状态来决定的, 不受节流阀 24 的延时时间控制, 系统的故障得到了根本性解决。

主机操纵系统的复杂性决定了故障判断和处理的难度, 系统出现故障后, 首先应当在不同的操纵部位进行操作以准确确定故障现象; 根据故障现象和系统的结构特点确定合理可行的测试方案; 

测试时, 必须按照合理的步骤循序渐进地进行。

此外, 在日常维护和管理中还应注意以下几点。 

(1) 加强对空气滤器、传动装置的润滑点和干燥装置的管理。 

(2) 定期测试各种具有节流延时功能的阀件, 如果发现延时时间变长, 必须进行清洗。

(3) 拆检阀件时, 必须小心谨慎, 注意拆装的顺序。

拆装阀件时不要将标号牌搞乱或弄丢, 没有标号牌的阀件要用油性笔标出标号, 以方便以后的查找和拆检。

END