【船机帮】电子调速器在船舶柴油机上的使用与维修

时间：2021-11-15

编辑：E航网

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导读

用作柴油发电机组的电子调速器同机械调速器相比具有下列主要优点:

①瞬时转速变化小;

②自动同步运转;

③自动负荷分配;

④对复杂控制要求的适应性好。

除此之外, 电子调速器还有一个优点就是不需要由发动机来驱动, 因此电子调速器广泛应用于船舶辅机上。

例如使用EFC (electric-Fuel-control) 的Cummins V-1710 船用应急发电机。

如今电子调速器已逐步在船舶主机上得到应用, 例如使用DYNA Power Controls 的伯尔根 (BR2 RGEN) 船用主机, 本文以 EFC 电子调速器为例介绍 EFC 电子调速器的结构和使用维修。

一

EFC调速器的结构和工作原理

康明斯 CumminsV-1710柴油机采用的 EFC电子调速器系统结构如图1所示 , 由它们共同组成一套自动调节系统, 其基本组成框图如图2所示。

图 1 康明斯柴油机 EFC 速度控制系统

图 2 电子调速器的基本组成框图

EFC 电子调速器主要包括 1 个电磁传感器 , 1 个调速器控制板, 1 个执行器及其它安装零件。

作为船舶辅机要使发动机的转速一定以维持稳定的供电频率 , 但当用电负荷发生变化时 , 其供油量也应随之发生变化以保持转速不变。

当发动机因外载负荷变化而发生转速改变时 , 电磁传感器便从柴油机飞轮上拾取与飞轮转速变化相应的频率变化信号, 并传送给调速器控制板, 其电磁传感器的波形图如图 3 所示。

图 3 转速传感器波形图

在调速器控制板中的运算器根据发动机工作速度设定值, 调速率以及当前工作转速, 通过改变 EFC执行器电压的大小, 控制执行器来改变发动机的柴油供给量, 使其转速稳定在要求范围内, 相应的发电机输出的电压和频率保持在正常的范围之内, 即 EFC 执行器电压为零时, 如图 4 所示, 执行器件 1 上的供油口 (以下称“开口”) 闭合 , 电压愈大, 执行器的供油开口愈大, 供给柴油机的柴油量愈多, 最终影响柴油机的转速变化, 达到用电设备的工作要求。

图 4 执行器的构造

二

EFC电子调速器的调试

柴油发电机组在出厂时, 电子调速器调整系统都已调整好, 安装试机时无特殊情况无须再调, 如果柴油发电机组发生故障需要检修或调速系统需要更换元器件等情况, 需对 EFC 电子调速器进行调整。

EFC 电子调速器控制板上有 4 个供运行系统调整用的电位器, 它们分别是怠速旋钮、运行旋钮、增益旋钮和转速降旋钮。

1.启动前预调

(1) 将调速板上 IDL E RUN (怠速运行) 开关置于 IDL E (怠速) 位置上。

(2) 在调速板上将 IDL E - speed 怠速调整电位器调到中间位置 , 即将该电位器逆时针方向旋转 20 圈 , 再顺时针方向旋转 10 圈即可。

(3) 将 RUN - speed 运行速度电位器调到中间位置 , 先逆时针旋 20 圈 , 再顺时针方向旋 10 圈即可。

(4) 将 GAIN 增益电位器调到中间位置, 即指针指到 50。

(5) 将 DROOP 调速率电位器逆时针旋到底 , 即调速率为 0 , 若调速率要求 3 %时 , 预先调到指针指向 40 位置 , 若调速率要求 5 %时 , 则预先调到指针指向 80 位置上, 如果要求其它调速率 , 则按此比例预先调到相应位置上。

2. 运转后的调整

(1) 将 IDL E RUN (怠速运行) 开关 , 扳向 I2 DL E (怠速) 位置 , 启动柴油机。

(2) 调整调速板上的 IDL E - speed (怠速电位器) 将转速调到 600～650r/ min。

(3) 将 IDL E RUN (怠速运行) 开关, 扳向 RUN (运行) 位置 , 再将调速板上的 RUN - speed 运行转速控制电位器至空载转速, 不同的转速降所要求的空载转速如表 1 所示。

3.调速率调整

(1) 柴油发电机组运行后, 合上供电开关, 加上额定功率负荷。

(2) 检查频率表指示的频率是否为 50Hz。

1) 如果频率小于 50Hz, 则逆时针方向缓慢转动调速板上的DROOP调速率电位器, 直至频率调至50Hz。

2) 断开供电开关卸去全部负载, 检查空载转速是否符合要求, 若不符要求, 调整调速板上的RUN2speed 运行电位器至空载转速为额定值。

3) 再次合上供电开关, 输出额定功率, 频率表应为 50Hz , 若不是 50Hz , 则重复上述步骤, 通常进行 2～3 次的连续调整方可达到要求。

4) 当只有部分负荷时 (无法得到全负荷) 可用下式计算出在得到的局部负荷下的运行转速及转速降。

式中 : Sal为在可得到的负荷下的转速;

Sf1为在全负荷下的转速;

Sn1为无负荷转速。

例如可得到的负荷为 400 kW, 额定负荷为 500kW, 在全负荷下的转速为 1800 r/min, 无负荷转速为 1854 r/ min , 在可得到的负荷下的转速为:

4.增益调整

(1) 通过上述调整之后, 合上供电开关, 给机组加上 1/4 额定负荷。

(2) 经过观察确认柴油机的转速是稳定的, 按顺时针方向缓慢转动 GAIN 增益电位器, 直到发动机运转不稳定为止。

(3) 反时针方向转动电位计, 慢慢转动直到转速稳定为止。

(4) 再继续反时针方向把增益电位器多转 1/2 格。

5.转速微调

通过上述各项调整后, 柴油机在正常运行时, 上面已调定的电位器就不要再动, 若在使用过程中需要调整转速至额定值 (通常为1500 r/min) 仅需调整调速板上外接的微调电位器 , 可调范围为±100r/ min以内。

三

使用中的注意事项及维修

(1) 由于该电子调速器是靠电池 24 V 直流电源供给, 因此当蓄电池电压低于正常值时 , 调速器控制板将停止工作。

(2) 电磁传感器是电子调速器 EFC 的速度感应元件, 一旦转速信号丢失或不正常, EFC 也将停止调速功能而停止发动机, 因此电磁传感器必须正确安装和维护, 必须保证传感器顶端与齿圈上齿顶端的距离为0. 71～1. 07 mm , 安装的方法是先把电磁传感器拧到与飞轮齿圈接触时为止, 注意操作时用力不要过大, 再把电磁传感器拧回 (退出) 1/ 2～3/ 4 圈即可。

(3) 当启动发动机时电磁传感器信号电压若小于交流1. 5 V, 应检查传感器顶端是否清洁或可通过拧进传感器 1/ 8～1/ 4 圈进行调整, 直到符合规定为止。

(4) 在 EFC 电子调速器中唯一的机械零件就是执行器, 由于使用过程中负荷不断地变化 , 因此执行器钢制传动轴将随负荷的改变而不停地转动, 去适应负荷的变化, 从而改变供油量稳定频率, 但因长期急剧转动, 执行器铝制外套也会发生不同程度的机械磨损 , 该磨损使油泵向发动机供油途中产生泄漏 , 并随着发动机温度的提高, 执行器泄漏量也会增大。

EFC 调速执行器电压的改变已不能精确控制执行器供给发动机的柴油量, 造成燃油供给量过多而发动机失控, 引起发动机超速运行。

如果执行器磨损达到极限, 造成泄漏量超过发动机额定转速, 则发动机启动后会立即使超速保护装置动作而停车。

(5) 由于执行器装于 PT 泵的内部, 受空间限制, 驱动电动机功率小, 当使用的柴油不清洁或维修保养不当, 造成杂物和微小颗粒进入发动机的燃油系统内, 并进入到执行器中, 就会卡住执行器, 妨碍其正常转动。

如果执行器在开口最小位置卡住, 则发动机仅能维持怠速动转, 没有高速, 有时会因供油量不足引起启动困难, 甚至不能启动。

如果执行器在发动机高怠速 (1800r/ min) 空负荷位卡住, 发动机就会一直维持高怠速运转, 当工作时负荷加大, 执行器不能提供相应的柴油供给量时, 发动机转速就立即下降, 直至停车。

如果执行器在最大开口位置卡住, 柴油供给量超过发动机额定转速供给量, 则发动机启动后立即达到高速使超速保护装置动作。

(6) 使用过程中必须保持柴油清洁, 燃油系统中若进入污染物, 也会加剧执行器外套的磨损或卡滞, 使执行器发生故障。

电子调速器是一个动力机电一体化的柴油机调速系统, 只有按照机电一体化途径, 从机械、电子、液压控制多方面去分析研究, 才能更好地使用维护电子调速器。