【船机帮】16V240ZC型柴油机电子液压式调速器故障浅析

723Plus+UG电子液压式调速器在16V240ZC型船用柴油机上获得了广泛的应用并取得了良好的控制效果。

针对该型号的调速器在实际使用过程中遇到的一些典型问题及解决过程进行了阐述。

Woodward公司的723Plus+UG电子液压式调速器作为柴油机的控制设备,在 16V240ZC型柴油机上已有70多套配机使用。

图1 16V240ZC型柴油机

主要应用在由16V240ZC型柴油机驱动的绞吸式挖泥船的液压泵站、高压发电机组、舱内泵及船用主发电机组。 

电子液压式调速器主要由三部分组成:

转速传感器、控制器 (723Plus) (见图1)和液压执行器 (UG) (见图2)。

图2 电子调速器工作原理

在723Plus面板中下部有6个指示灯。

其中Power OK为绿色指示灯,在723Plus加电以后会点亮,表示电源已经接通,随后 723Plus会对自身的硬件系统进行自检,自检通过后(加电后大约45s) , 绿色的CPU OK指示灯会点亮。

LED#1和LED#2为红色指示灯,在723Plus已经加电而柴油机尚未起动时处于点亮状态。

如果723Plus加电后上述的4个指示灯都处于点亮的状态,就表示723Plus+UG的电子液压调速器已经处于工作状态,允许柴油机起动。

柴油机开始起动后,一旦两个转速传感器能够检测到柴油机的转速,LED#1和LED#2两个指示灯会自动熄灭。 

转速传感器对柴油机的转速进行实时采集,生成一个交变的电压信号并传送给 723Plus, 由723Plus对交变电压信号的频率进行计算 ,得到柴油机的实际转速,并将实际转速与723Plus内部的设定转速进行对比 ,然后计算出UG的控制信号并传送给UG控制喷油泵齿条位移 (原理图见图3)。

图3 调速器原理图

由于采用了数字电子技术,相对于传统的液压式调速器,整个调速系统的响应时间极大缩短,动态和静态的控制精度更高,且更便于实现遥控和自动控制。

从整体来看, 723Plus+UG的电子液压式调速器质量比较可靠,能够在船上恶劣的环境下长期稳定运行。

但是在使用过程中也出现一些故障。

以下就该型号调速器使用过程中发生的几个典型故障的解决过程进行简单介绍。

1.案例一

2007年8月 ,某船报告一台16V240ZC型柴油机无法起动。

到达现场后,首先按照正常步骤起动柴油机来观察调速器状态。

柴油机的空气马达带动柴油机运转后,按照正常情况, 723Plus上的LED#1和 LED#2两个红色的状态指示灯应该熄灭,这两个状态灯熄灭则表示723Plus所连接的两个转速 传感器检测到了柴油机的转速,如果常亮则表示没有转速信号输入。

该船出现故障柴油机的723Plus的指示灯在开始起动柴油机后常亮,所以初步判断为 723Plus没有检测到柴油机的转速。

为了进一步判断723Plus是否有转速输入,用电脑通过Woodward公司提供的软件与 723Plus进行连接,再次起动柴油机,通过软件观察发现723Plus确实没有转速信号输入。

拆下723Plus上的转速传感器连线, 将万用表并联在连线的两端测量起动柴油机时传 感器线路的电压,发现没有电压信号。

将装于柴油机输出端的转速传感器拆下,用万用表测量转速传感器的阻值分别为220Ω和218Ω。

根据Woodward的资料,正常的传感器阻值在200～220Ω,所以传感器没有发生故障。

此时基本判断是由于转速信号没有传输到 723Plus造成的故障,但从转速传感器到 723Plus, 线路分成数段,需要逐段判断线路的状态。

当将转速传感器装回传感器支架时,发现柴油机的机体输出端端面上有白色的物质,询问船员得知是由于采用海水做冷却介质的中冷器曾经发生泄漏,海水流到输出端后蒸发留下的。

因为海水是导电的,而从转速传感器到线槽的连接电缆采用的是金属层包络的屏蔽线,但并不防水。

因此拆下两个转速传感器与线槽之间的连接电缆,用万用表试着测量电缆中两根线芯之间的通断,发现两个线芯之间存在通路。

由此可以判断,由于中冷器泄漏,海水流到并 不防水的电缆上造成了转速传感器的短路,起动柴油机时723Plus不能检测到柴油机转速 ,导致柴油机不能正常起动。

将转速传感器与线槽之间的连接线缆更换为防水的双绞屏蔽线后,柴油机能够正常起动工作。

2. 案例二

2008年12月,某船报告一台16V240ZC型柴油机无法起动。

在此前曾经出现过几次工作中突然停机的情况。

到达现场后,首先起动柴油机观察调速器状态。

起动柴油机时, 723Plus上LED#1和LED#2两个信号灯熄灭,表示在起动柴油机时,调速器的转速传感器能够检测到柴油机的转速 ,但是UG无动作。

因为电子液压式调速器以相对简单的电气线路连接,所以本着先易后难的方法,先排除电气线路可能存在的故障。 

首先脱开723Plus与UG的连接线,测量UG 的阻值为20Ω,然后在UG上脱开连接电缆直接从UG的接线柱上测量阻值为20Ω。

UG的阻值正常范围在20Ω左右。

两次测量的阻值相等,则可以判断从723Plus到UG的线路没有故障。 

接下来检查723Plus到UG的信号输出。

723Plus输出到UG的信号为直流0～200mA,但是由于直接在线路上不便于串联一个万用表进行测量,所以将一个阻值与UG相当的电阻(25Ω)并联在723Plus控制信号输出端上。

起动柴油机后, 723Plus会按照设定好的起动油量来向UG发出控制信号。

此时结合起动油量设置和电阻两端电压的变化就可以判断出控制信号是否正常。

起动柴油机后测量电阻两端电压最大为5V并持续至起动结束,根据723Plus内部软件设置的参数来看 ,如果空气马达带动柴油机转动后,柴油机没有发火,则723Plus会不断增加供油量,所以控制信号会在一小段时间内增大到最大值,并持续到起动结束。

所以可以判断, 723Plus的输出信号也是正常的。

至此已经可以知道调速器所有关键的电气线路都不存在问题。 

因为在线路上没有问题,所以应该考虑问题出现在其他与 UG有关的机械部分。

首先用扳手试着拉动柴油机的控制机构,发现控制机构动作灵活 ,并逐个检查各个喷油泵的齿条,也没有卡滞现象,于是重新将检查重点放在了UG上。

由于UG 是个接收电信号的液压执行器,需要将电信号和液压动作结合在一起来使UG动作。

因此推测有可能是UG的液压部分出现了问题,而液压部分的动力来自于柴油机的调控传动装置,所以需要将UG从调控传动装置上拆下来。

当拆下UG后发现,UG与调控传动装置的连接轴套的花键已经完全磨光。 

用手盘动UG的输入轴,发现存在卡滞现象。

因此可以推断,当UG的输入轴出现卡滞,而柴油机又恰好处于工作或起动状态,调控传动装置会强行带动UG运行,且由于UG输入轴的硬度大于轴套的硬度,所以会逐渐将轴套上的花键磨光,当部分花键被磨光时,调控传动装置有时会因为没有花键的啮合而无法带动UG运行,导致运行中突然停机。 

直到最后轴套上所有花键磨光后,导致柴油机无法起动。

重新更换调控传动装置的轴套和UG后,柴油机的工作恢复正常。

3.案例三 

2009年2月,某船进行调试,两台16V240ZC 型柴油机做为船用主电站的原动机使用。

在调试过程中发现其中一台柴油机存在怠速时游车的情况。

首先试图从软件方面来纠正怠速游车,使用Woodward公司提供的软件将电脑与723Plus连接后 ,发现补偿值为0.30,将补偿值增加到0.55后能够消除怠速游车的现象。

但是当第 2天重新起动柴油机或柴油机运行较长时间后,仍然会在怠速时出现转速不稳定的现象。

为了排除怠速游车,首先对柴油机控制机构和喷油泵齿条进行了检查,结果没有发现运动部件有卡滞现象。

然后又对怠速状态下的游车进行了仔细观察 ,发现如果设定一个较低的补偿值,柴油机在冷态起动后怠速时会发生游车现象,但是当柴油机的油水温度上升到 30℃以上后,游车现象逐渐减轻,直至完全消失,而且柴油机运行较长时间后降回到怠速,仍能保持转速波动在±3转。

由于补偿值决定的是UG的响应速度,所以当补偿值变化时,影响到的是UG的动作。

因此判断可能是在液压部件的稳定性存在问题,而能够影响液压部件稳定性的一个重要因素就是液压油的黏度。

了解到UG所用的油从柴油机进行出厂试验时进行灌装后,一直在UG内存放到开始在船上进行调试。

从柴油机出厂试验到开始进行船厂调试大约有多半年的时间,而船厂对柴油机的保存并不是非常妥善。

所以估计UG内的油存在一定程度的变质问 题 ,同时2月时船厂所在地的温度比较低,白天气温在10℃左右。

当温度较低时, UG中的液压油黏度比较高,所以需要一个稍大的补偿值来维持整个系统稳定,但是当油温升高、油的黏度下降时,补偿值高又会造成系统的不稳定。

由于每次起动柴油机时, UG的油温、油的黏度也会有差异,所以UG 的补偿值也会不同。

由于这两个原因的共同作用, 可能导致柴油机在怠速时转速不稳定。 

于是参照Woodward关于调速器油的选型说 明,重新为UG更换了适用温度范围比较宽、低温性能比较稳定的油品后 ,柴油机怠速游车现象消除。

END