張智慧

摘 要：以某船離港時(shí)電控主機(jī)起動(dòng)失敗為例，介紹5RT-flex58T-D二沖程共軌柴油機(jī)起動(dòng)過(guò)程，分析啟動(dòng)失敗原因，為該型主機(jī)起動(dòng)操縱系統(tǒng)的日常管理提供借鑒。

關(guān)鍵詞：5RT-flex58T-D 二沖程共軌柴油機(jī)；電控主機(jī)；啟動(dòng)閥；FCM-20模塊

0 前 言

船舶經(jīng)常在各種復(fù)雜條件下航行，特別是進(jìn)出狹水道、港口，靠離碼頭時(shí)的機(jī)動(dòng)航行，要多次改變航速及航向，主機(jī)需要頻繁地進(jìn)行正倒車操作。為保證航行安全，船舶主機(jī)應(yīng)當(dāng)具有可靠、穩(wěn)定的正倒車起動(dòng)能力，輪機(jī)員必須充分掌握船舶主機(jī)的操縱性能。隨著電控船舶主機(jī)的出現(xiàn)，船舶主機(jī)的操縱系統(tǒng)由氣動(dòng)操作向微機(jī)控制電氣操作發(fā)展，操作系統(tǒng)越來(lái)越抽象化，對(duì)輪機(jī)員的理論水平提出更高要求。除此之外，各港口國(guó)政府嚴(yán)格和廣泛地采取措施，對(duì)抵港船舶實(shí)施PSC檢查，若發(fā)現(xiàn)船舶主機(jī)存在重大缺陷而不適航，將發(fā)出警告并要求限期解決或滯留船舶，船公司因此承擔(dān)船期損失和高昂的修理費(fèi)用，甚至還會(huì)被列入“黑名單”而導(dǎo)致名譽(yù)受損。因此，熟練掌握電控主機(jī)的起動(dòng)、換向及操縱機(jī)構(gòu)的性能并能及時(shí)排除故障，對(duì)輪機(jī)的安全管理是至關(guān)重要的。

1 問(wèn)題描述

某船采用瓦錫蘭5RT-flex58T-D二沖程共軌柴油機(jī)作為船舶主機(jī)，在某航次準(zhǔn)備滿載離港前，由駕駛臺(tái)操縱主機(jī)進(jìn)行起動(dòng)試驗(yàn)，當(dāng)操縱手柄處于正車位置時(shí)，主機(jī)無(wú)反應(yīng)，曲軸轉(zhuǎn)角指示在198°；當(dāng)操縱位置轉(zhuǎn)到集控室，再次進(jìn)行正車操縱時(shí)，主機(jī)仍無(wú)反應(yīng)，曲軸轉(zhuǎn)角指示不變，而主機(jī)起動(dòng)連鎖各項(xiàng)處于正常工作位。隨即進(jìn)行倒車起動(dòng)，主機(jī)仍然無(wú)轉(zhuǎn)速，倒車起動(dòng)失敗。于是，引航員以船舶重要設(shè)備發(fā)生故障不適航為由，取消該船離泊計(jì)劃。

2 RT-flex電控主機(jī)起動(dòng)原理

瓦錫蘭5RT-flex58T-D二沖程共軌柴油機(jī)，額定轉(zhuǎn)速105rpm，額定功率109 00kW，正車發(fā)火順序?yàn)?—4—3—2—5，發(fā)火間隔角72°CA。如圖1所示，該型主機(jī)的起動(dòng)控制系統(tǒng)主要由起動(dòng)控制電磁閥1和2、主起動(dòng)閥3、先導(dǎo)電磁閥4、氣缸起動(dòng)閥5和單缸控制模塊FCM-20組成。當(dāng)主機(jī)起動(dòng)指令發(fā)出后，遙控系統(tǒng)通過(guò)總線給出一個(gè)起動(dòng)信號(hào)，起動(dòng)電磁閥1和2就分別從控制模塊FCM-20#1和FCM-20#2得到電信號(hào)處于工作位，控制空氣打開主起動(dòng)閥3 。由主空氣瓶過(guò)來(lái)的約3MPa左右的壓縮空氣進(jìn)入起動(dòng)空氣總管等待，各缸的FCM-20會(huì)根據(jù)其曲柄所處位置和發(fā)火順序，發(fā)出控制信號(hào)使先導(dǎo)電磁閥4依次得電處于工作位，打開氣缸起動(dòng)閥，壓縮空氣進(jìn)入氣缸，推動(dòng)活塞使曲軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)速達(dá)到發(fā)火轉(zhuǎn)速時(shí)，燃油噴入氣缸發(fā)火，同時(shí)先導(dǎo)電磁閥3、起動(dòng)控制電磁閥1和2失電，氣缸起動(dòng)閥和主起動(dòng)閥關(guān)閉，主機(jī)起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。

在起動(dòng)過(guò)程中，壓縮空氣一般在曲柄位于上止點(diǎn)后5°CA進(jìn)入氣缸，當(dāng)曲柄位于上止點(diǎn)后110°CA時(shí)，氣缸起動(dòng)閥關(guān)閉。各缸曲柄位置通過(guò)角度編碼器計(jì)算得來(lái)，角度編碼器自動(dòng)計(jì)算1號(hào)缸的曲柄位置，然后通過(guò)發(fā)火順序和發(fā)火間隔角得出其他各缸的曲柄位置，并通過(guò)總線送到各FCM-20模塊，F(xiàn)CM-20模塊根據(jù)各缸曲柄位置自動(dòng)控制氣缸起動(dòng)閥的關(guān)閉和開啟。

3 故障排除

3.1 原因分析

結(jié)合RT-flex共軌柴油機(jī)起動(dòng)原理和問(wèn)題描述可知，出現(xiàn)該種現(xiàn)象是因?yàn)樘幱诎l(fā)火位置的氣缸起動(dòng)閥沒(méi)有打開，壓縮空氣不能進(jìn)入氣缸推動(dòng)活塞下行，從而導(dǎo)致主機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中無(wú)轉(zhuǎn)速。導(dǎo)致氣缸起動(dòng)閥打不開的主要原因是：

A. 控制系統(tǒng)故障，包括軟件和硬件；

B. 執(zhí)行閥件故障，包括氣缸起動(dòng)閥、主起動(dòng)閥、各控制電磁閥。

由于控制系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜且其穩(wěn)定性相對(duì)較高，因此在故障排查過(guò)程中應(yīng)從相對(duì)簡(jiǎn)單的執(zhí)行閥件開始。在排查故障的過(guò)程中，當(dāng)給出正車指令時(shí)，主起動(dòng)閥動(dòng)作處于打開狀態(tài)，說(shuō)明起動(dòng)電磁閥1、2和主起動(dòng)閥正常，接下來(lái)需要檢查處于發(fā)火位置的氣缸起動(dòng)閥和控制電磁閥。

3.2 故障氣缸的確定

根據(jù)控制顯示屏上的曲軸位置，可以快速確定處于發(fā)火角度的氣缸，具體過(guò)程如下：在瓦錫蘭RT-flex共軌柴油機(jī)中，曲柄位置是利用角度編碼器進(jìn)行測(cè)量的，當(dāng)測(cè)得某缸的曲柄位置時(shí)，利用發(fā)火順序和發(fā)火間隔角即可得到其他各缸的曲柄位置。5RT-flex58T-D電控主機(jī)的正車發(fā)火順序是1—4—3—2—5，倒車發(fā)火順序?yàn)?—5—2—3—4，發(fā)火間隔角為72°CA，如圖2所示。

角度編碼器測(cè)量的是NO.1缸的曲柄位置，在起動(dòng)過(guò)程中，各缸的氣缸起動(dòng)閥在該缸活塞位于上止點(diǎn)后5°CA打開，壓縮空氣開始進(jìn)入氣缸，上止點(diǎn)后110°CA氣缸起動(dòng)閥關(guān)閉，因此可以得出NO.1缸活塞在上止點(diǎn)后5°CA～110°CA為該缸氣缸起動(dòng)閥的持續(xù)開啟角度。同理可以得出其他各缸的氣缸起動(dòng)閥開閉時(shí)刻，如表1所示。表1中，為便于分析，倒車時(shí)的曲軸角度仍按正車進(jìn)行計(jì)算，從而保證曲軸所處位置不變。

根據(jù)問(wèn)題描述，當(dāng)正車時(shí)，控制屏上顯示的曲軸角度為198°CA，從表1可知，NO.3缸處于氣缸起動(dòng)閥開啟位置；當(dāng)進(jìn)行倒車時(shí)，NO.2和NO.5缸處于氣缸起動(dòng)閥開啟位置，其中NO.2缸處于主要作用位置。由此初步判斷是NO.2和NO.3氣缸的起動(dòng)閥或先導(dǎo)電磁閥出故障。當(dāng)分別給出正車和倒車命令時(shí)，發(fā)現(xiàn)NO.3和NO.2氣缸的先導(dǎo)電磁閥4均有動(dòng)作；當(dāng)命令結(jié)束時(shí)，電磁閥4有氣體泄放的聲音，從而初步判斷是NO.3和NO.2氣缸的起動(dòng)閥出現(xiàn)問(wèn)題。根據(jù)表1，利用盤車機(jī)將曲軸位置分別盤車到5°CA、77°CA、293°CA，正車起動(dòng)主機(jī)，主機(jī)有轉(zhuǎn)速，因此確定是NO.3和NO.2氣缸的起動(dòng)閥故障導(dǎo)致該問(wèn)題的發(fā)生。

3.3 問(wèn)題解決

故障確定后，由于時(shí)間緊迫，船員將備品庫(kù)中的兩個(gè)備用氣缸起動(dòng)閥裝機(jī)，同時(shí)將NO.3和NO.2缸的起動(dòng)先導(dǎo)電磁閥換新，將曲軸位置盤車到198°CA，進(jìn)行正倒車起動(dòng)，發(fā)現(xiàn)主機(jī)仍無(wú)轉(zhuǎn)速，而倒車起動(dòng)正常。由于換裝的氣缸起動(dòng)閥是使用過(guò)的舊備件，而非新備件，無(wú)法確定安裝在NO.3缸的備用氣缸起動(dòng)閥是否正常，將NO.1和NO.3缸的氣缸起動(dòng)閥對(duì)換，試車發(fā)現(xiàn)，曲軸位置在198°CA可以正車起動(dòng)，根據(jù)表1，盤車至30°CA時(shí)，正車無(wú)轉(zhuǎn)速，確定備用氣缸起動(dòng)閥存在問(wèn)題，對(duì)原NO.3缸氣缸啟動(dòng)閥進(jìn)行拆檢裝復(fù)，主機(jī)試車成功，故障排除。事后，對(duì)備用氣缸起動(dòng)閥拆檢發(fā)現(xiàn)，該閥在裝復(fù)時(shí)，閥芯活塞環(huán)安裝錯(cuò)誤，使該閥閥芯卡死在關(guān)閉位置。

4 總 結(jié)

此次主機(jī)起動(dòng)失敗主要是由氣缸起動(dòng)閥故障引起的，而造成氣缸起動(dòng)閥故障的主要原因是起動(dòng)空氣中帶有大量的碳渣、水等雜質(zhì)，使氣缸起動(dòng)閥卡死在關(guān)閉位置。從此次主機(jī)故障處理中可以發(fā)現(xiàn)，由于備用氣缸起動(dòng)閥存在問(wèn)題，延誤了故障排除時(shí)間，長(zhǎng)達(dá) 3個(gè)多小時(shí)。為保證主機(jī)起動(dòng)性能良好和船舶航行安全，在日常管理中應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：

（1）加強(qiáng)主空壓機(jī)的運(yùn)行檢查和保養(yǎng)，做好主空氣瓶和起動(dòng)空氣管系的殘水泄放工作，保持主起動(dòng)空氣干燥、清潔。

（2）定期對(duì)氣缸起動(dòng)閥和先導(dǎo)電磁閥進(jìn)行維護(hù)，保證其性能處于良好狀態(tài)。

（3）在開航前進(jìn)行主機(jī)測(cè)試，或?qū)χ鳈C(jī)起動(dòng)系統(tǒng)拆檢保養(yǎng)后，應(yīng)根據(jù)表1所示，將主機(jī)盤車至各個(gè)特定角度，對(duì)主機(jī)進(jìn)行沖車或正倒車試驗(yàn)，以分別測(cè)試主機(jī)各個(gè)缸的氣缸啟動(dòng)閥和先導(dǎo)電磁閥的性能狀況，避免發(fā)生因某單缸起動(dòng)閥或先導(dǎo)電磁閥故障，導(dǎo)致主機(jī)在某個(gè)曲柄角度出現(xiàn)起動(dòng)故障。

（4）加強(qiáng)對(duì)重要備件的維護(hù)，保證其能在應(yīng)急情況下正常使用，從而提高船舶運(yùn)行的安全性。

此外，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)輪機(jī)管理人員的專業(yè)技能培訓(xùn)，通過(guò)設(shè)置一些故障情景的方式，訓(xùn)練和提高輪機(jī)管理人員故障診斷和應(yīng)急處置的能力。