黃維鑫

（東海航海保障中心福州航標(biāo)處，福州350000）

0 引言

國產(chǎn)康明斯柴油機(jī)作為船用柴油機(jī)，在中小型船舶被廣泛使用，與國外進(jìn)口柴油機(jī)，列如美國卡特機(jī)相比較，其具有價格低廉、備件采購方便且快速以及維修服務(wù)商選擇余地較大等特點，特別是遇到貿(mào)易戰(zhàn)或者是2020年的疫情，國產(chǎn)機(jī)的優(yōu)勢更是一覽無余，所以，可以預(yù)見，在今后的中小型船舶柴油機(jī)選型上，國產(chǎn)機(jī)會更加得到青睞，在中小型船舶已有成熟市場的國產(chǎn)康明斯柴油機(jī)將會得到更加廣泛的使用。

1 基本概述

早期在商船工作，接觸的都是低速和中速進(jìn)口機(jī)型，由于工作變動，2016年作為輪機(jī)長，第一次接觸我國國產(chǎn)的重慶康明斯發(fā)動機(jī)有限公司生產(chǎn)的柴油機(jī)作為主發(fā)電機(jī)原動機(jī)使用，該發(fā)電機(jī)原動機(jī)型號和主要參數(shù)為：NTA855-D（M），缸數(shù)6缸，額定轉(zhuǎn)速1 500 Rpm，氣動啟動；缸徑/沖程：140 mm/152 mm；耗油量：217 g/(kW·h)；額定頻率：50 Hz；額定功率：200 kW；制造時間：2008年11月。該發(fā)電原動機(jī)使用至2020年的十余年時間，除了日常正常維修保養(yǎng)外，偶有故障也還是屬于小故障，其狀態(tài)還算穩(wěn)定。

基本每臺康明斯柴油機(jī)有一特殊現(xiàn)象，就是該柴油機(jī)在單機(jī)使用、船舶用電量較小情況下，調(diào)速器波動非常厲害，嚴(yán)重時候甚至需要更換備用機(jī)。而且對于使用中速度波動很大的柴油機(jī)，卸掉負(fù)荷拉倒怠速運(yùn)行其速度依然不減，仍然以1 500轉(zhuǎn)上下劇烈波動，有時甚至不得不采取直接停機(jī)的辦法，但是，等待一段時間后再次啟動使用，狀態(tài)似乎恢復(fù)正常。由于該航標(biāo)船人員流動很小，船上船員流動也還是在本單位，所以對于該情況得到反饋是該發(fā)電機(jī)出廠以來均有該現(xiàn)象。本文徹底解決了該柴油機(jī)速度波動的問題，下面對整個思考和解決過程進(jìn)行一個回顧總結(jié)，供使用該類型機(jī)型的廣大同行借鑒和參考。

2 故障原因分析查找

2.1 調(diào)速器理論分析

首先，對于柴油機(jī)的速度波動問題，最先考慮的是調(diào)速器問題，該柴油機(jī)使用的調(diào)速器也是柴油機(jī)公司生產(chǎn)提供的一款電子調(diào)速器，如下圖1所示。

圖1 調(diào)速器示意圖

該電子調(diào)速器主要包括：電磁傳感器、調(diào)速控制器、電子執(zhí)行器和安裝件等。其工作原理為：電磁傳感器在飛輪齒圈上感覺到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，并把交流電訊號送到調(diào)速控制器上，調(diào)速控制器把來自電磁傳感器的電訊號與現(xiàn)有的參考點相比較，如兩個訊號有不同，控制器將會改變到執(zhí)行器的電流，改變執(zhí)行器中的電流將會使得執(zhí)行器的軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)此軸旋轉(zhuǎn)時，燃油流量和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速或功率將會改變。

根據(jù)上述理論所述，排查速度波動即對電磁傳感器、調(diào)速控制器（集成板式）、電子執(zhí)行器及燃油泵等組成部分進(jìn)行分析排查；此外，發(fā)電柴油機(jī)原動機(jī)故障也會造成速度波動，但是該發(fā)電機(jī)能負(fù)載高負(fù)荷，且高負(fù)荷時候各參數(shù)都正常，且速度也不波動。所以，問題應(yīng)該不是原動機(jī)導(dǎo)致，需要排查其他部件是否存在問題。通過查找之前的更換記錄和機(jī)務(wù)主管的回憶，電磁傳感器、調(diào)速控制器兩個部件，廠家來人檢查過，后來把調(diào)速控制器還帶到廠里對其檢測，反饋正常，電磁傳感器和電子執(zhí)行器先后換新，問題依然不能解決，電子執(zhí)行器據(jù)說換新過后出現(xiàn)故障的幾率有減少，但是沒有實際有力證據(jù)表明，只是根據(jù)表象及猜測還是不可信，況且故障也還依然存在。

2.2 對故障進(jìn)行專門的跟蹤記錄找出規(guī)律

為解決問題，每次發(fā)電機(jī)脫電解列時主管工作人員都盡量保證在現(xiàn)場，根據(jù)長期的觀察總結(jié)得出結(jié)論，該發(fā)電機(jī)單機(jī)運(yùn)行，負(fù)荷低于30 kW時候，尤其是兩臺發(fā)電機(jī)并機(jī)運(yùn)行，作業(yè)完成解列發(fā)電機(jī)只留一臺發(fā)電機(jī)運(yùn)行時候，越是負(fù)荷低，發(fā)電機(jī)速度波動越是厲害，經(jīng)過長期的記錄還發(fā)現(xiàn)，一年中，11月～次年5月發(fā)生頻率較低，6月～10月發(fā)生頻率較高。

2.3 結(jié)合之前工作中遇到類似問題綜合考慮

根據(jù)以往在商船工作管理發(fā)電機(jī)的經(jīng)驗推斷，商船的發(fā)電機(jī)使用的是#4HFO，對燃油進(jìn)機(jī)以前溫度有嚴(yán)格要求，必須控制在45℃～60℃之間，最高不能超過65℃，油溫低則燃燒不良冒黑煙，油溫高則高壓油泵和噴油器會咬死，尤其高壓油泵。分油機(jī)分油時間過長會導(dǎo)致油溫高，高壓油泵咬死不噴油。

對發(fā)電柴油機(jī)原動機(jī)燃油系統(tǒng)進(jìn)行分析：由機(jī)帶燃油泵供油，通過電子執(zhí)行器帶動旋轉(zhuǎn)軸（該執(zhí)行器安裝在油泵本體上，旋轉(zhuǎn)軸浸泡于油泵內(nèi)部的柴油內(nèi)）控制油量后供到每缸噴油器前，按柴油機(jī)預(yù)定程序進(jìn)行噴射燃燒，且多余的燃油對噴油器冷卻后回到機(jī)帶的回油箱內(nèi)，如圖2所示。

圖2 柴油機(jī)燃油系統(tǒng)示意圖

柴油機(jī)特性柴油機(jī)在低負(fù)荷時候，燃油燃燒的量減少，回油量加大，通過手持溫度測量儀測量回油柜外部溫度，在發(fā)電機(jī)正常使用期間，夏天油溫平均在50℃左右，低負(fù)荷期間，油溫最高可以達(dá)到65℃，實際情況內(nèi)部油溫還要更高，結(jié)合上面提到的商船工作的經(jīng)驗綜合考慮，認(rèn)為是回油箱油溫高，導(dǎo)致了執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)軸卡阻，從而引起調(diào)速不順的柴油機(jī)速度波動。

3 解決故障的具體方法

為將進(jìn)機(jī)柴油的油溫控制在理想范圍，有2種思路，方案一是安裝冷卻器對回油進(jìn)行冷卻降溫，基于機(jī)艙目前的布置，安裝3個冷卻系統(tǒng)位置方面很受限，而機(jī)艙的冷卻水總管尺寸上偏小，目前主機(jī)和輔機(jī)冷卻系統(tǒng)正常使用下連消防泵使用都要特別的小心，考慮到該類型船舶所處區(qū)域外部冷卻水水質(zhì)較差，泥沙、垃圾較多，還要考慮后續(xù)油管在冷卻器里腐蝕穿孔帶來的一系列問題。綜合考慮弊端較多，所以該方案基本上不采用；方案二就是目前正在使用中的方案，即對回油管進(jìn)行改造，首先，對該三臺發(fā)電機(jī)的具體位置和燃油管系進(jìn)行整體現(xiàn)場和圖紙的勘查，對發(fā)電機(jī)回油管進(jìn)行該造，如圖3所示。

圖3 發(fā)電機(jī)回油管改造示意圖

對比圖2和圖3，可以明確的看出，在發(fā)電機(jī)回油管2至油箱的管路上切開，做成三通，一路回到油箱5，一路安裝流量控制閥4回至沉淀柜3，在發(fā)電機(jī)使用過程中，我們根據(jù)負(fù)荷和溫度測量儀檢測油箱5外部油溫，正常在40℃～50℃之間，閥4無需動作，如果負(fù)荷降低，油溫升高，打開閥4讓發(fā)電機(jī)回油一部分回至沉淀柜3，如此一來，回油帶來的高溫油被部分分流至沉淀柜，從日用柜來的常溫油進(jìn)入油箱和高溫油混合，在發(fā)電機(jī)低負(fù)荷時期，通過閥開度調(diào)節(jié)，可以把油箱油溫穩(wěn)定控制在一個理想范圍，執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)軸不因油溫高而卡阻，解決了該發(fā)電機(jī)的速度波動問題，一定程度上還避免了油溫高導(dǎo)致的噴油器柱塞偶件咬死的情況。

改造完使用一年多，3臺發(fā)電機(jī)沒有出現(xiàn)之前的速度波動大且有時無法控制速度的問題，偶有速度波動也是在合理的范圍且屬于正常現(xiàn)象，對發(fā)電機(jī)正常使用并無影響，由于船舶條件有限，只能做到該種程度，但是，在設(shè)計之初如果考慮該問題的話，可以在油箱上加入溫度監(jiān)測裝置，實時顯示并傳輸溫度到控制單元，通過控制單元發(fā)出信號對流量控制閥進(jìn)行控制，完全可以實現(xiàn)自動控制油溫的功能。

5 結(jié)論

輪機(jī)管理是一門涉及面廣，牽涉知識比較復(fù)雜的學(xué)科，大學(xué)學(xué)習(xí)的輪機(jī)管理專業(yè)課程有：柴油機(jī)、輔機(jī)（包含液壓、制冷、鍋爐、空壓機(jī)等）、船舶電器、電氣自動化等、工程熱力學(xué)等等很多專業(yè)課，加上近些年船舶設(shè)備的不斷更新和自動化程度的突飛猛進(jìn)，作為輪機(jī)管理人員，不僅是理論上要學(xué)懂，還需要很多的實踐經(jīng)驗才能夠在工作中更好更快的解決問題，就拿本次我船柴油機(jī)速度波動的問題來看，最終解決問題的就是改動一個小小的油管，解決了以后回頭看，真的很簡單，但是回想該故障存在近5年時間，給船舶輪機(jī)管理人員帶來很多心理上的壓力和額外的勞動量，廠家和船方一直都從調(diào)速器和原動機(jī)去排查，本身的方向和思路絕對是沒錯，問題就是忽略了一個小小的因素，溫度的因素，該問題沒有引起重視，一是平時沒有去認(rèn)真觀察和記錄，二是對專業(yè)知識掌握的還不夠全面，經(jīng)驗積累不夠；輪機(jī)管理對設(shè)備的故障處理有時候就像醫(yī)院的醫(yī)生對待病人一樣，需要全面的知識儲備、足夠的耐心和細(xì)心，才能把工作做好。