高 坤,夏 鑫
(中海油田服務(wù)股份有限公司,天津 300452)
某船的左柴油主機配置了MAN 9L27/38四沖程中速柴油機,為9缸直列布置,氣缸直徑270 mm、沖程380 mm、單機功率3 060 kW@820 r/min。在發(fā)生啟動馬達損壞之前,偶爾會出現(xiàn)在啟動該主柴油機時,柴油機轉(zhuǎn)動起來,但由于沒達到柴油機最低發(fā)火穩(wěn)定轉(zhuǎn)速,啟動電磁閥停止供壓縮空氣后,柴油機會慢慢停止轉(zhuǎn)動,輸出啟動失敗報警。為了應(yīng)對航行需求,船員采取下述應(yīng)急操作:一人在集控室按住啟動按鈕,另一人同時在機側(cè),用手按壓該柴油機的啟動電磁閥,以增加柴油機的啟動空氣量,待主機達到發(fā)火轉(zhuǎn)速后,釋放啟動電磁閥,停止啟動空氣供應(yīng)。由于供應(yīng)啟動空氣的時間受人為控制,達到柴油機的啟動發(fā)火轉(zhuǎn)速后,如果啟動馬達沒有及時退出,則會造成啟動馬達和與啟動馬達相嚙合的主機飛輪損壞,某船在一次這種非典型啟動故障發(fā)生后,采取應(yīng)急方式去啟動左主機,由于操作時啟動馬達退出時機選擇不當(dāng),造成了左主柴油機的飛輪齒圈損壞并脫落、啟動馬達損壞的重大機損事故,損失高達數(shù)十萬元。
該輪的主機遙控系統(tǒng)采用了Alphatronic 2000 PCS遙控系統(tǒng),該系統(tǒng)分別在駕駛臺和集控室設(shè)有控制站、PCS機旁控制箱等設(shè)備,所有設(shè)備之間通過R422通信協(xié)議分別實現(xiàn)對左右推進系統(tǒng)和左右柴油機進行控制。
本系統(tǒng)的控制系統(tǒng)原理見圖1[1]。遙控系統(tǒng)流程見圖2[2]。Alphatronic 2000PCS各部件之間聯(lián)絡(luò)見圖3[3]。
圖1 控制系統(tǒng)原理圖
圖2 遙控系統(tǒng)流程圖
圖3 Alphatronic 2000PCS 各部件之間聯(lián)絡(luò)
當(dāng)柴油機啟動操作時,船員按下設(shè)在駕駛臺或集控室中PCP面板的上啟動按鈕,啟動信號通過R422通信協(xié)議到達集控室PCS控制箱內(nèi)ZM411程序模塊,PCS控制箱內(nèi)模塊之間通過網(wǎng)絡(luò)接線連接,通過PCS控制箱內(nèi)REM401數(shù)據(jù)量輸入/輸出模塊發(fā)送啟動指令到左右主機BOX1控制箱;當(dāng)系統(tǒng)判斷滿足啟動條件后,分別發(fā)出啟動指令到啟動電磁閥DC24和電子調(diào)速器723啟動信號;啟動電磁閥打開,控制空氣進入啟動馬達內(nèi)腔,推動活塞外出,啟動馬達齒輪和飛輪齒圈齒輪嚙合,嚙合后控制空氣進入主機啟動空氣主閥上端,推動活塞下行,打開主機啟動空氣主閥,高壓啟動空氣進入啟動馬達,啟動馬達帶動柴油機轉(zhuǎn)動;電子調(diào)速器723收到TACH磁脈沖轉(zhuǎn)速傳感器傳遞來的啟動轉(zhuǎn)速信號,若低于最低穩(wěn)定發(fā)火轉(zhuǎn)速,啟動空氣繼續(xù)通過啟動電磁閥進入柴油機啟動馬達,使柴油機加速至最后穩(wěn)定發(fā)火轉(zhuǎn)速,主機磁脈沖轉(zhuǎn)速傳感器1 704 A反饋AC2.3 V左右交流電壓型號給PCS控制箱內(nèi)速度模塊TAM信號,速度模塊TAM判斷接受電壓和設(shè)定電壓信號接近時,輸出開關(guān)信號切斷啟動電磁閥的電源,控制空氣切斷。主閥彈簧推動閥芯復(fù)位關(guān)閉,啟動馬達停止轉(zhuǎn)動。同時,馬達彈簧推動齒輪復(fù)位,脫開與飛輪齒圈的嚙合,啟動成功;而后723電子調(diào)速器繼續(xù)減下柴油機的噴油量,直至柴油機達到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速狀態(tài)。
由于該柴油機的啟動異常現(xiàn)象偶發(fā)沒有規(guī)律可循,船員首先是從內(nèi)部接線松動、啟動空氣壓力過低和燃油系統(tǒng)濾器阻塞等常見故障入手解決;先后檢查加固了啟動控制系統(tǒng)和電子調(diào)速器723等的接線,清潔了柴油機轉(zhuǎn)速傳感器、燃油系統(tǒng)粗細(xì)濾器。但是這種非典型的啟動故障現(xiàn)象依然出現(xiàn)。通過查閱說明書及工作經(jīng)驗分析,判斷出現(xiàn)該柴油機啟動原因可能是由以下2種情況引起:
1)啟動時,啟動供油量過小,不能達到脫離啟動馬達后的最低穩(wěn)定發(fā)火轉(zhuǎn)速,導(dǎo)致啟動失敗。
2)遙控系統(tǒng)給出啟動電磁閥供電時間太短,啟動所需的啟動空氣量不足,啟動馬達不能使該柴油機達到的最低穩(wěn)定啟動發(fā)火轉(zhuǎn)速,導(dǎo)致啟動失敗。
本著先易后難的原則,船員從相對簡單的方面入手,根據(jù)第1)故障原因分析,人為調(diào)節(jié)了調(diào)速器的執(zhí)行器和油門總桿位置,增大了柴油機啟動噴油量,但是該柴油機的啟動故障依然偶發(fā),沒有從根本上解決該柴油機不能正常啟動的故障。
通過認(rèn)真觀察左右主機,發(fā)現(xiàn)啟動失敗故障時啟動電磁閥供電只有時間約3 s,但觀察右主機,右主機能夠正常,其啟動電磁閥供電時間約10 s,什么原因造成左主機啟動電磁閥供電時間太短?根據(jù)Alphatronic 2000 PC遙控系統(tǒng)的主柴油機啟動原理分析,在該控制系統(tǒng)內(nèi)沒有找到調(diào)整菜單調(diào)整啟動電磁閥供電時間的選項,無法人為增加啟動電磁閥供電時間。由于無法從控制系統(tǒng)調(diào)整啟動電磁閥供電時間,所以在控制軟件上,無法根除該輪左主機非典型啟動故障。
從分析控制原理上看,造成這種非典型啟動故障的緣由是:遙控系統(tǒng)接收錯誤的主機轉(zhuǎn)速傳感器反饋轉(zhuǎn)速,在沒有達到發(fā)火穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的情況下,卻收到了已經(jīng)達到最低穩(wěn)定發(fā)火轉(zhuǎn)速的信號,從而在邏輯計算判斷啟動柴油機已經(jīng)成功,PCS從而輸出斷電指令到啟動電磁閥,導(dǎo)致柴油機啟動電磁閥過早失電,進而啟動馬達停止壓縮空氣供應(yīng),脫開與飛輪齒圈的嚙合。判斷最有可能還是主機磁脈沖轉(zhuǎn)速傳感器性能不穩(wěn)定原因造成。該主機有3個磁脈沖轉(zhuǎn)速傳感器,其系統(tǒng)控制流程見圖4[4]。
圖4 TACH 流程圖
1704A 磁脈沖功能:
1)為Alphatronic 2000 PC控制系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)速信號。
2)在PCP顯示面板TACHO1顯示轉(zhuǎn)速L。
1704B 磁脈沖功能:
1)提供ACS安保轉(zhuǎn)速信號,防超速飛車。
2)主機723電調(diào)提供轉(zhuǎn)速信號。
3)判斷好壞:(1)PCP顯示面板TACHO2顯示故障;(2)主機WOODWARD723電調(diào)speed 1LED紅燈報警。
1704C 磁脈沖功能:
1)ACM板提供轉(zhuǎn)速信號。
2)主機723電調(diào)提供轉(zhuǎn)速信號。
3)判斷好壞:(1)中央監(jiān)控電腦轉(zhuǎn)速顯示異常;(2)主機723電調(diào)speed 2 LED紅燈報警;(3)主機備用泵自動啟停故障。
TACH具體接線流程圖見圖5。
圖5 TACH 接線流程圖
通過分析3個轉(zhuǎn)速傳感器功能,分別查找排除PCP內(nèi)2個磁脈沖速度傳感器、轉(zhuǎn)速顯示都正常,723電調(diào)2個速度傳感器警示燈都沒報警,中央監(jiān)控報警顯示該柴油主機轉(zhuǎn)速和和為該柴油的服務(wù)的各種輔助泵等設(shè)備均自動啟停正常。根據(jù)3個磁脈沖轉(zhuǎn)速傳感器各自功能,1704A磁脈沖轉(zhuǎn)速傳感器是給Alphatronic 2000PC控制系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)速信號,最大可能就是該傳感器性能出現(xiàn)偏差,造成啟動主機時顯示的轉(zhuǎn)速偏高,使控制系統(tǒng)誤認(rèn)為啟動操作已經(jīng)達到最低穩(wěn)定發(fā)火轉(zhuǎn)速,進而切斷啟動電磁閥供電。導(dǎo)致啟動時間過短,啟動空氣量不足,導(dǎo)致該臺主機啟動失敗。將駕駛臺PCP面板菜單調(diào)到TACH1轉(zhuǎn)速頁面,在集控室內(nèi)啟動主機,發(fā)現(xiàn)啟動主機失敗時,顯示PCP面板顯示主機轉(zhuǎn)速200 r/min,然而正常發(fā)火轉(zhuǎn)速90 r/min,驗證說明判斷正確。由于船上無新轉(zhuǎn)速傳感器,將1704A和1704C傳感器接線互換(3個轉(zhuǎn)速傳感器型號一樣)。試運轉(zhuǎn)多次,上述的非典型故障再沒有出現(xiàn),說明該柴油主機啟動故障原因已找到,輪機長申請主機磁脈沖轉(zhuǎn)速傳感器備件并進行更換,通過多次啟動該輪左主柴油機,再也沒有出現(xiàn)由于控制系統(tǒng)給出啟動電磁閥供電指令時間過短造成的啟動故障,從根本上排除了這種柴油機啟動非典型啟動故障的隱患。
隨著船舶自動化程度的不斷提高,主柴油機的故障已經(jīng)不再局限于硬件故障,諸多故障也開始出現(xiàn)在控制系統(tǒng)中。針對這起主柴油機啟動馬達和飛輪齒圈損壞的機損事故可知,控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障不僅會影響柴油機的正常操作,還會引發(fā)機損事故。當(dāng)故障出現(xiàn)時,管理人員是第一責(zé)任人,熟悉設(shè)備的性能,深諳設(shè)備控制原理,需第一時間分析故障根源,找到問題原因,把機損事故消滅在萌芽中。這樣做不僅可以提高輪機人員的設(shè)備管理能力,還可以提高自修水平,積累工作經(jīng)驗,增強自身的維修技能、應(yīng)對各種各樣的非典型故障。通個本文對MAN主機非典型故障,系統(tǒng)剖析Alphatronic 2000 PC轉(zhuǎn)速控制原理,對解決類似故障值得借鑒和啟示。