一起主机不能遥控起动的故障分析

王海亮
摘 要:以一起主机操纵系统故障处理实例为背景,解析故障现象、操纵系统、故障处理技术,希望对船员的日常管理、故障判断与处理起到积极的指导作用。
关键词:故障现象;系统分析;技术分析;结论与处理
0 引 言
某轮是一艘20 000吨散装货轮,跑国内华东航线。天津新港船厂建造,1992年6月出厂投入营运。主机型号MAN B&W; 6L42MC ,上海沪东造船厂制造。该轮配置具有压力补偿、空气速度整定功能的WOODWARD PGA调速器;主机采用机舱集控室和机旁应急操作两种操纵方式;主机操纵系统采用MAN B&W;原装进口,集控室的油门和车钟分开设置,空气分配器换向和高压油泵换向受车钟控制,高压油泵采用空气停车气缸停油机构,主机起动采用油气分进模式。
1 故障现象
某日,抵港前进行主机起动、换向试验,在集控室停车后,不能起动主机。经观察发现:主机已到达发火转速,调速器有输出,停车气缸空气已正常释放。将操作地点转到机旁,正、倒车起动都能成功。因急于进港,采用机旁应急操作靠码头。离码头开船备车,再将机旁应急操作转到集控室控制,经多次正、倒车起动试验,均正常,恢复集控室操纵航行。事后,同类现象偶有发生,多以倒车起动失败现象出现,并经多次起动试验后,可以正常起动。
2 操纵系统分析
按照MAN B&W; 6L42MC主机操纵系统图解析,见图1。
2.1 停车
当接到驾驶台车钟指令后,将集控室车钟放置停车位,并迅速将操纵手柄拉到“0”位、且调压阀(62)动作关闭,切断去调速器的转速整定空气,同时通过操纵手柄下部的凸轮激活停车阀(64)动作,引导控制空气→快速泄放阀(58)→一路激活阀(38)→激活阀(25)→阀(128)→停车气缸(45)进气动作,带动油门总杆将高压油泵齿条拉到“0”位,停止供油;另一路通过单向节流阀(69)→车钟(70)前等待(为下一次换向做好准备)和激活阀(67),阀(67)被激活后,走下位,控制空气由减压阀(66)→通过阀(67)下位→阀(71)到调速器,给调速器预整定转速信号,为下一次起动做好准备,如图2所示。
2.2 换向(以正车换向为例)
受车钟控制,必须使操纵手柄放在停车位,才能进行换向操作。
当接到驾驶台正车换向车钟指令后,操作车钟手柄到正车位,车钟(70)被激活→阀(29)后分二路:一路到阀(55)前等待;另一路激活正车阀(10)后,再分二路:一路使高压油泵换向气缸(13)向正车换向,另一路完成空气分配器换向气缸(57)正车换向后→激活阀(55),此时等在阀(55)前的空气导通→阀(50)→到阀(37)前等待,完成车钟换向动作(凸轮轴转动时,按正车发火顺序完成所有高压油泵的换向)。
2.3 起动
操作操纵手柄至起动位置:起动阀(63)被激活,引导控制空气使阀(37)受控→双向止回阀(31)→激活阀(33)后:一路去激活起动空气分配器进气阀(26);另一路去激活主起动阀的控制阀(27),起动控制空气作用使主起动阀打开,3MPa的起动空气按正车发火顺序进入气缸,起动主机。
操纵手柄在起动位置停留约1秒钟后,继续推动手柄至油门DEAD SLOW 位(越过起动位置):操纵手柄下部的凸轮切断起动阀(63)供气、主起动阀在延迟1秒钟后关闭,切断停车阀(64)供气、停车气缸(45)放气后,高压油泵可以供油。此时调速器按减压阀(66)预整定转速信号压力输出油门刻度;同时调压阀(62)被激活,控制空气在阀(67)前等着。延时迟6秒钟后,阀(67)的控制空气释放后、走上位,调速器接受调压阀(62)转速整定信号,按操纵手柄设定的油门刻度输出对应的负荷,完成起动运转。
值得注意的是:高压油泵供油是在操纵手柄越过起动位置后:起动阀(63)停止向起动系统供气(主起动阀在延迟1秒钟后关闭是为了确保柴油机可靠启动);同时停车阀(64)停止供气、停车气缸(45)空气释放后开始进行,以此来实现油气分进。
机旁应急操作:当调速器发生故障,通过应急操纵台转换手轮由集控室切换到应急操作位置,使调速器与调油轴脱开,而应急操纵台上的调油手柄与调油轴相连,通过机械连接直接控制高压油泵的供油。此外,阀(100)须从正常位置切换到应急位置状态。
3 技术分析
集控室起动主机时,能听到主启动阀打开、压缩空气进入气缸的声音,并从转速表上显示已过发火转速,约有70rpm;检查停车气缸(45)已正常释放,表明调油轴可以自由动作;再次起动时,发现调速器有输出,但很快就回到“0”位,因此怀疑是调速器故障、将油门拉回“0”位,使高压油泵供油为零,造成不能起动成功。机旁应急操纵是脱开调速器,直接操作与调油轴连接的调油手柄,使高压油泵向喷油器供油,完成起动运转。根据前面故障现象表述,分析集控室起动失败可能存在的几方面原因。
3.1 调速器放大伺服器的功能
放大伺服器是連接于调速器并帮助主机能快速起动,在起动空气向主机缸内供气时,该装置同时向调速器提供压力油,从而直接控制调速器动力油缸的输出。
当主起动阀打开时,约3MPa空气进入到放大伺服器活塞下部,推动活塞上移,将上部的油压过止回阀:一路进入调速器的压力油系统,使调速器动力活塞向燃油增大方向移动;另一路到速度整定油缸,使速度整定弹簧向下压,调速器齿轮泵的油就可流至调速器动力活塞。
主起动阀关闭后,放大器则通大气。当调速器油底壳的油被压至油腔时,活塞在弹簧力的作用下回到原位,此时放大器处于为下一次起动做好准备。从集控室转速表上显示已过发火转速,且起动时能观察到调速器有瞬时输出最大(约7、8格),表明放大伺服器动作正常。
3.2 减压阀(65)的功能
起动期间,提供至调速器的预设定转速整定信号压力(调节到1.6~2.0Pa)。经停车后,阀(67)走下位,0.7MPa的控制空气经减压阀(65)减压后通过阀(67)下位→阀(71)到调速器,给调速器预整定转速信号,为起动做好准备。该轮减压阀(65)调节压力为1.7Pa(有压力表指示),满足起动要求。起动时,当操纵手柄越过起动位置后,停车阀(61)动作、走下位,延迟6秒后,阀(67)的控制空气经节流止回阀(69)→快速泄放阀(58)→停车阀(64)放大气,阀(67)走上位,切断减压阀(65)向调速器供气。起动时,观察到调速器输出轴有瞬时输出最大约七八格,达到起动转速后,且在3格左右位置有几秒钟的停留,表明减压阀(65)给调速器的预设定转速整定信号正常。
3.3 调压阀(62)的功能
完成起动过程后,根据转速指令要求调节至调速器的转速整定信号。阀(67)走上位时,控制空气经调压阀(62)调节(操纵手柄在油门位置区域)→阀(67)提供给调速器整定转速信号压力。
起动成功完成:减压阀(65)和调压阀(62)需完成无缝交接,且在减压阀(65)停止供气的同时,调压阀(62)继续提供调速器整定转速信号。若调压阀(62)不能及时向调速器提供整定转速信号,调速器速度控制油缸无压力油输出,动力油缸失压,迫使调油轴回“0”,高压油泵停止向喷油器供油,起动失败。从调速器旁观察到的情况来看,似乎和调压阀(62)不能及时供气的现象相同。那么,为什么调压阀(62)在操作时不能及时供气?我们先来分析一下该阀的结构和动作原理,如图3所示。
当操纵手柄越过起动位置,到达油门DEAD SLOW位置,通过手柄下部的凸轮将阀的柱塞下压、打开先导阀,控制空气从进口端进入柱塞内腔,经开启的先导阀进入排出阀辅助腔,通向出口端(此时先导阀下口和排出阀座是关闭状态),向调速器送出转速整定信号,通过改变操纵手柄—油门位置,且改变阀的出口压力,使调速器得到不同的转速整定压力信号,来改变高压油泵的齿条刻度,从而达到控制不同的主机转速。
当操纵手柄置停车位时:柱塞在先导阀弹簧作用下上行,先导阀关闭、切断进气;排出阀座在下部弹簧作用下向上移动,直至和先导阀下阀体接触,先导阀弹簧和下部弹簧重新达到平衡,先导阀上、下阀头均处于关闭状态,为下次起动做好准备。一旦先导阀下口和排出阀座不能闭合,即弹簧不能及时复位,进入排出阀辅助腔的空气就会从开启的排出阀排放大气,调节阀(62)出口气压减小、甚至无气压,调速器就会因失去转速整定信号而输出回“0”,高压油泵停止供油,造成起动失败的现象。
因机旁应急操作是直接控制调油轴,与调压阀(62)无关,所以起动正常。
4 结论与处理
主机航行中调节阀(62)一直处于工作状态,排出阀座下部弹簧长期受压、变形,弹簧弹性下降,致使初次停车时,排出阀座不能及时得到复位,且受压时间越长,复位时间就越长。因此,该故障原因是:在经过长期航行运转后,第一次停车时,调节阀(62)排出阀座因弹簧弹性下降不能及时复位,致使起动过程中,该阀再次动作时,控制空气从开启的排出阀排向大气,调速器得不到转速整定空气信号、调速器输出回零,造成起动失败。又因倒车起动负荷要比正車负荷大,所以该故障的初期往往以倒车起动失败为多。
找出了发生故障的原因,我们就可以对症下药,问题就容易解决了。在集控室起动主机,应急时可以采取:当听到空气进入缸内后,在转速尚未完全降下时,通过快速加大油门(调节阀(62)调节出口压力大于调速器整定转速压力和泄漏量之和),主机转速能迅速上升,达到稳定转速,起动成功。在有备件的条件下,须及时安排更换修理,消除故障隐患。
从故障现象的反馈,以及对操纵系统的仔细分析后,我们来重新输理一下故障发生的真实景象:起动操作过程中,主起动阀能打开,表明主起动的控制阀件动作正常,换向阀件动作正常;停车气缸(45)空气能释放,表明停车阀(64)以及相关控制阀件动作正常;调速器有输出,表明放大伺服器动作正常;集控室转速表有瞬时60~70RPM显示,表明减压阀(65)动作正常、调速器输出正常,燃油系统供油正常(已压缩、做功),延时约6秒后,转速表显示归零,表明调节阀(62)未能及时向调速器提供转速整定气压信号,造成起动失败。因此,主机操纵系统发生故障,反馈信息的准确性非常重要。除了船舶管理人员、操作人员对主机操纵系统有较深的熟悉、掌握之外,必要时可安排二三人对系统关键部件的动作情况进行观察,并将观察到的动作情况准确地、不加任何主观判断地进行描述,以便能快速确定故障方向,使故障及时得到解决,确保主机操作系统的安全、及时、可靠。
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