船舶柴油发电机EFC调速原理及故障分析
郑建
摘 要：本文以“XX”轮为例，对发电柴油机的EFC调速原理及其引起转速不稳、最后导致船舶失电的原因进行解析。
关键词： 电子调速板 PT泵 执行器
基本情况介绍
xx轮原为1993年德国建造的三用拖轮，船舶装有Cummins品牌的柴油机四台：一台带动首推进器，一台作为应急发电机应急供电，另两台用于船舶主发电机，均采用电子调速器（EFC）控制柴油机转速。首推柴油机对转速波动量要求不是太高，应急发电的柴油机也因使用时间较短，没有出现转速波动以至于跳电的故障现象。调速不稳故障主要表现在两台主发电机上，此种类型的船舶发电柴油机型号为：Cummins NTA855 G3。调速采用电子调速，即 EFC调速。每台主发电机单机最大功率360KW。工作温度，滑油：Max116℃，实际温度为98 ℃左右；淡水：Max93℃，实际温度为86℃左右 。
故障现象
两台主发电机单独使用时，出现频率波动很大，时间不规律，有时频率波动一段时间内正常，而有时频率波动不能正常，再并车换电很困难，时有导致跳电现象发生。经Cummins厂方服务商多次维修，更换电子调速板及执行器，再次工作一段时间后仍又出现同样毛病，没有能够提出解决故障的指导方案。这种不规律跳电现象给船舶航行带来不安全因素。
结构与原理
1、控制原理及各技术参数
从上面流程图中可以看出：日用油柜燃油通过双联滤器到浮子油柜，再通过磁性细滤器（过滤能力大于20微米杂质）及水滤器到PT油泵。增压后的燃油流经PT泵内部飞重连接的滑伐控制的油孔，到达执行器，燃油再由执行器精确地控制进入到各喷油器油腔。也就是说，为喷油器提供合适的燃油压力及正确的喷射时间来完成对柴油机转速的控制从而达到稳定发电机的频率。整个调速环节中，测速传感器测得脉冲信号到电子调速板，经其处理后输出直流电压信号来控制执行器的开度，达到调节进入喷油器的油量并保持油压稳定 ，以实现柴油机稳定调速。
2、测速传感器
工作温度：-55——+105℃
正常输出脉冲电压：DC2--5V ；安装要求测速探头与飞轮端 的间隙为0.7--1.1mm 。保养要求：定期检查、清洁、防止松动，避免引起影响测速信号。
3、电子调速板
采用模块、常闭控制方式。
输入电压为：24±6VDC。
输出电压：即为柴油机正常工作时到执行器上的电压 ：10---12V。
怠速电位器：调节柴油机启动运转速度，防止柴油机转速上生过快。
运行电位器：调节柴油机正常工作时的运转速度。
增益电位器：调节过大，柴油机反应速度灵敏，但是运转不够平稳；调节过小，外界负荷变化时，柴油机运转速度随之变化，不能即时调速。
调速率电位器：调节过大，调速特性软，并车困难；调节过小，调速特性硬，并车时负荷分配不均 。
4、执行器
执行器是高精度器件，对应于电子调速板，采用常闭式控制。工作电压：24VDC，线圈电阻随温度增大而增大 ，反应时间随温度增大而增加。工作温度要求最高不得超出125 ℃ 。执行器工作环境恶劣，要求燃油必须清洁。常闭式执行器寿命为2000——5000小时；燃油品质良好，执行器寿命可达10000小时以上，燃油品质不良，执行器寿命大大缩短。执行器是影响柴油机工作的重要元件。
5、PT 油泵（采用两极调速控制）
PT 油泵是由齿轮泵、油门轴、减震膜片、飞重机构等组成，其工作好坏由Cummins厂方专业技术人员在厂内进行校验，一旦调试好后不可随意调节，一般不会出现故障。
该船 PT油泵最大油量为114L/h，输出压力即进入喷油器油腔内的燃油压力为1.2Mpa。进入喷油器油腔中的燃油，其中有80%的燃油对喷油器冷却后通过单向阀返回浮子油柜。
6、浮子油柜的尺寸要求及作用
浮子油柜的尺寸要求：①吸入管距柜底至少25mm，防止油泵吸入沉淀物。②吸入管吸口距回油管入口至少300mm，防止大量回油扰动及空气释放不及被吸入造成柴油机转速不稳。③从日用油柜到浮子油柜加油管内径至少38mm，防止柴油机大负荷时油量供应不及。④透气管保持畅通无阻，有利于浮子油柜内的空气排除。⑤浮子油柜底部设置放残孔，以利于浮子油柜放残。
浮子油柜的作用：①浮子油柜的高度与PT油泵高度基本一致，如太高，长时间停车会造成燃油通过一些开启喷油器进入气缸后再泄露到油底壳滑油中污染滑油，并且柴油机再次起动时引起爆燃；高度太低，造成PT油泵吸油困难，同样不利于柴油机工作。②进入喷油器油腔的燃油80%再回到浮子油柜，大量的回油既冷却喷油器又加热浮子油柜内的燃油，防止环境温度太低造成寒冷地区当的燃油结冰。
故障现象及故障分析
1、故障现象
外界负荷不变时发电机频率不规律性波动，外界负荷突变时频率波动很大，柴油机在高负荷工作时，偶尔加负荷时频率一直下降，超过继电器的延时整定时间立即引起发电机跳电。
2、故障分析
根据以上对电子调速器的理论分析及各元件在实际工作中所起的作用，进行以下检查和调试。①燃油品质检查，油滤器检查换新，浮子油柜清洁，保证有足够的油量供应；②调速板检查、测量其输出电压正常，换用状况良好的调速板实验；③执行器拆卸清洗，检查其通断电源开关均正常，安装后保证其工作温度在正常范围内，并换用新执行器实验；④PT油泵减震膜片拆卸检查正常。再次起动柴油机实验，发电机频率仍然波动，PT油泵是由在试验台上专门校验，无法检查。将浮子油柜采取旁通的措施，经过试验，发电机频率马上稳定起来。⑤浮子油柜实际测量尺寸：浮子油柜高度260mm，总宽260cm，厚度150mm，且采取上部接回油管及日用油柜来的补油管、下部连接PT油泵吸油管。浮子油柜实际测量尺寸与浮子油柜设计的尺寸相比：PT油泵吸入管与回油管之间的距离小于300mm，不能满足浮子油柜设计尺寸的要求。PT油泵所供给各缸喷油器油腔中的燃油80%返回到浮子油柜，使整个浮子油柜内的燃油扰动起来，回油内空气不能及时排出，混入大量空气燃油被PT油泵吸入，造成的燃油压力波动超出了PT油泵减震膜片的减震能力，使得进入各缸喷油器的燃油压力波动，造成喷油器油压力的不足或不稳定，引起柴油机转速不稳定，致使发电机频率波动。浮子油柜供油给PT油泵，而发电机回油管回到日用油柜不再返回浮子油柜，这样也能达到保持两台发电机频率稳定。
3、故障原因
从调速环节分析，执行器所处环境比较恶劣，高温、振动、控制其开度的直流可变电压容易受到外界干扰，执行器调节开度小，对燃油质量要求高，不洁的燃油很易使执行器磨损或卡死，因此执行器是最易引起调速不稳的部件。
运转中的柴油机容易使测速探头表面蒙上一层灰尘，使检测到的脉冲信号转变成较低的2-5V直流电压信号受到干扰，是引起调速不稳的又一原因。
电子调速板一般不易损坏，但是通过调节其上部的增益电位器和其它功能钮可以消除由于其他原因引起的速度不稳的现象。
浮子油柜也是引起柴油机速度波动的一个重要原因。本船浮子油柜不满足设计尺寸的要求，在调速环节各元件均正常情况下，浮子油柜中燃油回油扰动和除气不及时引起的燃油压力不稳被PT油泵中的减震膜片消除。一旦调速环节各元件有任何元件不正常（主要是油滤器脏堵、执行器故障、外界负荷突变），并最终导致柴油机转速不稳定的问题处现。将柴油机回油引向日用油柜而不回到浮子油柜后，减少了除气不及时和回油干扰，使得柴油机转速能保持稳定。值得注意的是，将柴油发电机回油管连接到日用油柜不再回浮子油柜，由于日用油柜位置高，使得柴油机回油产生较高备压，停止柴油机运行可能滞后一段时间。
结束语
通过在船舶工作中所遇到的电子调速器故障及检修实例，总结以下几个方面：①定期检查执行器发卡、转速传感器，防止脏污或信号较弱、不稳定引起转速不稳定；②检查油路，消除浮子油柜回油扰动造成油压波动，防止系统吸入空气造成油压不稳定引起柴油机转速不稳定；③定期检查更换油滤器，保证燃油品质，提供足够的燃油供应，同时也是减少执行器磨损、延长执行器寿命、避免调速不稳定的最重要原因。
电子调速器（EFC）调速不稳定，历来是故障难题。使用环境不同，引起转速不稳定的原因千变万化，只要在实践中不断探索、总结总能找到解决问题的原因所在。
（作者单位：烟台打捞局）
