主机非典型启动故障引发的机损分析

高 坤，夏 鑫

（中海油田服务股份有限公司，天津 300452）

0 引言

某船的左柴油主机配置了MAN 9L27/38四冲程中速柴油机，为9缸直列布置，气缸直径270 mm、冲程380 mm、单机功率3 060 kW@820 r/min。在发生启动马达损坏之前，偶尔会出现在启动该主柴油机时，柴油机转动起来，但由于没达到柴油机最低发火稳定转速，启动电磁阀停止供压缩空气后，柴油机会慢慢停止转动，输出启动失败报警。为了应对航行需求，船员采取下述应急操作：一人在集控室按住启动按钮，另一人同时在机侧，用手按压该柴油机的启动电磁阀，以增加柴油机的启动空气量，待主机达到发火转速后，释放启动电磁阀，停止启动空气供应。由于供应启动空气的时间受人为控制，达到柴油机的启动发火转速后，如果启动马达没有及时退出，则会造成启动马达和与启动马达相啮合的主机飞轮损坏，某船在一次这种非典型启动故障发生后，采取应急方式去启动左主机，由于操作时启动马达退出时机选择不当，造成了左主柴油机的飞轮齿圈损坏并脱落、启动马达损坏的重大机损事故，损失高达数十万元。

1 主机遥控系统原理

该轮的主机遥控系统采用了Alphatronic 2000 PCS遥控系统，该系统分别在驾驶台和集控室设有控制站、PCS机旁控制箱等设备，所有设备之间通过R422通信协议分别实现对左右推进系统和左右柴油机进行控制。

本系统的控制系统原理见图1[1]。遥控系统流程见图2[2]。Alphatronic 2000PCS各部件之间联络见图3[3]。

图1 控制系统原理图

图2 遥控系统流程图

图3 Alphatronic 2000PCS 各部件之间联络

当柴油机启动操作时，船员按下设在驾驶台或集控室中PCP面板的上启动按钮，启动信号通过R422通信协议到达集控室PCS控制箱内ZM411程序模块，PCS控制箱内模块之间通过网络接线连接，通过PCS控制箱内REM401数据量输入/输出模块发送启动指令到左右主机BOX1控制箱；当系统判断满足启动条件后，分别发出启动指令到启动电磁阀DC24和电子调速器723启动信号；启动电磁阀打开，控制空气进入启动马达内腔，推动活塞外出，启动马达齿轮和飞轮齿圈齿轮啮合，啮合后控制空气进入主机启动空气主阀上端，推动活塞下行，打开主机启动空气主阀，高压启动空气进入启动马达，启动马达带动柴油机转动；电子调速器723收到TACH磁脉冲转速传感器传递来的启动转速信号，若低于最低稳定发火转速，启动空气继续通过启动电磁阀进入柴油机启动马达，使柴油机加速至最后稳定发火转速，主机磁脉冲转速传感器1 704 A反馈AC2.3 V左右交流电压型号给PCS控制箱内速度模块TAM信号，速度模块TAM判断接受电压和设定电压信号接近时，输出开关信号切断启动电磁阀的电源，控制空气切断。主阀弹簧推动阀芯复位关闭，启动马达停止转动。同时，马达弹簧推动齿轮复位，脱开与飞轮齿圈的啮合，启动成功；而后723电子调速器继续减下柴油机的喷油量，直至柴油机达到稳定转速状态。

2 故障原因分析

由于该柴油机的启动异常现象偶发没有规律可循，船员首先是从内部接线松动、启动空气压力过低和燃油系统滤器阻塞等常见故障入手解决；先后检查加固了启动控制系统和电子调速器723等的接线，清洁了柴油机转速传感器、燃油系统粗细滤器。但是这种非典型的启动故障现象依然出现。通过查阅说明书及工作经验分析，判断出现该柴油机启动原因可能是由以下2种情况引起：

1）启动时，启动供油量过小，不能达到脱离启动马达后的最低稳定发火转速，导致启动失败。

2）遥控系统给出启动电磁阀供电时间太短，启动所需的启动空气量不足，启动马达不能使该柴油机达到的最低稳定启动发火转速，导致启动失败。

3 故障排除

3.1 燃油系统排查

本着先易后难的原则，船员从相对简单的方面入手，根据第1）故障原因分析，人为调节了调速器的执行器和油门总杆位置，增大了柴油机启动喷油量，但是该柴油机的启动故障依然偶发，没有从根本上解决该柴油机不能正常启动的故障。

3.2 启动电磁阀供电排查

通过认真观察左右主机，发现启动失败故障时启动电磁阀供电只有时间约3 s，但观察右主机，右主机能够正常，其启动电磁阀供电时间约10 s，什么原因造成左主机启动电磁阀供电时间太短？根据Alphatronic 2000 PC遥控系统的主柴油机启动原理分析，在该控制系统内没有找到调整菜单调整启动电磁阀供电时间的选项，无法人为增加启动电磁阀供电时间。由于无法从控制系统调整启动电磁阀供电时间，所以在控制软件上，无法根除该轮左主机非典型启动故障。

从分析控制原理上看，造成这种非典型启动故障的缘由是：遥控系统接收错误的主机转速传感器反馈转速，在没有达到发火稳定转速的情况下，却收到了已经达到最低稳定发火转速的信号，从而在逻辑计算判断启动柴油机已经成功，PCS从而输出断电指令到启动电磁阀，导致柴油机启动电磁阀过早失电，进而启动马达停止压缩空气供应，脱开与飞轮齿圈的啮合。判断最有可能还是主机磁脉冲转速传感器性能不稳定原因造成。该主机有3个磁脉冲转速传感器，其系统控制流程见图4[4]。

图4 TACH 流程图

1704A 磁脉冲功能：

1）为Alphatronic 2000 PC控制系统提供转速信号。

2）在PCP显示面板TACHO1显示转速L。

1704B 磁脉冲功能：

1）提供ACS安保转速信号，防超速飞车。

2）主机723电调提供转速信号。

3）判断好坏：（1）PCP显示面板TACHO2显示故障；（2）主机WOODWARD723电调speed 1LED红灯报警。

1704C 磁脉冲功能：

1）ACM板提供转速信号。

2）主机723电调提供转速信号。

3）判断好坏：（1）中央监控电脑转速显示异常；（2）主机723电调speed 2 LED红灯报警；（3）主机备用泵自动启停故障。

TACH具体接线流程图见图5。

图5 TACH 接线流程图

3.3 磁脉冲转速传感器排查

通过分析3个转速传感器功能，分别查找排除PCP内2个磁脉冲速度传感器、转速显示都正常，723电调2个速度传感器警示灯都没报警，中央监控报警显示该柴油主机转速和和为该柴油的服务的各种辅助泵等设备均自动启停正常。根据3个磁脉冲转速传感器各自功能，1704A磁脉冲转速传感器是给Alphatronic 2000PC控制系统提供转速信号，最大可能就是该传感器性能出现偏差，造成启动主机时显示的转速偏高，使控制系统误认为启动操作已经达到最低稳定发火转速，进而切断启动电磁阀供电。导致启动时间过短，启动空气量不足，导致该台主机启动失败。将驾驶台PCP面板菜单调到TACH1转速页面，在集控室内启动主机，发现启动主机失败时，显示PCP面板显示主机转速200 r/min，然而正常发火转速90 r/min，验证说明判断正确。由于船上无新转速传感器，将1704A和1704C传感器接线互换（3个转速传感器型号一样）。试运转多次，上述的非典型故障再没有出现，说明该柴油主机启动故障原因已找到，轮机长申请主机磁脉冲转速传感器备件并进行更换，通过多次启动该轮左主柴油机，再也没有出现由于控制系统给出启动电磁阀供电指令时间过短造成的启动故障，从根本上排除了这种柴油机启动非典型启动故障的隐患。

4 结论

随着船舶自动化程度的不断提高，主柴油机的故障已经不再局限于硬件故障，诸多故障也开始出现在控制系统中。针对这起主柴油机启动马达和飞轮齿圈损坏的机损事故可知，控制系统出现故障不仅会影响柴油机的正常操作，还会引发机损事故。当故障出现时，管理人员是第一责任人，熟悉设备的性能，深谙设备控制原理，需第一时间分析故障根源，找到问题原因，把机损事故消灭在萌芽中。这样做不仅可以提高轮机人员的设备管理能力，还可以提高自修水平，积累工作经验，增强自身的维修技能、应对各种各样的非典型故障。通个本文对MAN主机非典型故障，系统剖析Alphatronic 2000 PC转速控制原理，对解决类似故障值得借鉴和启示。