MAN_L28_32柴油机的超速保护原理及防范措施_劳信祥.pdf

2023 年 1 月航海技术第 1 期MAN L28/32 柴油机的超速保护原理及防范措施劳信祥(中国人民武装警察部队海警总队广东支队)船舶柴油发电机因超速造成的机损事故非常多见，其主要原因包括设备使用和维护人员对相关功能不熟悉、维护保养不到位及不按章操作等。本文以 MAN L28/32 副机一次超速事件为例，从原理到维护进行详细介绍。1事件概况某日凌晨时分，运转中的某船副机(MAN L28-32)突发飞车事件，经检查出现故障的柴油发电机，发现如下损坏情况。1)缸头部分:摇臂、气阀挺杆(1 9 缸共 18 支打弯)、进排气杆皆有损伤。2)活塞部分:第 5 缸活塞被断裂掉入缸内的进气阀杆打伤。3)主机曲轴部分:曲柄销轴瓦也发现轴瓦损坏，尤其第 6、7 缸，曲柄销经服务商检查后发现第6、7 缸曲柄销上有轴瓦烧损残留，曲柄销尺寸没有磨耗变小。2原因查找分析2 1飞车常见原因柴油机飞车主要原因包括:一是燃油系统故障，使调速器控制系统无法对其控制;二是调速器控制系统失灵。1)燃油系统:喷油泵柱塞卡阻在大油量位置;喷油泵齿条卡阻在大油量位置;喷油泵齿条拉杆松脱或拉毛卡阻;喷油泵弹簧断裂，齿圈卡阻;误装旋向相反的喷油泵柱塞;齿条限位螺栓铅封开启等等。2)缸盖滑油回油孔不畅，滑油进入燃烧室;超速自动停车装置失灵等等。3)调速系统:调速器运动件卡住;调速弹簧断裂;飞重松脱;滑油温度太低，黏度太大，飞重分不开。2 2原因查找过程1)事后相关主管检查了所有高压油泵油门齿条机构，所有齿条机构活络无卡阻，排除个别缸油门齿条机构造成的飞车。2)从吊出的活塞及气缸内情况看，内部无过多油污聚集情况，可排除烧滑油因素。3)检查调速器油门输出机构，并未发现有松脱或卡阻情况。4)最终经拆除调速器检查，发现调速器伞形齿轮损坏(见图 1)。判断原因是调速器基座内伞形传动齿轮打坏，进而造成调速电机无法控制油门杆开度，在柴油机突减负荷时，油门开度仍然维持在大负载状态下，造成超速。图 1损坏的伞形齿轮柴油机超速后，主配电板检测到频率高，自动断开主开关。主开关断开后，电机在无负载状态下，依然维持在大油门位置超速，造成运动部件超机械负荷损坏。经查船员不久前进行过维护保养，怀疑是保养不到位。针对上述情况，看似情况简单明了，实则背后的隐情并非如此简单。2 3飞车保护失效原因分析2 3 1Lambda 控制器工作原理及作用Lambda 控制器是 MAN 柴油发电机组特有的控制系统，主要目的是防止喷油器在瞬间增加负荷的状况下喷出过量的燃油，出现缸内油多气少的局面。它主要是通过控制燃油泵齿条和增压空气压力的关系来完成的，另外它同时可起到停车气缸的作用。Lambda 控制器有下列作用:负荷突加时可减少冒烟量、改善负荷特性、减小柴油机排烟管道污染、在启动过程中限制燃油齿条格数、执行超速停车动作。图 2 为 Lambda 控制器的控制系统原理图。一旦负荷突然增加，调速器将把高压油泵的齿条往加油方向推动，因此控制臂往加油方向转动，转动同时开关与活塞臂相接触而向下压，电路闭合。图 2Lambda 控制系统原理电路闭合后，将使得电磁阀得电打开，补气系统动作(该空气来自机舱压缩空气系统)，从而补充进入增压系统的空气将提升柴油机的增压空气压力，随着增压空气压力的上升，经增压空气接收器来的空气又将活塞慢慢压回 Lambda 气缸中(增压空气与气缸的活塞下部相通)。当活塞缩回一定程度，Lambda 调节达到理想状态时，控制臂上的开关即断电，补气系统停止工作。在启动过程中 Lambda 控制器可用于燃油齿条限制，因此在启动过程中可以防止形成浓烟和控制装置超调(即超速)，只有当柴油机转速达到 710r/min时，补气系统闭锁(扫气压力达到足够高时才能将活塞推离开关，从而让补气电磁阀断电)。2 3 2机械超速保护装置原理图 3 为该型号柴油发电机超速机械保护机构，其主要原理为:副机在运转过程中，通过柔性弹簧连接，驱动飞重机构高速转动。当因异常原因导致转速升高，达到约 1 030 r/min 时，在离心力作用下，飞重机构的内部飞重克服弹簧张力向外伸出。同时会擦挂弧形弹簧片，强制弧形弹簧片向下方移动。弧形弹簧片向下方移动后，限位顶升机构在弹簧力的作用下，瞬间左移，并将弧形弹簧片锁死在下方。超速触发开关被触发，信号被送至 PLC 单元，PLC 单元输出停车指令。置于调速器上方的停车电磁阀和一个安保停油电磁阀(驱动气动停油活塞)都将得电，停止副机运转。另外在弧形弹簧片下移时，会驱动下方的气动二位二通阀，接通去 Lambda 系统的控制空气，这个控制空气会通到图 2 中的活塞上方，将推动活塞压下油门杆控制臂，实现停车。当需要手动试验时，将副机置于空车运转状态，人工按下超速保护装置上的超速测试按钮。按钮上的顶杆向下推动手动测试驱动钩，强制将飞重向外推出。随后飞重压下弧形弹簧片，实现保护性停车。测试完毕后，将限位顶升机构拉出即可复位。图 3MAN 柴油机机械超速保护机构原理上述对该型柴油发电机的控制系统和超速保护系统原理做了简单介绍，理论上是比较可靠的，然而本案中超速保护并没有起到作用。2 3 3飞车保护失效原因分析电气端超速保护系统主要因调速马达伞形传动齿轮损坏导致调速器发出的保护性动作失败，而机械超速保护装置理论上应该会及时推动油门总杆上的控制臂，将各缸油门齿条拉回到零位，停止各缸供油。事实上该装置也没有起到作用，原因为船员日常疏于对该装置的维护管理或进行不合规的操作，导致该装置相关传动机构卡阻(事后经拆检机械保护机构，发现机构中的飞重因长时间疏于测试和维护，已卡阻在导套中)。3柴油机超速防范工作3 1定期测试机械超速保护机构该超速保护机构位于机带滑油泵上方，在柴油机空载状态下，手动按下上方的按钮，此时柴油机应能够停机并触发超速报警。如果不能停机及报警，为保证功能的正常，需要做以下检查:1)检查机械飞车保护机构下方气动阀阀芯是否卡阻。2)控制空气是否被人为关闭。3)确认 Lambda 控制器的控制活塞是否动作伸出将燃油总杆上的控制臂压下。4)确认机械保护装置弹性联接是否失效。曾出现拆检该装置后，发现其和机带油泵相连接的弹性块被磨成了椭圆形(见图 4，用于柴油机和机械超速保护装置之间的传动)。这种故障带有一定的隐秘性，手动按钮可以正常按下，但是不会有保护性动作和报警。5)如果没有触发超速报警，检查机械超速保护机构上的按钮是否卡阻或限位顶升机构行程不足以触发微动开关。94第 1 期劳信祥:MAN L28/32 柴油机的超速保护原理及防范措施图 4磨成椭圆形的弹性联接3 2定期活络高压油泵油门齿条高压油泵油门齿条必须经常活络，应能够用手推动自如，推到底后放手能自动弹出(其复位主要靠扭力弹簧的扭转力矩复位，经常因为脏污造成齿条卡阻，扭力弹簧不能将其复位)。一旦油门齿条卡阻，当柴油机突减大负荷时，油门齿条机构不能立即跟随降低油门，导致柴油机运行在与之不相匹配的大油门工作位置，从而导致超速发生。3 3注意调速器的装配当检修完调速器传动机构或整体换新调速器时，注意下部伞形传动齿轮的啮合间隙，间隙过小会造成附加应力，过大会造成冲击负荷过大而损坏(如本案例)。调速器下部有 1 个内六角闷头螺栓(见图 5)，装配好后拧开此螺栓可以看到伞形传动齿轮的啮合情况(啮合间隙 0 14 0 22 mm 为宜)。图 5调速器伞形齿轮检查口闷头螺栓3 4降低负荷限制冲车或启动柴油机之前，务必注意将 LOADLIMIT 降低，避免启动初期就造成柴油机超速。3 5注意 Lambda 控制器的调整正常情况下，Lambda 控制器无须调整，只有当控制器或调速器拆出过才需要调整，调整需在停机状态下进行，方法如下:控制臂与钢板之间的距离最少 1 mm，见图 6。人为设定燃油泵的齿条在 17格，注意为了保护调速器应设定“加载限制”控制手柄在最大。调整调节螺栓直到活塞与弹簧相触但不压缩弹簧，见图 7。使调节螺栓固定。拿掉图 8 处的增压空气管。供给增压空气直到活塞杆到达顶部位置。调节停车螺栓(见图 8)，根据测试表加负荷到 110%，增加 15 格齿条。使用最靠近 Lambda 控制器的高压油泵齿条作为控制齿条。调整完成。图 6控制臂与钢板间距图 7调整停车螺栓图 8停车螺栓3 6调速器的测试调速器大修或更换后，需对调速器进行如下测试:1)启动发动机，按同步转数运行。在并电之前，在 5%+5%的转速范围，以适当的速度调节转速测试。2)调节速度。待加载到大约 40%负荷，调速器和发动机油温达到正常时，立即增加负荷至 80%左右(通过启动主机油泵或压缩机)。此时检查导致频率下降率不能超过 8%左右，发动机转速必须在3 s 内回到恒定值(因为调速器速度降，转速将比之前略低)。如果发动机与其他发动机并联工作，应在大约 3 s 内建立均匀的负荷分担。如果调速器反05航海技术第 1 期应太慢，则按调速器说明书进行补偿调整。3 7飞车保护机构的实效试验和调整1)手动启动柴油机无负载运行(用调速器上的“同步器”)，观察转速表。在达到由说明书规定或在“试验报告”中标明的转速时(可能为 825、860、1 030 r/min，需根据本船柴油机实际工作转速而定)，超速停机装置必须工作，停车气缸动作。将高压油泵调速杆转到齿条零刻度，使柴油机停机。2)如果超速装置停机转速不同于说明书规定转速或在“试验报告”中标明的转速，超速装置应被调整。转动柴油机直到调节螺栓正对着罩壳打开的面(见图 9)，用套筒扳手松开锁紧螺栓并转动调节螺栓，向外转动调节螺栓(使飞块松弛)减少超速转速(当心别向外转动调节螺栓太多使它碰到释放杆)，锁紧螺栓并再次试验超速装置，直到与说明书设定转速相符为止。3)当超速装置在重新调整好后装好罩盖。图 9飞车保护机构4结束语造成柴油机超速的原因有很多，本文主要从基本原理及做好最基本的防控措施为出发点进行论述。作为管理者，平时还要多看说明书，搞懂原理、按章操作、超前防控，才能有效避免超速事故的发生。作者简介:劳信祥，助理工程师，(E-mail)279652129 qq com2023 年 1 月航海技术第 1 期一起新造电力推进船舶全船失电故障实例李欣张士中张志平(自然资源部第一海洋研究所)随着国家海洋战略不断推进，综合性海洋科考船建造数量越来越多，从我国近几年建造的科考船来看，大多采用电力推进方式。其主要特点是船舶电站功率较大、配电系统复杂、自动化程度高、智能电站管理系统应用普及、数字化集成设备大量使用，使船舶电力系统故障多样化，故障查找困难，船舶管理面临新的挑战。1某科考船电力系统特点我国某型 5 000 吨级科学考察船是我国自行设计建造的综合性科学考察船，配备水体探测、大气探测、海底探测、深海极端环境探测、遥感数据现场验证等五大系统。该船采用了国际先进的吊舱式电力推进系统，艏部配备了 2 台艏侧推器，满足中国船级社动力定位 DP-1 要求，并配备综合导航定位系统，一人驾驶桥楼。该船操纵灵活、可实现 0 15 kn 无级变速，在低速状况原地 360回转。1 满足深海多波束等声学设备作业、重力取样、水文取样、生物拖网、地震调查作业、潜浮标作业等调查工况。电力推进系统包括发电机组、690 V 主配电板、400 V/230 V 配电板、应急配电板、集控台、集中监控系统/电站管理系统(IAS/PMS)、艏侧推器、日用变压器、推进变压器、推进变频器、吊舱、吊舱推进遥控系统、交流 UPS(不间断电源系统)等设备。其中船舶电站是本船舶的动力核心，由 4 台柴油发电机组成，总容量为2 610 kW 3 台+758 kW 1 台，额定电压690 V。工作负荷较低时采用单机 2 610 kW 运行，工作负荷较高时采用 2 台及以上发电机并联运行，停泊时采用 1 台 758 kW 发电机组运行，以满足科考船工况复杂和电力负荷波动大的需求。2 发电机组、推进电机、操舵电机、推进变频器、推进移相变压器、配电变压器等重要设备，均布置在船舶的左右两舷，其供电遵循“同侧供电”原则，即左侧/右侧为重要