船舶柴油發(fā)電機(jī)EFC調(diào)速原理及故障分析

鄭建

摘 要：本文以“XX”輪為例，對(duì)發(fā)電柴油機(jī)的EFC調(diào)速原理及其引起轉(zhuǎn)速不穩(wěn)、最后導(dǎo)致船舶失電的原因進(jìn)行解析。

關(guān)鍵詞： 電子調(diào)速板 PT泵 執(zhí)行器

基本情況介紹

xx輪原為1993年德國(guó)建造的三用拖輪，船舶裝有Cummins品牌的柴油機(jī)四臺(tái)：一臺(tái)帶動(dòng)首推進(jìn)器，一臺(tái)作為應(yīng)急發(fā)電機(jī)應(yīng)急供電，另兩臺(tái)用于船舶主發(fā)電機(jī)，均采用電子調(diào)速器（EFC）控制柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。首推柴油機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)速波動(dòng)量要求不是太高，應(yīng)急發(fā)電的柴油機(jī)也因使用時(shí)間較短，沒有出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動(dòng)以至于跳電的故障現(xiàn)象。調(diào)速不穩(wěn)故障主要表現(xiàn)在兩臺(tái)主發(fā)電機(jī)上，此種類型的船舶發(fā)電柴油機(jī)型號(hào)為：Cummins NTA855 G3。調(diào)速采用電子調(diào)速，即 EFC調(diào)速。每臺(tái)主發(fā)電機(jī)單機(jī)最大功率360KW。工作溫度，滑油：Max116℃，實(shí)際溫度為98 ℃左右；淡水：Max93℃，實(shí)際溫度為86℃左右 。

故障現(xiàn)象

兩臺(tái)主發(fā)電機(jī)單獨(dú)使用時(shí)，出現(xiàn)頻率波動(dòng)很大，時(shí)間不規(guī)律，有時(shí)頻率波動(dòng)一段時(shí)間內(nèi)正常，而有時(shí)頻率波動(dòng)不能正常，再并車換電很困難，時(shí)有導(dǎo)致跳電現(xiàn)象發(fā)生。經(jīng)Cummins廠方服務(wù)商多次維修，更換電子調(diào)速板及執(zhí)行器，再次工作一段時(shí)間后仍又出現(xiàn)同樣毛病，沒有能夠提出解決故障的指導(dǎo)方案。這種不規(guī)律跳電現(xiàn)象給船舶航行帶來(lái)不安全因素。

結(jié)構(gòu)與原理

1、控制原理及各技術(shù)參數(shù)

從上面流程圖中可以看出：日用油柜燃油通過雙聯(lián)濾器到浮子油柜，再通過磁性細(xì)濾器（過濾能力大于20微米雜質(zhì)）及水濾器到PT油泵。增壓后的燃油流經(jīng)PT泵內(nèi)部飛重連接的滑伐控制的油孔，到達(dá)執(zhí)行器，燃油再由執(zhí)行器精確地控制進(jìn)入到各噴油器油腔。也就是說(shuō)，為噴油器提供合適的燃油壓力及正確的噴射時(shí)間來(lái)完成對(duì)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的控制從而達(dá)到穩(wěn)定發(fā)電機(jī)的頻率。整個(gè)調(diào)速環(huán)節(jié)中，測(cè)速傳感器測(cè)得脈沖信號(hào)到電子調(diào)速板，經(jīng)其處理后輸出直流電壓信號(hào)來(lái)控制執(zhí)行器的開度，達(dá)到調(diào)節(jié)進(jìn)入噴油器的油量并保持油壓穩(wěn)定 ，以實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)穩(wěn)定調(diào)速。

2、測(cè)速傳感器

工作溫度：-55——+105℃

正常輸出脈沖電壓：DC2--5V ；安裝要求測(cè)速探頭與飛輪端 的間隙為0.7--1.1mm 。保養(yǎng)要求：定期檢查、清潔、防止松動(dòng)，避免引起影響測(cè)速信號(hào)。

3、電子調(diào)速板

采用模塊、常閉控制方式。

輸入電壓為：24±6VDC。

輸出電壓：即為柴油機(jī)正常工作時(shí)到執(zhí)行器上的電壓 ：10---12V。

怠速電位器：調(diào)節(jié)柴油機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)速度，防止柴油機(jī)轉(zhuǎn)速上生過快。

運(yùn)行電位器：調(diào)節(jié)柴油機(jī)正常工作時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。

增益電位器：調(diào)節(jié)過大，柴油機(jī)反應(yīng)速度靈敏，但是運(yùn)轉(zhuǎn)不夠平穩(wěn)；調(diào)節(jié)過小，外界負(fù)荷變化時(shí)，柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度隨之變化，不能即時(shí)調(diào)速。

調(diào)速率電位器：調(diào)節(jié)過大，調(diào)速特性軟，并車?yán)щy；調(diào)節(jié)過小，調(diào)速特性硬，并車時(shí)負(fù)荷分配不均 。

4、執(zhí)行器

執(zhí)行器是高精度器件，對(duì)應(yīng)于電子調(diào)速板，采用常閉式控制。工作電壓：24VDC，線圈電阻隨溫度增大而增大 ，反應(yīng)時(shí)間隨溫度增大而增加。工作溫度要求最高不得超出125 ℃ 。執(zhí)行器工作環(huán)境惡劣，要求燃油必須清潔。常閉式執(zhí)行器壽命為2000——5000小時(shí)；燃油品質(zhì)良好，執(zhí)行器壽命可達(dá)10000小時(shí)以上，燃油品質(zhì)不良，執(zhí)行器壽命大大縮短。執(zhí)行器是影響柴油機(jī)工作的重要元件。

5、PT 油泵（采用兩極調(diào)速控制）

PT 油泵是由齒輪泵、油門軸、減震膜片、飛重機(jī)構(gòu)等組成，其工作好壞由Cummins廠方專業(yè)技術(shù)人員在廠內(nèi)進(jìn)行校驗(yàn)，一旦調(diào)試好后不可隨意調(diào)節(jié)，一般不會(huì)出現(xiàn)故障。

該船 PT油泵最大油量為114L/h，輸出壓力即進(jìn)入噴油器油腔內(nèi)的燃油壓力為1.2Mpa。進(jìn)入噴油器油腔中的燃油，其中有80%的燃油對(duì)噴油器冷卻后通過單向閥返回浮子油柜。

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，防止大量回油擾動(dòng)及空氣釋放不及被吸入造成柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)。③從日用油柜到浮子油柜加油管內(nèi)徑至少38mm，防止柴油機(jī)大負(fù)荷時(shí)油量供應(yīng)不及。④透氣管保持暢通無(wú)阻，有利于浮子油柜內(nèi)的空氣排除。⑤浮子油柜底部設(shè)置放殘孔，以利于浮子油柜放殘。

浮子油柜的作用：①浮子油柜的高度與PT油泵高度基本一致，如太高，長(zhǎng)時(shí)間停車會(huì)造成燃油通過一些開啟噴油器進(jìn)入氣缸后再泄露到油底殼滑油中污染滑油，并且柴油機(jī)再次起動(dòng)時(shí)引起爆燃；高度太低，造成PT油泵吸油困難，同樣不利于柴油機(jī)工作。②進(jìn)入噴油器油腔的燃油80%再回到浮子油柜，大量的回油既冷卻噴油器又加熱浮子油柜內(nèi)的燃油，防止環(huán)境溫度太低造成寒冷地區(qū)當(dāng)?shù)娜加徒Y(jié)冰。

故障現(xiàn)象及故障分析

1、故障現(xiàn)象

外界負(fù)荷不變時(shí)發(fā)電機(jī)頻率不規(guī)律性波動(dòng)，外界負(fù)荷突變時(shí)頻率波動(dòng)很大，柴油機(jī)在高負(fù)荷工作時(shí)，偶爾加負(fù)荷時(shí)頻率一直下降，超過繼電器的延時(shí)整定時(shí)間立即引起發(fā)電機(jī)跳電。

2、故障分析

根據(jù)以上對(duì)電子調(diào)速器的理論分析及各元件在實(shí)際工作中所起的作用，進(jìn)行以下檢查和調(diào)試。①燃油品質(zhì)檢查，油濾器檢查換新，浮子油柜清潔，保證有足夠的油量供應(yīng)；②調(diào)速板檢查、測(cè)量其輸出電壓正常，換用狀況良好的調(diào)速板實(shí)驗(yàn)；③執(zhí)行器拆卸清洗，檢查其通斷電源開關(guān)均正常，安裝后保證其工作溫度在正常范圍內(nèi)，并換用新執(zhí)行器實(shí)驗(yàn)；④PT油泵減震膜片拆卸檢查正常。再次起動(dòng)柴油機(jī)實(shí)驗(yàn)，發(fā)電機(jī)頻率仍然波動(dòng)，PT油泵是由在試驗(yàn)臺(tái)上專門校驗(yàn)，無(wú)法檢查。將浮子油柜采取旁通的措施，經(jīng)過試驗(yàn)，發(fā)電機(jī)頻率馬上穩(wěn)定起來(lái)。⑤浮子油柜實(shí)際測(cè)量尺寸：浮子油柜高度260mm，總寬260cm，厚度150mm，且采取上部接回油管及日用油柜來(lái)的補(bǔ)油管、下部連接PT油泵吸油管。浮子油柜實(shí)際測(cè)量尺寸與浮子油柜設(shè)計(jì)的尺寸相比：PT油泵吸入管與回油管之間的距離小于300mm，不能滿足浮子油柜設(shè)計(jì)尺寸的要求。PT油泵所供給各缸噴油器油腔中的燃油80%返回到浮子油柜，使整個(gè)浮子油柜內(nèi)的燃油擾動(dòng)起來(lái)，回油內(nèi)空氣不能及時(shí)排出，混入大量空氣燃油被PT油泵吸入，造成的燃油壓力波動(dòng)超出了PT油泵減震膜片的減震能力，使得進(jìn)入各缸噴油器的燃油壓力波動(dòng)，造成噴油器油壓力的不足或不穩(wěn)定，引起柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，致使發(fā)電機(jī)頻率波動(dòng)。浮子油柜供油給PT油泵，而發(fā)電機(jī)回油管回到日用油柜不再返回浮子油柜，這樣也能達(dá)到保持兩臺(tái)發(fā)電機(jī)頻率穩(wěn)定。

3、故障原因

從調(diào)速環(huán)節(jié)分析，執(zhí)行器所處環(huán)境比較惡劣，高溫、振動(dòng)、控制其開度的直流可變電壓容易受到外界干擾，執(zhí)行器調(diào)節(jié)開度小，對(duì)燃油質(zhì)量要求高，不潔的燃油很易使執(zhí)行器磨損或卡死，因此執(zhí)行器是最易引起調(diào)速不穩(wěn)的部件。

運(yùn)轉(zhuǎn)中的柴油機(jī)容易使測(cè)速探頭表面蒙上一層灰塵，使檢測(cè)到的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成較低的2-5V直流電壓信號(hào)受到干擾，是引起調(diào)速不穩(wěn)的又一原因。

電子調(diào)速板一般不易損壞，但是通過調(diào)節(jié)其上部的增益電位器和其它功能鈕可以消除由于其他原因引起的速度不穩(wěn)的現(xiàn)象。

浮子油柜也是引起柴油機(jī)速度波動(dòng)的一個(gè)重要原因。本船浮子油柜不滿足設(shè)計(jì)尺寸的要求，在調(diào)速環(huán)節(jié)各元件均正常情況下，浮子油柜中燃油回油擾動(dòng)和除氣不及時(shí)引起的燃油壓力不穩(wěn)被PT油泵中的減震膜片消除。一旦調(diào)速環(huán)節(jié)各元件有任何元件不正常（主要是油濾器臟堵、執(zhí)行器故障、外界負(fù)荷突變），并最終導(dǎo)致柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定的問題處現(xiàn)。將柴油機(jī)回油引向日用油柜而不回到浮子油柜后，減少了除氣不及時(shí)和回油干擾，使得柴油機(jī)轉(zhuǎn)速能保持穩(wěn)定。值得注意的是，將柴油發(fā)電機(jī)回油管連接到日用油柜不再回浮子油柜，由于日用油柜位置高，使得柴油機(jī)回油產(chǎn)生較高備壓，停止柴油機(jī)運(yùn)行可能滯后一段時(shí)間。

結(jié)束語(yǔ)

通過在船舶工作中所遇到的電子調(diào)速器故障及檢修實(shí)例，總結(jié)以下幾個(gè)方面：①定期檢查執(zhí)行器發(fā)卡、轉(zhuǎn)速傳感器，防止臟污或信號(hào)較弱、不穩(wěn)定引起轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定；②檢查油路，消除浮子油柜回油擾動(dòng)造成油壓波動(dòng)，防止系統(tǒng)吸入空氣造成油壓不穩(wěn)定引起柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定；③定期檢查更換油濾器，保證燃油品質(zhì)，提供足夠的燃油供應(yīng)，同時(shí)也是減少執(zhí)行器磨損、延長(zhǎng)執(zhí)行器壽命、避免調(diào)速不穩(wěn)定的最重要原因。

電子調(diào)速器（EFC）調(diào)速不穩(wěn)定，歷來(lái)是故障難題。使用環(huán)境不同，引起轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定的原因千變?nèi)f化，只要在實(shí)踐中不斷探索、總結(jié)總能找到解決問題的原因所在。

（作者單位：煙臺(tái)打撈局）