某船用發(fā)電機組柴油機飛車原因分析與排除

劉曉剛 褚力濱 張小崇 呂戰(zhàn)鵬 王克明 趙伊曉 張青鋒

摘要：針對某船用高速柴油機發(fā)電機組飛車的原因進行分析，是由于調(diào)速器復位彈簧掛鉤斷裂，齒條油量位置失去控制，發(fā)生柴油機轉速急劇升高，最終導致的柴油機飛車。并通過故障復現(xiàn)驗證了原因定位，最后制定了預防措施并針對此問題進行了舉一反三。

關鍵詞：發(fā)電機組;柴油機;飛車;齒條復位彈簧

中圖分類號：TK428? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）08-0151-03

1? 情況概述

某型布纜船1#船采用3臺某高速柴油機發(fā)電機組（標定功率/轉速：1550kW/1500rpm）用于電力推進系統(tǒng)主機組，1臺柴油發(fā)電機組（標定功率/轉速：600kW/1500rpm）用于輔助發(fā)電，1臺柴油發(fā)電機組（標定功率/轉速：150kW/1500rpm）用于應急發(fā)電。5臺機組于2013年10月出廠，2015年2月交付使用。

2017年8月25日該船出海試航，現(xiàn)場操作人員反饋：上午8：00分別將主、輔發(fā)電機組啟動至怠速狀態(tài)（960轉/分），柴油機水溫、油溫預熱后，主、輔發(fā)電機組轉速升至1500轉/分，將1#機組和輔機并網(wǎng)進行帶載試驗，大約5分鐘后機艙DC24V充放電板1#、2#蓄電池低電壓和充放電板充電故障同時報警，處理后仍然出現(xiàn)同樣的報警，將1#發(fā)電機組解列，并將3臺主發(fā)電機組降至怠速狀態(tài)后，到電工間進行排查，突然主機控制箱失電，1#、2#機組先后自動停車，但3#機組聲音異常，轉速升至飛車狀態(tài)。操作人員迅速從電工間跑到3#機組旁將B列斷氣閥手動關閉，機組轉速下降（A列斷氣閥為自動關閉），隨后按控制箱緊急停車按鈕，幾秒后停車，但控制箱電壓不穩(wěn)，各指示燈閃爍，此時已盤不動車，截止故障發(fā)生時，3#機組已累計運行826小時。

接到反饋后，工廠高度重視，立即組織分析原因，并于2017年8月26日派技術人員赴現(xiàn)場進行相關勘驗工作。

2? 現(xiàn)場勘驗

2.1 3#機組運行、保養(yǎng)情況

現(xiàn)場查閱了3#機組自2016年12月30日～2017年8月18日的航行日志，記錄了柴油機的運行參數(shù)、維護保養(yǎng)以及故障處理情況。

①3#機組故障前期運行參數(shù)正常，其中機油壓力均在0.52MPa以上，未出現(xiàn)機油壓力偏低的現(xiàn)象。②3#機組1月26日更換了機油，機油更換周期正常。③6月18日記錄了13：53由于DC24V充放電板發(fā)生故障導致全船失電（如圖1、圖2所示）。

進一步了解發(fā)生失電時的情況，告知是由于給控制箱供電的蓄電池電壓低，將DC24V充放電板1#、2#蓄電池進行切換后出現(xiàn)的全船失電，當時3臺柴油機均未發(fā)生飛車現(xiàn)象。

2.2 3#機組柴油機排查情況

①柴油機盤不動車，脫開發(fā)電機，柴油機仍盤不動車。檢查高彈聯(lián)軸器，發(fā)現(xiàn)橡膠齒頂有燒熔現(xiàn)象（如圖3所示）。發(fā)電機轉動靈活，但發(fā)電機風扇下有大約10mm長銅塊（如圖4所示）。

②檢查曲軸已無軸向間隙，止推環(huán)可見部分未見異常（如圖5所示）。

③打開觀察孔蓋板，檢查各檔連桿軸向串動情況（見表1）。外觀檢查軸瓦發(fā)現(xiàn)第七檔主軸瓦和B4缸連桿瓦邊有擠出現(xiàn)象，拆開B4缸連桿瓦蓋，發(fā)現(xiàn)連桿瓦面和連桿軸頸有過熱、磨損現(xiàn)象（如圖6、圖7所示）。

④檢查各缸搖臂、過橋、挺桿、噴油器未見異常。

⑤拆開各缸氣缸蓋，檢查活塞頂部、氣缸套表面無拉缸現(xiàn)象。

⑥檢查機油濾清器未見異常，檢查機油泵襯套和外部過渡齒輪未見異常（如圖8、圖9所示）。

⑦拆前端蓋檢查齒輪系，發(fā)現(xiàn)曲軸傳動齒輪與曲軸有碰撞痕跡（如圖10所示），其它齒輪無異常。

⑧在A/B列增壓器壓氣機端處檢查，增壓器轉動靈活、無刮蹭現(xiàn)象。

⑨檢查3#機組高壓油泵齒條，拉動靈活無卡滯現(xiàn)象，高壓油泵齒條復位彈簧一端斷裂、脫落（靠減震器端側），無復位作用，檢查斷裂部位有銹跡（如圖11所示）。檢查1、2#機組復位彈簧，彈簧掛鉤處均有銹跡。1、2、3#機組高壓油泵齒條控制裝置活動靈活，無卡滯現(xiàn)象。

⑩控制箱正常通電后，按緊急停車按鈕，檢查A/B列斷氣閥功能正常。

2.3 滑油檢測情況

將3#機組柴油機用過的機油取樣，進行常規(guī)理化檢測。粘度、閃點235℃等參數(shù)滿足使用要求。

3? 廠內(nèi)排查

根據(jù)現(xiàn)場勘查情況，工廠組織人員對3#機組發(fā)生飛車的原因，從柴油機停車原理、柴油機裝配、復位彈簧檢測三個方面開展了排查。

3.1 柴油機停車原理

柴油機停車分為正常停車、緊急停車兩種。正常停車時停車電磁鐵和電子調(diào)速器同時工作，切斷柴油機燃油供給;緊急停車時停車電磁鐵、電子調(diào)速器、斷氣閥同時工作，切斷柴油機燃油供給和進氣供給。兩種停車過程中，在設定程序的控制下，電子調(diào)速器將高壓油泵齒條推向零位的同時，調(diào)速機構的復位彈簧也給高壓油泵齒條施加推向零位的作用力。

3.2 柴油機裝配

在柴油機裝配時，裝配、檢查人員嚴格按照作業(yè)指導書的要求執(zhí)行，并將檢測結果逐臺記錄，查閱該機出廠前的裝配記錄卡，均滿足裝配要求，可以排除裝配間隙問題造成柴油機飛車的可能性。

3.3 復位彈簧檢測

高壓油泵的復位彈簧采用碳素彈簧鋼絲（GB/T4357），材料為65Mn，鋼絲直徑1.2mm，力學性能等級為D級，按照技術要求，工廠隨機抽取6件彈簧，檢測化學成分、機械性能（抗拉強度、扭轉、纏繞）、彈簧拉伸力等，經(jīng)檢測均滿足技術要求（附件3）。

通過對彈簧庫存實物的檢測，可以排除復位彈簧批次性質(zhì)量問題的可能性，該復位彈簧進廠復檢測采用抽樣檢驗的方式，可能存在復位彈簧有偶發(fā)質(zhì)量問題未抽檢到的情況。

4? 原因分析

通過對現(xiàn)場勘查、廠內(nèi)排查和柴油機停車原理的分析，認為3#柴油發(fā)電機組飛車的故障原因是：在怠速運行過程中發(fā)生柴油機控制箱供電DC24V電源失電，導致柴油機電子調(diào)速器失電，調(diào)速失控，此時如復位彈簧狀態(tài)完好，通過彈簧的回復力，可將高壓油泵油量齒條拉回至供油零位，使柴油機正常停機。但由于調(diào)速器復位彈簧掛鉤斷裂，齒條油量位置失去控制，受手動停車手柄重力和高壓油泵工作特性的影響，齒條向高供油量方向運動，使過多的燃油噴入燃燒室參與燃燒，引起柴油機轉速異常升高。同時由于機旁控制箱失電，安保系統(tǒng)失去對柴油機的保護作用，超速保護裝置未正常工作，最終導致柴油機飛車。

故障發(fā)生時出現(xiàn)A列斷氣閥為自動關閉、B列斷氣閥為手動關閉現(xiàn)象，分析認為在柴油機飛車初期，DC24V供電電源不穩(wěn)，產(chǎn)生波動，控制箱電源時通時斷，柴油機安保系統(tǒng)曾起作用，但由于斷氣閥生產(chǎn)制造的差異，使兩斷氣閥動作時間不完全一致，導致控制箱得、失電期間出現(xiàn)B列斷氣閥動作而A列斷氣閥未動作的現(xiàn)象。

5? 故障復現(xiàn)

2017年9月2日，工廠選取一臺同型號柴油機在試驗臺架上進行模擬彈簧斷裂和控制箱失電的試驗：起機前取下調(diào)速機構復位彈簧，在柴油機正常運行時切斷控制箱電源。切斷控制箱電源后，在2-3秒時柴油機聲音異常，轉速急劇升高，停車手柄向下（油量升高方向）移動，且相關停車保護功能均無動作，迅速手動停機。通過臺架試驗的結果表明，在復位彈簧斷裂和控制箱失電同時發(fā)生的情況下，會發(fā)生柴油機轉速急劇升高的飛車現(xiàn)象。

6? 處理措施

2017年9月15日和10月25日召開布纜船1#船3#柴油發(fā)電機組故障處置專題會，明確了3#柴油發(fā)電機組飛車故障原因，要求盡快恢復設備，確保船舶正常使用。根據(jù)工作會議的安排，3#柴油機組目前已經(jīng)恢復完畢并投入使用，具體進度如下：①2017年9月18日，對3#柴油發(fā)電機組修復條件進行現(xiàn)場勘驗，確定了機組出艙修復的方案;②2017年12月26日柴油機、發(fā)電機修復完成運抵目的地;③2017年12月29日與船廠配合完成柴油機、發(fā)電機入艙，整船封艙工作;④2018年2月20日與船廠配合完成柴油機、發(fā)電機對中工作;⑤2018年3月1日機組外圍管路恢復完畢，服務工程師進行動車前檢查工作，其中對斷氣閥、復位彈簧、停車電磁鐵進行了重點檢查，機組具備系泊試驗條件;⑥2018年4月1日機組完成系泊試驗，4月2日試航順利結束，3#柴油發(fā)電機組運行正常。

系泊試驗及航行試驗結束后，現(xiàn)場服務人員再次對該機的斷氣閥、復位彈簧及停車電磁鐵進行檢查，一切正常。排除了柴油機全部故障，確定機器運行狀態(tài)良好，無故障交付使用部隊，并現(xiàn)場簽了完工服務單。

7? 舉一反三

①工廠對1#船的1#、2#、3#柴油發(fā)電機組調(diào)速控制系統(tǒng)進行了全面的檢查、保養(yǎng)，確保機組各項功能正常，可靠使用。工廠服務人員于2018年9月21日上船進行1000小時保養(yǎng)，并填寫了服務記錄單。②工廠加大復位彈簧抽檢力度，對陸裝項目所用復位彈簧裝配前100%檢驗。工廠從倉庫抽取9件復位彈簧（3件用于2#船主發(fā)機組，6件用于備件）進行了拉伸力和相關尺寸的復檢，均滿足技術要求。③工廠進一步對使用部隊開展柴油機的日常維護保養(yǎng)的培訓工作，對柴油機起機前檢查調(diào)速機構狀態(tài)、安保系統(tǒng)狀態(tài)、維護保養(yǎng)等工作重點培訓;在布纜船2#船隨機資料每套機組增加3份培訓教材，培訓教材中對柴油機復位彈簧、停車電磁鐵使用說明內(nèi)容做重點標識。工廠于2018年10月15日走訪1#船，并派服務人員上船進行巡檢工作。由于1#船即將進行定型試驗，與使用方溝通待定型試驗后，派專業(yè)工程師對使用廠家進行培訓工作，2019年6月18日，工廠完成了培訓工作。培訓教材中對柴油機復位彈簧、斷氣閥、停車電磁鐵使用和保養(yǎng)內(nèi)容做了重點標識。④工廠對同類項目的柴油發(fā)電機組增加影響安全運行的警示、警告標識，在1#、2#船主發(fā)機組控制箱上增加“柴油機開機前，請檢查并確保復位彈簧處于完好狀態(tài)”標識。

工廠技術部門在2018年10月31日下發(fā)通知，要求制作警示標牌，采購的警示標牌11月14日到廠后，對2#船主發(fā)機組進行整改，1#船的現(xiàn)場整改與培訓工作同時進行。

參考文獻：

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