某船柴油機(jī)緊急停車故障分析及排除

譚健　羅玲　王偉強(qiáng)

摘? ? 要：柴油機(jī)是船舶動力裝置和電站的原動機(jī)，柴油機(jī)安全可靠運行對船舶航行安全起著舉足輕重的作用。為了避免柴油機(jī)發(fā)生重大事故，威脅船舶航行安全，現(xiàn)代船舶柴油機(jī)設(shè)置了操控系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)、安保系統(tǒng);對柴油機(jī)重要的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，超過整定值時發(fā)出聲光報警和啟動緊急停車保護(hù)動作。因此，船舶輪機(jī)管理員和船廠工程技術(shù)人員熟悉掌握柴油機(jī)安保系統(tǒng)項目和柴油機(jī)故障排除方法，盡快排除故障，恢復(fù)柴油機(jī)正常運行，對保證船舶航行安全具有重要意義。

關(guān)鍵詞：船舶柴油機(jī);緊急停車;滑油壓力

中圖分類號：U664.121 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Case Analysis and Troubleshooting of Emergency Stop of

Marine Diesel Engine

TAN Jian，? LUO Ling，? WANG Weiqiang

（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.， Ltd.， Guangzhou 510715 ）

Abstract： Diesel engine is the prime mover of ship power plant and power station. The safe and reliable operation of diesel engine plays an important role in the safety of ship navigation. In order to avoid major accidents of marine diesel engine and threaten the safety of ship navigation， modern marine diesel engine has set up control system， monitoring system and security system. The important technical parameters of the diesel engine are monitored. When the setting value is exceeded， the sound and light alarm will be issued and the emergency stop protection action will be started. Therefore， the ship engineer administrator and shipyard engineering technicians should be familiar with the diesel engine security system and diesel engine troubleshooting method， as soon as possible to troubleshoot， restore the normal operation of diesel engine， which is of great significance to ensure the safety of ship navigation.

Key words： Marine diesel engine;? Emergency stop;? Lubricating oil pressure

1? ? ?前言

柴油機(jī)廣泛應(yīng)用于船舶工業(yè)中，作為船舶動力裝置和電站的原動機(jī)。柴油機(jī)的安全可靠運行對船舶航行安全起著舉足輕重的作用。船舶柴油機(jī)系統(tǒng)，通常由柴油機(jī)、控制系統(tǒng)及其輔助系統(tǒng)構(gòu)成：柴油機(jī)主要運動部件有氣缸、活塞、曲軸和連桿等;控制系統(tǒng)主要包括操控系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)、安保系統(tǒng);輔助系統(tǒng)主要包括潤滑油系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和空氣增壓系統(tǒng)等。由于柴油機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性，引起柴油機(jī)故障有多種多樣。這些故障輕則影響柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，重則導(dǎo)致柴油機(jī)發(fā)生重大事故，嚴(yán)重威脅船舶的航行安全。

2? ? ?柴油機(jī)的安全保護(hù)

為了避免船舶柴油機(jī)發(fā)生重大事故，威脅船舶航行安全，現(xiàn)代船舶柴油機(jī)設(shè)置了操控系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)、安保系統(tǒng);對柴油機(jī)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，超過整定值時發(fā)出聲光報警;對一些特別重要的技術(shù)參數(shù)超過整定值時，除發(fā)出聲光報警外，還會啟動緊急停車保護(hù)。

船舶柴油機(jī)緊急停車保護(hù)項目包含但不限于以下幾種：超速、潤滑油壓力過低、潤滑油溫度過高、軸承溫度過高。另外，控制系統(tǒng)本身的故障也會引起緊急停車保護(hù)動作。

2.1? ?超速緊急停車保護(hù)

柴油機(jī)超速運行是極其嚴(yán)重的故障，會使柴油機(jī)旋轉(zhuǎn)和支承部件承受超出設(shè)計范圍的離心力作用，輕則導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)和支承部件產(chǎn)生變形、裂紋使強(qiáng)度下降，重則導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)和支承部件斷裂脫落，引發(fā)重大事故。所以為了保障柴油機(jī)安全運行，超速緊急停車保護(hù)是大功率柴油機(jī)必須設(shè)置的主保護(hù)，該保護(hù)在監(jiān)測到柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到報警整定值時發(fā)出聲光報警，進(jìn)一步上升至緊急停車保護(hù)整定值時觸發(fā)緊急停車保護(hù)動作。

柴油機(jī)組超速的原因有：調(diào)速電控系統(tǒng)故障;柴油機(jī)快速卸載;燃油系統(tǒng)故障;控制系統(tǒng)被電磁干擾導(dǎo)致失控。

2.2? ?潤滑油壓力過低緊急停車保護(hù)

潤滑油系統(tǒng)是柴油機(jī)組重要的輔助系統(tǒng)之一，該系統(tǒng)主要作用是潤滑柴油機(jī)各運動部件，并具有一定的冷卻、清潔和密封等作用。潤滑油系統(tǒng)是否正常運行，直接關(guān)系到柴油機(jī)的安全穩(wěn)定運行，該系統(tǒng)常發(fā)生的典型故障是潤滑油壓力降低，這會導(dǎo)致柴油機(jī)運動部件潤滑不足過熱損壞，對柴油機(jī)組產(chǎn)生致命的傷害。所以潤滑油壓力過低緊急停車保護(hù)，也是柴油機(jī)必須設(shè)置的主保護(hù)。該保護(hù)在監(jiān)測到柴油機(jī)潤滑油壓力下降到報警整定值時發(fā)出聲光報警，進(jìn)一步下降至緊急停車保護(hù)整定值時觸發(fā)緊急停車保護(hù)動作。

柴油機(jī)組滑油壓力降低的原因有：潤滑油系統(tǒng)泄漏;潤滑油系統(tǒng)濾器堵塞;潤滑油箱油位過低;潤滑油溫度過高;潤滑油泵故障等。

2.3? ?軸承溫度過高緊急停車保護(hù)

軸承是柴油機(jī)的重要支持和定位系統(tǒng)，保證柴油機(jī)穩(wěn)定地輸出功率。軸承按其作用可分為支持軸承和推力軸承。柴油機(jī)正常運行時，軸承的溫度在設(shè)計范圍內(nèi)，異常振動或者潤滑油系統(tǒng)故障會導(dǎo)致軸承溫度異常升高，嚴(yán)重時引發(fā)軸瓦燒毀的嚴(yán)重故障，所以功率較大的柴油機(jī)設(shè)置軸承溫度過高緊急停車保護(hù)是十分必要的。該保護(hù)在監(jiān)測到柴油機(jī)軸承溫度升高至報警整定值時發(fā)出聲光報警，進(jìn)一步上升至緊急停車整定值時觸發(fā)緊急停車保護(hù)動作。

2.4? ?控制系統(tǒng)故障緊急停車保護(hù)動作

控制系統(tǒng)控制著柴油機(jī)啟停、加速、減速、定速運行和故障緊急停車。由于控制系統(tǒng)基本屬于電控系統(tǒng)，其主要部件均為電子設(shè)備，在實際運行過程中難免發(fā)生故障導(dǎo)致柴油機(jī)失控，使轉(zhuǎn)速、潤滑油壓力、軸承溫度等重要參數(shù)大幅偏離正常范圍，最終導(dǎo)致柴油機(jī)緊急停車?？刂葡到y(tǒng)故障主要有：主控制器故障;控制系統(tǒng)電源故障;外部電磁干擾;相關(guān)電子元器件故障等。

3? ? 柴油機(jī)緊急停車實例分析

3.1? ?某船柴油機(jī)緊急停車事故概況

某船推進(jìn)系統(tǒng)為雙主機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)、兩臺柴油機(jī)、軸系和螺旋槳等組成。柴油機(jī)為雙列、四沖程、水冷式柴油機(jī)，額定功率3 680 kW。柴油機(jī)發(fā)生緊急停車前，柴油機(jī)功率為2 051 kW、轉(zhuǎn)速752r/min、船舶航速13.8 kn。在航行過程中控制系統(tǒng)發(fā)出聲光報警和左柴油機(jī)緊急停車，右柴油機(jī)單機(jī)運行，船舶航速降至6.2 kn。

通過查詢控制系統(tǒng)報警記錄發(fā)現(xiàn)，引起柴油機(jī)緊急停車的原因是柴油機(jī)潤滑油壓力過低：潤滑油供油壓力從9：30：32開始快速下降，9：30：38降至報警整定值3.5 bar，并在3 s內(nèi)繼續(xù)降至1.5 bar，觸發(fā)潤滑油壓力過低緊急停車保護(hù)動作，柴油機(jī)緊急停車。

3.2? ?潤滑油壓力過低原因分析及故障排除

該柴油機(jī)潤滑油系統(tǒng)設(shè)置了兩臺供油泵，一臺為電動預(yù)供泵，一臺為機(jī)帶主油泵。柴油機(jī)正常工作時，機(jī)帶主油泵運行，電動預(yù)供泵停止，潤滑油供油壓力為4.6 bar。潤滑油壓力過低緊急停車保護(hù)邏輯：實際壓力低于停車保護(hù)動作的整定值并延時2 s，潤滑油壓力低報警和停車保護(hù)動作的整定值是柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)，如圖1所示。

柴油機(jī)潤滑油系統(tǒng)圖，如圖2所示。潤滑油系統(tǒng)主要由潤滑油箱、潤滑油泵、濾器及潤滑油冷卻系統(tǒng)組成。柴油機(jī)潤滑油壓力過低的原因，可能是：潤滑油系統(tǒng)泄漏;濾器堵塞;潤滑油油箱油位過低;潤滑油溫度過高;潤滑油泵故障等。

柴油機(jī)運行過程中，由于振動、管路和密封件老化等原因會導(dǎo)致潤滑油泄漏。如果是輕微滲漏不影響潤滑油壓力，柴油機(jī)可維持正常運行，擇機(jī)進(jìn)行處理即可;如果是泄漏量較大，則可能導(dǎo)致滑油壓力急劇下降至停車保護(hù)整定值引發(fā)緊急停車。經(jīng)對柴油機(jī)潤滑油系統(tǒng)進(jìn)行全面排查，未發(fā)現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，且柴油機(jī)潤滑油箱油位處于正常位置;進(jìn)行管路排氣檢查也未發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)有空氣滲入。

潤滑油溫度是影響潤滑油壓力的一個重要因素。潤滑油溫度過高會使滑油粘度和密度下降，壓力也會相應(yīng)下降?？刂葡到y(tǒng)顯示潤滑油溫度為 52.3 ℃，和柴油機(jī)運行工況相匹配，說明潤滑油冷卻系統(tǒng)工作正常，并非潤滑油溫度高導(dǎo)致壓力過低緊急停車。

潤滑油壓力反饋系統(tǒng)故障也會造成控制系統(tǒng)的誤動作引發(fā)緊急停車。壓力反饋系統(tǒng)由壓力傳感器、模擬量模塊、PLC主控模塊組成，任何一個部件故障均會導(dǎo)致壓力反饋異常。測量反饋線路絕緣電阻正常;技術(shù)人員在壓力傳感器（壓電式）接線端注入4～20 mA模擬電流信號，系統(tǒng)顯示壓力均正常;使用手持壓力泵對傳感器進(jìn)行實際加壓試驗，傳感器壓力反饋也正常。

潤滑油系統(tǒng)管路不暢通也會導(dǎo)致柴油機(jī)潤滑油壓力過低引起緊急停車。潤滑油濾器的作用是過濾潤滑油中的雜質(zhì)顆粒，保證潤滑油品質(zhì)，因此必須定期清洗濾器以保持油路暢通。緊急停車后對濾器進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)濾器較為清潔，無較多雜質(zhì)異物。

通過以上檢查，均未發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致潤滑油壓力過低的原因，因此技術(shù)人員分析極有可能是潤滑油泵本身發(fā)生了故障。進(jìn)一步對電動預(yù)供泵和機(jī)帶主油泵及其進(jìn)出管路和閥門進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)電動預(yù)供泵出口單向閥閥芯卡澀在全開位置。從圖2可知，電動預(yù)供泵與機(jī)帶主油泵并列運行，柴油機(jī)正常運行時僅機(jī)帶主油泵工作。當(dāng)電動預(yù)供泵出口單向閥閥芯卡澀在全開位時，機(jī)帶主油泵輸出的潤滑油一部分流經(jīng)電動預(yù)供泵出口單向閥和電動預(yù)供泵返回潤滑油箱，使?jié)櫥蛪毫眲〗档蛷亩鴮?dǎo)致緊急停車。單向閥修復(fù)后，重新啟動柴油機(jī)試運行，潤滑油壓力正常，柴油機(jī)正常運行。

修復(fù)電動預(yù)供泵出口單向閥后，柴油機(jī)潤滑油壓力曲線如圖3所示：

4? ? 結(jié)束語

鑒于船舶柴油機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造的復(fù)雜性，引起船舶柴油機(jī)故障有多種多樣。這些故障輕則影響柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，重則導(dǎo)致柴油機(jī)發(fā)生重大事故，嚴(yán)重威脅船舶的航行安全。因此，船舶輪機(jī)管理員除做好日常管理工作外，熟悉掌握柴油機(jī)安保系統(tǒng)項目和柴油機(jī)故障排除方法，盡快排除故障，恢復(fù)柴油機(jī)正常運行，對保證船舶航行安全具有重要意義。

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