船舶柴油發電機跳電故障的排除

涂志平

(青島遠洋船員職業學院，山東青島 266071)

0 引言

船舶柴油發電機組為全船提供電力保障，在實際營運生產中，有著舉足輕重的作用。而其中的原動機——柴油機，對于保證機組的運行，乃至整個船舶的安全航行具有至關重要的作用。燃油系統作為柴油機最重要的系統之一，在日常管理中應悉心維護，及時發現故障隱患，以確保其處于良好工作狀態。本文從某輪柴油發電機組跳電的故障現象入手，分析其燃油系統方面的原因，最終在油量調節機構中發現故障原因并給予排除。

1 故障現象

某輪柴油發電機型號為 WARTSILA 4R32D，額定功率1 500 kW，額定轉速750 r/min。2010年的一天，在船舶正常航行中，在負荷突增時No.2柴油發電機發生跳電，No.3發電機自動啟動。事后重新啟動該柴油機發現，其負荷基本鎖定在450 kW左右，負荷不能繼續增加，也不能減小。

2 故障原因分析

導致柴油發電機跳電的原因有很多，涉及到的方面也很多，柴油機燃油系統的影響則最為直接，在實際中引起故障的比例也較多，因此，直接從燃油系統入手。而燃油系統方面的原因也涉及方方面面，根據日常管理中所積累的經驗，主要分析以下幾方面。

2.1 柴油發電機超負荷

船上存在大量即時啟動的設備，如空壓機、冷藏箱等等，在這些設備碰巧同時啟動時，會在短時間內使整個電網的負荷突增，超過柴油發電機所能承受的負荷，造成柴油發電機超負荷發生跳電，這樣的事件在其他船舶管理過程中曾經也發生過。但該輪的情況并非如此，其發生跳電的原因是柴油發電機到達450 kW以上再突增負荷時，柴油發電機負荷難以隨負荷做即時增加而跳電，因此，此原因可以排除。

2.2 燃油噴射系統

如果燃油噴射系統有問題，比如油頭卡死，高壓油泵柱塞偶件卡死或者磨損過大，泄露太嚴重，也會導致此種故障，但這些問題如果存在，在柴油發電機運行時，相應的參數會有所反映:如果油頭有問題，排溫則是最直接的反映;如果高壓油泵存在問題，那么也會影響到排煙溫度，甚至使噴油定時發生變化影響燃燒狀況，反映在排煙、爆壓等方面。對柴油發電機在450 kW負荷左右運行時的各參數進行檢查之后，發現各參數都正常，因此也排除了此種可能。

2.3 燃油調節方面

燃油調節是由調速器根據不同的負荷，給出相應的油門指令進行調節，以適應負荷需要，保持柴油機處于相應的穩定運行狀態，是燃油系統的大腦中樞。它的組成包括調速器、調節機構以及安全保護裝置及傳動機構。這些機構的共同作用保證了柴油發電機的正常運行，其基本原理并不復雜，但在平時的維護保養中是最容易被忽視的一個環節，出問題后也最不容易找出原因。經過分析認為此次故障主要是這方面的原因。

3 故障排除

如圖1所示，油量控制機構實際上是一個復雜的機械傳動機構，從調速器動作到各缸油門拉桿的執行是通過一系列傳動機構傳遞的。除此之外，還安裝了一系列獨立的安全保護機構來保證柴油機的安全運行。在這個復雜的機構中，涉及到很多傳動部件，各部件相互關聯、相互配合，各司其職，以保證柴油發電機在運行當中安全有效，避免各種機損事故的發生。

在柴油機正常運行時，其負荷是由調速器18來控制，使燃油系統的噴油量與負荷相匹配，調速器的動作通過負荷拉桿16傳遞到軸10，同時它還可以將停車及限制功能直接傳至調節桿，而不管調速器現在的位置在什么地方。調節軸至高壓油泵是通過調節桿10和扭力彈簧9和11來傳送的，此彈簧以一定的預緊力壓在調節桿上。各缸扭力彈簧相互獨立，因此各油門拉桿之間互不影響，即使其中1只高壓油泵處于齒條阻塞狀況也不會影響到其他各缸。柴油機還可以通過止動桿6來止動，當止動桿6到停止位置，桿8使桿7到止動位置。

為保證柴油發電機安全運行，該控制機構設有2個獨立的超速保護裝置，一個是電動氣動式裝置，在速度超過正常轉速約15%以上脫開;另一個是機械式裝置，在柴油機轉速超過正常轉速18%以上動作。電動氣動式裝置可通過每個高壓油泵上的氣動式汽缸使油門處于0位，同時此裝置還可以用手動使其動作。控制機構還設有啟動油門限制裝置，在柴油發電機進行啟動時，限制油門拉桿的位置，使柴油發電機在特定油門下啟動，避免油門過大造成柴油發電機發生事故。

為了適應遙控控制功能，調速器還設有1個止動電磁閥，以便通過遙控方式來使柴油機停車，此系統也與電動超速保護裝置及自動停車系統相連，在條件滿足情況下停車，如滑油低壓，高溫水溫度過高等。

圖1 油門控制機構示意圖

3.1 工作原理

當負荷增加時，調速器帶動油門總拉桿轉動一個相應的角度，油門總桿帶動扭力彈簧做相應的動作，其中彈簧11扭力增加，彈簧9扭力減小，在扭力差的作用下，帶動高壓油泵的油門拉桿拉出，直到彈簧11和9的預緊力重新達到平衡，各缸油門拉桿穩定不動。負荷減小時，動作相反。

3.2 故障排除

初步確定本次故障原因為燃油調節方面后，針對本型號柴油發電機特點和平時管理經驗，以及由簡單到復雜的故障處理原則，采取如下方法。

首先檢查油門拉桿是否卡死，但通過對油門拉桿檢查活絡發現各缸油門拉桿都能自由扳動，不存在卡死問題。接著檢查各安全限制裝置，曾有船舶因為安全限制部件的部分動作使主油門拉桿被頂死，導致負荷固定在某一位置，無法繼續增加，因此，主管輪機員檢查了各安全保護部件，如啟動油門限制開關，最大油門限制開關等。經過檢查，確定這些機構都處于正常工作狀態，并未有什么異常動作。

排除上述原因后，對調速器進行試驗證明調速器工作是正常的，也排除了調速器的原因。

為了確定故障原因，再次對各機構進行細致分析，由圖1可知，該機構為傳動機構，從調速器到各缸油門拉桿是經過2次傳動到達，如果傳動機構傳動出現問題，使傳動過程滯后或不能到達，也同樣會導致這樣的故障，于是對傳動節進行仔細檢查，并和其他2臺正常運行的柴油發電機進行相應的比較，首先從調速器到主油門調節軸13之間的負荷拉桿及負荷拉桿與調節軸13之間的連接處進行檢查，通過試驗，其狀況良好;接著檢查調節軸13與各缸油門拉桿之間的傳動，它們之間是通過調節拉桿10和扭力彈簧9和11進行傳動，并分別控制油門拉桿的增加和減小，在對其檢查中，主管輪機員發現No.2柴油發電機油門調節機構中拉動各缸油門桿的扭力彈簧臟污嚴重，表面油泥很多，經分析，主管人員認為，在此機構中，扭力彈簧通過自身扭動產生力矩帶動各缸油門拉桿，其自身產生扭動時，各匝彈簧之間間距會根據承受負荷做相應減小或增大，其中彈簧9控制油門拉桿刻度減小，彈簧11控制油門拉桿刻度增加，2個彈簧的扭動方向相反，如果柴油發電機長期運行在450 kW負荷左右，扭力彈簧則長期處在此范圍內工作，雖然在此范圍內能夠正常運行，但油泥在彈簧各匝之間聚集，使得負荷進一步增加或減小時，彈簧9和11被油泥卡死，各自無法產生相應的變形來改變預緊力，無法產生相應的扭力差來帶動各缸油門拉桿，使調節軸卡在某一位置無法動作，因此當調速器根據負荷做出增加負荷的動作時，各缸無法產生相應的反應，造成負荷無法即時增加而超負荷跳電，因此主管輪機員認為可能是這里的原因，于是對彈簧9和11進行了仔細清潔，清除表面以及積在彈簧縫隙里的油泥，加潤滑油進行活絡，使其處于良好的狀態。經過清潔，再對柴油發電機進行試驗時發現故障現象消失。

綜上所述，本次柴油發電機在負荷突增時發生跳電的故障現象，其原因是由于帶動各缸油門拉桿的扭力彈簧各匝之間油泥的堆積使得扭力彈簧在受力時各匝之間無法產生相應的動作，從而無法產生足夠的扭力拉動各缸油門拉桿。因此當調速器動作時，各缸無法產生相應的反應，造成負荷無法即時增加，在負荷突增時產生跳電的現象。

4 總結

本次故障現象提醒我們，在對柴油發電機的管理過程中，雖然柴油發電機油門拉桿結構簡單，沒有特別復雜的原理，但我們仍應該對油門調節機構予以足夠的重視，在日常的維護當中應對各機構多加檢查，清除油泥，保持各機械部件的清潔潤滑，從而使各機械部件處于良好的運行狀態，避免因此造成柴油發電機負荷不能即時增加而引起跳電故障的發生。

同時，我們應該對柴油發電機各系統做進一步的了解，掌握各機構的作用及其正常工作的條件，尤其是一些小的機構，也需要細致了解其所起的作用。對任何小機構的忽略都可能使我們在處理某種故障現象時走彎路，造成人力物力的浪費。

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