某船柴油機轉速波動故障的分析與研究

劉 珍，張瑋瑋

● （中船重工第704研究所，上海 200031）

某船柴油機轉速波動故障的分析與研究

劉 珍，張瑋瑋

● （中船重工第704研究所，上海 200031）

文章根據船東提供的關于該船柴油機轉速頻繁波動的故障現象及隨機資料，對在分析產生故障的原因和采取的處理方案、達到排除故障的結果等方面進行了論述。

柴油機；轉速波動；處理方案

0 引言

在一百多年前，人類一直生活在沒有人造電磁輻射的自然環境中。那時，自然界產生的電磁輻射主要是太陽的光輻射、宇宙射線、地球磁場輻射和地球熱輻射等。隨著社會的進步與發展，電氣和電子設備已廣泛應用于國民經濟的各個方面，而且還在積雪般迅速地擴大和發展。隨之電磁干擾現象也逐漸增大并日趨嚴重，它不僅在通信領域中對信號的產生、傳播和接受造成了極大的影響，而且給人類社會的生產與生活帶來了不容忽視的危害。

本文將談談電磁干擾在船舶柴油機控制系統中產生的危害。船舶柴油機控制系統受到電磁干擾時，可能出現失控、誤控或者誤動作，使控制系統的可靠性和有效性降低，并危及安全。

1 控制模式

某型船采用雙機雙槳推進裝置，其槳即是調距槳裝置，調距槳可以按照船舶航行的要求，在保持柴油機轉速與轉向不變的情況下，通過調節螺距角度，就可改變船舶的航向與航速，具有較高的可靠性和操作性，經濟效益良好。該船控制模式有機旁操縱模式、備用控制模式、恒轉速模式以及機槳聯控模式，其控制原理[1]簡圖如圖1所示，機槳聯控模式主要是通過操控手柄到不同的位置，使柴油機轉速和調距槳螺距根據聯控曲線做相應動作。在日常使用過程中，都是通過操縱手柄采用聯控模式航行。其機槳聯控曲線初始設計如圖2所示。

2 故障現象

2013年7月26日至30日，該船柴油機、調距槳出現以下故障：7月26日17:00時，該船出海返航過程中，從空車位置慢慢拉至高速過程中發現拉至進四工況時，轉速達不到車令表對應的轉速（1530rpm）。而只能到達1300rpm左右。整個過程中調距槳螺距按聯控曲線變化。此時轉至分控控制、恒轉速控制、備用控制等模式，現象均與上相同，轉至機旁操縱柴油機，柴油機操縱正常。

圖1 某船控制原理簡圖

圖2 機槳聯控曲線初始設計圖

7月27日13:00時，該船在港外航行時，兩機均無故障，聯控操縱模式正常，轉速可以達至1800rpm（進五工況）。13:20左右進港時，手柄拉至空車時，發現兩機轉速不能降至怠速（760rpm），最低只能降到960rpm。轉入機旁模式時，兩機轉速均回到怠速狀態。

8月1日，通過排查，最后查出故障現象根源：當船內部電話有人撥電話而對方未接時，出現上述故障。對方電話有人接聽或者己方掛斷后，柴油機、調距槳系統均恢復正常。我們將故障復現，柴油機遙控時空車轉速為760rpm，當撥打電話時，轉速迅速升至 960rpm，然后慢慢推手柄至進四，轉速從960rpm慢慢升至1300rpm。當有人已接聽時，轉速恢復至車令表上對應的轉速（1530rpm）。

該船于2006年交付船東，使用七年來未出現調距槳、柴油機控制與調節異常的情況。根據故障現象與排查原因，初步分析轉速波動現象是由電話線路對轉速造成電磁干擾引起。查詢該船的隨機資料知，該船的電話參數：待機48V/10mA，摘機6V/1.25mA。當有電話呼入時，電話線電壓上升至48V，話機即響鈴。當對方接聽應答后，電話線電流將至6V。

3 故障分析

3.1 電磁干擾

電磁干擾（Electro Magnetic Interference，EMI）是干擾電纜信號并降低信號完好性的電子噪音，EMI通常由電磁輻射發生源如馬達和機器產生的。電磁干擾有傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾是指通過導電介質把一個電網絡上的信號耦合（干擾）到另一個電網絡。輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號耦合（干擾）到另一個電網絡。在高速PCB及系統設計中，高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發射電磁波并影響其他系統或本系統內其他子系統的正常工作。

3.2 故障原因分析

根據電磁干擾的危害我們知道當信號線受到電磁干擾時，干擾會引起信號工作異常、甚至導致信號間互相干擾，引起公地系統總線回流，造成邏輯混亂，誤動作等故障。目標信號在電路中的傳輸總是以雙線方式傳輸，習慣上稱為信號回路。但就干擾信號來說，它進入電子設備傳輸就有可能出現兩種傳輸情況：一種情況是與目標信號一起沿正常回路串入工作單元，形成差模干擾；另一種情況是以傳輸目標信號的雙線作為一線，又以地為另一線索構成的傳輸回路，讓干擾信號進入工作單元的工作模式形成共模干擾[2]。此船是由電話線路對柴油機給定信號產生干擾，由于在集控室內的電話線路與柴油機信號線排布距離較近，撥電話時對柴油機信號產生傳導干擾。任何通過導線傳導的干擾都可以分為兩種方式：差模（differential mode）方式和共模（common mode）方式，根據差模與共模干擾原理知道如圖3所示的電流關系[3]:

圖3 電流關系圖

式中，I實機為受干擾后的實際柴油機電流；I實通為受干擾后的實際通信電流；I機為理論柴油機電流；I通為理論通信電流；IDM=(I通-I機)/2為差模電流。

空車時，柴油機為怠速 760rpm，對應的電流是 I機=5.6mA，當有電話呼入時，電話線電壓上升至48V電流為I通=10mA，根據上面公式得到干擾后的電流為I實機=I機+IDM,=7.8mA，7.8mA對應的是轉速為960rpm。

進四工況：柴油機轉速為1500rpm。對應的電流是I機=15.54mA，電話進來后產生干擾，干擾后的電流為I實機=I機+IDM=12.77mA。對應轉速是1310rpm。

從空車拉至進四過程中，主機轉速從 760rpm升至1500rpm。當有電話呼入產生電磁干擾時，根據以上公式得到干擾后的電流為I實機=I機+IDM，I實機從7.8mA 慢慢升至12.77Ma,對應轉速從960rpm升至1310rpm。正好與故障現象相吻合，這樣就找到了問題的根源。

4 故障解決

根據故障分析我們知道，故障是由電話通信線路對柴油機信號產生電磁干擾，我們檢查電話線路與柴油機線路后發現在集控室兩者的線緊靠一起，而且兩者觸碰部位有輕微磨損。那么我們根據電磁干擾抑制方法做了如下步驟解決故障[4、5]：

1）將柴油機與電話信號的傳輸線改成雙屏蔽的雙絞線；兩者獨立走線，使用各自的屏蔽層。

2）利用接地技術消除電磁干擾，將柴油機各控制箱、接線盒及相關線路良好接地；電話接線箱及傳輸線路良好接地。連接到柴油機的任何電子控制設備都要與其共地，共地時使用短和粗的導線。

3）利用布線技術改善電磁干擾，柴油機信號電纜應獨立于其它電纜走線，同時應避免柴油機電纜與其它電纜長距離平行走線，以減少外部線路輸出電壓快速變化而對柴油機產生電磁干擾。

通過以上幾個步驟的完成，我們不斷打電話試驗，連續試驗4小時,，不再出現上述故障。船維修后繼續使用，到目前為止一直未再出現此類故障。此柴油機波動故障得到解決。

5 結束語

通過上述分析與采取解決故障的措施，柴油機轉速波動故障得到有效的解決。但是電磁干擾問題會隨著空氣濕度、周邊環境的變化而出現。因此，我們在生產電氣、電子設備時，一定要采取好防干擾措施。

[1]楊曉丹.調距槳的一種機槳聯合優化控制方法[J].船舶工程, 2003(1): 33-36.

[2]趙金奎.共模干擾與差模干擾及其抑制技術[J].電子質量, 2006(5): 72-76.

[3]聞映紅,周克生,等.電磁場與電磁兼容[M].北京:科學出版社, 2010.

[4]李銳海.電子設備的防雷及防電磁干擾[J].云南電力技術, 1998(2): 10-13.

[5]陳濤,候振義.開關電源的干擾及抑制[J].電源技術應用, 2005(11): 55-58.

CCS與挪威GEXCON公司簽署技術合作框架協議

近日，中國船級社與挪威GEXCON公司在北京CCS總部簽署了技術合作框架協議。雙方由此拉開了在LNG定量風險評估業務領域優勢互補、共同發展的序幕。

CCS副總裁孫峰和挪威GEXCON公司總裁Sturle Harald Pedersen分別代表雙方在協議書上簽字。

挪威GEXCON公司是一家全球知名的氣體、粉塵和火災爆炸安全咨詢機構，在安全和風險管理方面提供全方位的技術咨詢服務。該公司開發的三維CFD軟件FLACS，代表著國際爆炸模擬仿真領域的行業標準，在全球油氣行業的風險評估中得到廣泛應用，也是目前唯一在美國獲得聯邦法規批準的用于陸上LNG工廠設施選址過程中所要求的全部LNG蒸汽擴散場景模擬的CFD軟件。通過和GEXCON的合作，CCS將提升在油氣領域的定量風險評估服務能力。

GEXCON大中國區副總裁謝鑌和CCS有關人士等人參加了簽字儀式。

（中國船級社）

Analysis and Research of Engine Speed Fluctuation on One Ship

LIU Zhen, ZHANG Wei-wei
(No.704 Research Institute, CSIC, Shanghai 200031, China)

Based on the symptom and random data provided by the ship-owner about frequent engine speed fluctuations, the causes of faults, the treatment options and the expecting results etc.are discussed.

diesel engine, fluctuation of speed, treatment options

U664

A

劉珍（1985-），男，碩士，助理工程師。研究方向：船舶特種推進、控制理論。