某船用主機調速器超溫故障分析與排除

盧東慶，楊 楓，汪俊豪

(91878部隊，廣東 湛江 524031)

某船用主機調速器超溫故障分析與排除

盧東慶，楊 楓，汪俊豪

(91878部隊，廣東 湛江 524031)

文章針對某船用主機在高負荷、連續運轉過程中調速器溫升異常的故障現象，通過對故障原因的定性分析，得出調速器存在設計安裝缺陷的結論，并針對該故障原因進行了技術攻關，先后采用加裝風冷系統和加裝遠程熱交換系統2種處理措施。使用結果表明，加裝遠程熱交換系統可以從根本上解決該船主機調速器超溫故障問題，可為今后同類型設備故障的分析與排除提供借鑒。

調速器；超溫故障；冷卻系統；熱交換系統

主機調速器屬于船舶核心設備，其作用是將主機速度保持在某個標定轉速或保持在某個轉速區間或限定主機轉速不超過某個閾值，以保證在船舶負荷變化時對主機起到有效地保護作用。其基本工作原理是通過執行反饋機構將輸入信號放大并作用在調速器閥柱的動作，以改變主機噴油器的供油量，進而調節主機轉速。按照其工作原理的不同可分為機械式、氣動式、液壓式、機械氣動復合式、機械液壓復合式和電子式等多種[1]，本文研究對象WOODWARD PG-300型調速器屬于液壓式調速器，其中推動調速器閥柱動作的是閥體內的液壓油，其工作溫度范圍通常不超過85 ℃，極限工況下不超過90 ℃，如主機調速器長期處于超溫工況工作會造成液壓油品質急劇下降，傳動潤滑效果降低，更有甚者，當溫度超過閾值，會造成調速器液壓油揚沸，引起調速器故障甚至報廢。

1 故障現象

上世紀90年代，由烏克蘭引進了某型遠洋綜合油水補給船。引進之初該船處于未完工狀態，1993年進行續建，完工后交付我部使用，然而由于烏方提供的設計圖紙不完善、技術方案不明確等因素，在續建過程中有部分船舶技術裝備沒有達到最初的設計使用要求，為其后續任務的執行埋下了隱患。其中主機調速器設備即因為存在設計缺陷，造成主機在連續使用時調速器出現超溫現象，其監測溫度達到96 ℃，在極端工況下會發生調速器液壓油揚沸，直接導致調速器運轉故障，主機停車。

2 原因分析

一般來說，造成主機調速器超溫故障的可能原因主要有如下4種[2-4]。

1)調速器與主機機型不匹配。即出現調速器選型不當，存在小馬拉大車的情況，使得調速器長期處于超負荷運轉工況，造成調速器溫度異常升高。

2)使用液壓油規格型號不符合標準。液壓油在液壓系統中除了起到能量傳遞作用外，大多數還兼有系統潤滑、防腐、防銹、冷卻等作用，因此，液壓油的選擇與其使用用途密切相關，特別在調速器等精密儀器中對于液壓油的黏度、熱穩定性、氧化安定性等都有特殊要求。

3)主機長期處于惡劣工況下運行。主機的工作環境與狀態直接反應在調速器的動作上，如主機處于惡劣工況下運行，則勢必造成調速器的工作處于超負荷狀態，而當這種工況經常出現或持續時間過長時，容易引發調速器異常溫升現象。

4)調速器缺少配套設備或安裝調試不當，這種故障原因應該屬于調速器的設計安裝缺陷。

經過對該船故障現象的長期跟蹤調研，該主機選用的WOODWARD PG-300型調速器與本船主機屬于匹型配套設備，選用的液壓油的各項參數指標均滿足該調速器技術說明要求，同時在調研中發現，該船主機調速器超溫故障不僅出現在主機惡劣工況下，在主機穩定運行時也會發生液壓油溫超過閾值報警的現象。綜上所述，基本排除了可能造成主機調速器超溫故障的前3種原因。

經查閱烏方原廠設計及對同型柴油機與調速器安裝使用資料的收集整理，技術攻關小組發現該型調速器在匹配本船柴油主機時建議附加一套冷卻設備，然而在續建過程中該建議被忽略了。說明該調速器超溫故障應屬于第4種原因，設計安裝缺陷。

3 處理方法及效果

雖然故障原因找到了，但是在已有資料中對于冷卻設備的選型、樣式、布置方式等均未進行詳細說明，在該船投入使用后，經過了多次加裝、改裝，如何在對現有裝備改動最小的前提下為調速器設計加裝一套冷卻系統成為技術小組攻關的首要任務。

1)解決方案一，增加一套風冷系統，對調速器進行外部強制散熱降溫，該方案的構想源自于計算機主機散熱結構。如圖1所示，在調速器上部增加一個風冷出口，在調速器啟動的同時開啟風冷系統，通過加強調速器周邊的空氣流動，帶走多余的熱量，從而實現調速器工作溫度的下降。

圖1 調速器風冷系統

完成加裝后，從實際工作的測試情況來看，方案一對于調速器溫升異常這一故障的解決效果不明顯。加裝風冷系統后，調速器溫升會有3～5 ℃左右的下降，然而其工作溫度仍然超過了90 ℃，特別是船舶在低緯度地區航行時，受環境溫度及機艙工作溫度均偏高的影響，風冷效果進一步弱化。分析原因有2點：其一，調速器溫升主要由內部液壓油工作時產生的，單靠外部降溫難以解決根本問題；其二，風冷系統受外部環境影響較大，當背景溫度偏高時，會直接導致風冷效果的下降。

2)解決方案二，為主機調速器加裝一套遠程熱交換系統，該方案構想源自于柴油機滑油冷卻系統。如圖2所示，調速器遠程熱交換系統，其冷卻介質來自主機循環冷卻滑油，熱交換器冷卻面積0.14 m2，冷卻流量5.7 L/min，冷卻介質溫度≤60 ℃，管路系統壓力要求為設計壓力0.62 MPa，密性試驗壓力0.78 MPa，強度試驗壓力0.93 MPa，管路材質采用無縫鋼管，墊片材料采用非石棉芳綸橡膠墊片。其工作原理如圖3所示。

圖2 調速器遠程熱交換系統

加裝遠程熱交換系統后，調速器液壓油可以得到主機冷卻滑油的持續冷卻，可實現從調速器內部對異常溫升的消除作用。經試車試驗顯示，正常工況下調速器工作溫度≤80 ℃，在低緯度地區惡劣海況連續航行時調速器工作溫度≤85 ℃，徹底解決了調速器超溫故障。

圖3 主機調速器遠程熱交換系統原理圖

4 結束語

通過對該船主機調速器超溫故障的分析與最后進行的有效處理，可以總結的經驗如下：由于技術封鎖或其它原因，引進裝備中部分存在設計及安裝上的缺陷，同時在技術資料說明中有些重要信息缺失，造成部分裝置設備在我方使用過程中不能充分發揮原有的設計指標，而這些技術問題需要在長期的工作使用中逐漸摸索積累，最終才能夠解決。由本船主機調速器故障原因的分析和最終解決方案可以發現，該故障是設計建造中的遺留問題，而調速器超溫現象在該船的使用中早已顯現，只是在服役近20年后隨著船齡增加、設備老化才更加突顯出來，如果在歷次的維修改造中能夠對該故障現象進行更加積極的技術攻關，就可以盡早的恢復其技術狀態，早日營運。

[1] 馮寧，楊柳濤，涂撰，等. 大功率低速柴油機電子調速器[J]. 中國航海，2012，35(1)：51-55.

[2] 鮑軍暉，姚建樹. 對船用主機調速器故障機理的探究[J]. 珠江水運，2005(8)：42-43.

[3] 王圣城. 船用柴油機調速器修理調試技術[J]. 中國修船，1995(4):24-25.

[4] 狄占元. 柴油發動機調速器故障分析[J]. 當代農機，2009(3)：58-59.

In view of the fault phenomenon of the temperaturerising of the governor during the high load and continuous operation of a marine main engine,through the qualitative analysis to the failure causes,it is concluded that the design of the governor is in accordance with the defect.Study on the reason of the fault,air coolant system and remote heat exchange system are intalled.The results show that the installation of remote heat exchange system can solve fundamentally over-temperature fault of governor of marine main engine，which provides reference for analysis and exclusion of some similar failure in the future.

governor;over-temperature fault;coolant system;heat exchange system

盧東慶(1964-)，男，湖北安陸人，高級工程師，大學本科，主要從事艦船機電設備監測與維修工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.06.009

2016-07-12