某船用主機調(diào)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(diào)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(fù)荷、連續(xù)運轉(zhuǎn)過程中調(diào)速器溫升異常的故障現(xiàn)象，通過對故障原因的定性分析，得出調(diào)速器存在設(shè)計安裝缺陷的結(jié)論，并針對該故障原因進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)，先后采用加裝風(fēng)冷系統(tǒng)和加裝遠(yuǎn)程熱交換系統(tǒng)2種處理措施。使用結(jié)果表明，加裝遠(yuǎn)程熱交換系統(tǒng)可以從根本上解決該船主機調(diào)速器超溫故障問題，可為今后同類型設(shè)備故障的分析與排除提供借鑒。

調(diào)速器；超溫故障；冷卻系統(tǒng)；熱交換系統(tǒng)

主機調(diào)速器屬于船舶核心設(shè)備，其作用是將主機速度保持在某個標(biāo)定轉(zhuǎn)速或保持在某個轉(zhuǎn)速區(qū)間或限定主機轉(zhuǎn)速不超過某個閾值，以保證在船舶負(fù)荷變化時對主機起到有效地保護(hù)作用。其基本工作原理是通過執(zhí)行反饋機構(gòu)將輸入信號放大并作用在調(diào)速器閥柱的動作，以改變主機噴油器的供油量，進(jìn)而調(diào)節(jié)主機轉(zhuǎn)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(fù)合式、機械液壓復(fù)合式和電子式等多種[1]，本文研究對象WOODWARD PG-300型調(diào)速器屬于液壓式調(diào)速器，其中推動調(diào)速器閥柱動作的是閥體內(nèi)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(diào)速器長期處于超溫工況工作會造成液壓油品質(zhì)急劇下降，傳動潤滑效果降低，更有甚者，當(dāng)溫度超過閾值，會造成調(diào)速器液壓油揚沸，引起調(diào)速器故障甚至報廢。

1 故障現(xiàn)象

上世紀(jì)90年代，由烏克蘭引進(jìn)了某型遠(yuǎn)洋綜合油水補給船。引進(jìn)之初該船處于未完工狀態(tài)，1993年進(jìn)行續(xù)建，完工后交付我部使用，然而由于烏方提供的設(shè)計圖紙不完善、技術(shù)方案不明確等因素，在續(xù)建過程中有部分船舶技術(shù)裝備沒有達(dá)到最初的設(shè)計使用要求，為其后續(xù)任務(wù)的執(zhí)行埋下了隱患。其中主機調(diào)速器設(shè)備即因為存在設(shè)計缺陷，造成主機在連續(xù)使用時調(diào)速器出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，其監(jiān)測溫度達(dá)到96 ℃，在極端工況下會發(fā)生調(diào)速器液壓油揚沸，直接導(dǎo)致調(diào)速器運轉(zhuǎn)故障，主機停車。

2 原因分析

一般來說，造成主機調(diào)速器超溫故障的可能原因主要有如下4種[2-4]。

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

2)使用液壓油規(guī)格型號不符合標(biāo)準(zhǔn)。液壓油在液壓系統(tǒng)中除了起到能量傳遞作用外，大多數(shù)還兼有系統(tǒng)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(guān)，特別在調(diào)速器等精密儀器中對于液壓油的黏度、熱穩(wěn)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(huán)境與狀態(tài)直接反應(yīng)在調(diào)速器的動作上，如主機處于惡劣工況下運行，則勢必造成調(diào)速器的工作處于超負(fù)荷狀態(tài)，而當(dāng)這種工況經(jīng)常出現(xiàn)或持續(xù)時間過長時，容易引發(fā)調(diào)速器異常溫升現(xiàn)象。

4)調(diào)速器缺少配套設(shè)備或安裝調(diào)試不當(dāng)，這種故障原因應(yīng)該屬于調(diào)速器的設(shè)計安裝缺陷。

經(jīng)過對該船故障現(xiàn)象的長期跟蹤調(diào)研，該主機選用的WOODWARD PG-300型調(diào)速器與本船主機屬于匹型配套設(shè)備，選用的液壓油的各項參數(shù)指標(biāo)均滿足該調(diào)速器技術(shù)說明要求，同時在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，該船主機調(diào)速器超溫故障不僅出現(xiàn)在主機惡劣工況下，在主機穩(wěn)定運行時也會發(fā)生液壓油溫超過閾值報警的現(xiàn)象。綜上所述，基本排除了可能造成主機調(diào)速器超溫故障的前3種原因。

經(jīng)查閱烏方原廠設(shè)計及對同型柴油機與調(diào)速器安裝使用資料的收集整理，技術(shù)攻關(guān)小組發(fā)現(xiàn)該型調(diào)速器在匹配本船柴油主機時建議附加一套冷卻設(shè)備，然而在續(xù)建過程中該建議被忽略了。說明該調(diào)速器超溫故障應(yīng)屬于第4種原因，設(shè)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(shè)備的選型、樣式、布置方式等均未進(jìn)行詳細(xì)說明，在該船投入使用后，經(jīng)過了多次加裝、改裝，如何在對現(xiàn)有裝備改動最小的前提下為調(diào)速器設(shè)計加裝一套冷卻系統(tǒng)成為技術(shù)小組攻關(guān)的首要任務(wù)。

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

圖1 調(diào)速器風(fēng)冷系統(tǒng)

完成加裝后，從實際工作的測試情況來看，方案一對于調(diào)速器溫升異常這一故障的解決效果不明顯。加裝風(fēng)冷系統(tǒng)后，調(diào)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(qū)航行時，受環(huán)境溫度及機艙工作溫度均偏高的影響，風(fēng)冷效果進(jìn)一步弱化。分析原因有2點：其一，調(diào)速器溫升主要由內(nèi)部液壓油工作時產(chǎn)生的，單靠外部降溫難以解決根本問題；其二，風(fēng)冷系統(tǒng)受外部環(huán)境影響較大，當(dāng)背景溫度偏高時，會直接導(dǎo)致風(fēng)冷效果的下降。

2)解決方案二，為主機調(diào)速器加裝一套遠(yuǎn)程熱交換系統(tǒng)，該方案構(gòu)想源自于柴油機滑油冷卻系統(tǒng)。如圖2所示，調(diào)速器遠(yuǎn)程熱交換系統(tǒng)，其冷卻介質(zhì)來自主機循環(huán)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(zhì)溫度≤60 ℃，管路系統(tǒng)壓力要求為設(shè)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(zhì)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(diào)速器遠(yuǎn)程熱交換系統(tǒng)

加裝遠(yuǎn)程熱交換系統(tǒng)后，調(diào)速器液壓油可以得到主機冷卻滑油的持續(xù)冷卻，可實現(xiàn)從調(diào)速器內(nèi)部對異常溫升的消除作用。經(jīng)試車試驗顯示，正常工況下調(diào)速器工作溫度≤80 ℃，在低緯度地區(qū)惡劣海況連續(xù)航行時調(diào)速器工作溫度≤85 ℃，徹底解決了調(diào)速器超溫故障。

圖3 主機調(diào)速器遠(yuǎn)程熱交換系統(tǒng)原理圖

4 結(jié)束語

通過對該船主機調(diào)速器超溫故障的分析與最后進(jìn)行的有效處理，可以總結(jié)的經(jīng)驗如下：由于技術(shù)封鎖或其它原因，引進(jìn)裝備中部分存在設(shè)計及安裝上的缺陷，同時在技術(shù)資料說明中有些重要信息缺失，造成部分裝置設(shè)備在我方使用過程中不能充分發(fā)揮原有的設(shè)計指標(biāo)，而這些技術(shù)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(diào)速器故障原因的分析和最終解決方案可以發(fā)現(xiàn)，該故障是設(shè)計建造中的遺留問題，而調(diào)速器超溫現(xiàn)象在該船的使用中早已顯現(xiàn)，只是在服役近20年后隨著船齡增加、設(shè)備老化才更加突顯出來，如果在歷次的維修改造中能夠?qū)υ摴收犀F(xiàn)象進(jìn)行更加積極的技術(shù)攻關(guān)，就可以盡早的恢復(fù)其技術(shù)狀態(tài)，早日營運。

[1] 馮寧，楊柳濤，涂撰，等. 大功率低速柴油機電子調(diào)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(diào)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(diào)速器修理調(diào)試技術(shù)[J]. 中國修船，1995(4):24-25.

[4] 狄占元. 柴油發(fā)動機調(diào)速器故障分析[J]. 當(dāng)代農(nóng)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(xué)本科，主要從事艦船機電設(shè)備監(jiān)測與維修工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.06.009

2016-07-12