一次船用電噴主機爆缸問題的分析和處理

CCS青島分社 張驍馳

FIVA閥是電噴主機中最重要的部件之一，其運行是否安全穩定，對船舶的安全航行至關重要。有一次，本人在對某船試航檢驗過程中遇到的電噴主機爆缸問題，至今記憶猶新，在此，把當時的事件還原，希望能給予業界以思考和啟示。

當時，我在對某船進行試航主機耐久試驗時，在主機達到額定轉速工況后約20分鐘，系統發出成組報警：Group：Illegal ELFI/FIVA Position (CCU4) (Slowdown)，引發主機自動降速，增壓器喘振，遂手動控制主機停車。

隨后，我們進行初步查找和排查原因，主機服務商對4缸CCU進行循環測試，4缸排氣閥反饋信號顯示排氣閥沒有關閉，各方初步認為可能是4缸FIVA閥卡滯故障。由于試航時檢測條件相對較差，因此各方商議決定直接用備件對4缸FIVA閥總成進行更換。

更換完成重新開始試驗，在主機低速試車及CSR等工況下，主機正常運行。在主機達到額定轉速工況約30分鐘后，系統再次發出成組報警：Group：Illegal ELFI/FIVA Position(CCU4)(Slowdown)，并引發主機爆缸，4缸缸蓋橡膠墊片損壞，主機自動降速，手動控制主機停車。

張驍馳 畢業于大連海事大學，碩士學位，現為中國船級社青島分社建造處驗船師。具有多年船用產品檢驗和建造船舶檢驗經歷。其所在的外籍油輪項目組因零缺陷通過國際大型石油公司檢查而多次贏得業界的好評。

于是，我們再次查找原因，根據兩次現象初步分析，主機服務商判斷可能是4缸CCU處理系統出現問題，用備件對4缸CCU進行更換。

重新開始試驗后，在主機低速試車及CSR等工況下，主機正常運行。在主機達到額定轉速工況后約20分鐘，系統再次發出同樣的報警。為防止再次出現爆缸等現象，造成船舶更大危險，試驗終止，等待拖輪補充備件。

接下來，繼續分析、查找原因。我們考慮到，低速主機MOP系統除對FIVA閥控制系統基本情況進行實時監控外，在系統發生錯誤時，對錯誤發生時間的前后總計5秒內所有監控點的電信號形成HCU Events曲線圖予以記錄，通過此曲線圖，可全面了解當前故障情況下，各個部件前后共計5秒時間段內的具體位置，供維護人員進行分析參考。

將一個完整沖程曲線圖放大，可以精確地反映出CCU發出控制信號后，FIVA閥、噴油泵柱塞、排氣閥三者對于控制信號的反應情況，即按照FIVA閥預設值設定，CCU發出指令電流，FIVA閥位置反饋信號顯示按照預設值進行動作，同時，由于FIVA閥的動作，導致排氣閥和噴油泵柱塞隨FIVA閥控制進行動作，并將位置反饋信號送回CCU，完成負反饋閉環自動控制。

在停機查找原因過程中，本人將三次事件的HCU Events曲線進行了比較和分析，發現第一次事故和第三次事故發生時各個信號曲線完全一致，第二次事故在發生前的各個信號曲線與其他兩次完全一致。可以判定，三次事故在發生時遇到的問題是相同的。

我們放大第三次信號曲線發生故障時的曲線圖，并與主機正常狀態下的曲線圖進行比較發現，在主機正常運轉的情況下，FIVA閥位置反饋信號與FIVA閥理論設定位置信號曲線基本保持一致。但在故障曲線圖中，橫坐標約2.11秒的位置，FIVA閥位置反饋信號陡然上升，脫離理論設定位置信號曲線。從噴油泵柱塞位置曲線和排氣閥位置曲線可以看出，噴油泵開始開啟，排氣閥開始關閉，說明FIVA閥反饋信號實際地反應了FIVA閥確實在高位，并控制噴油泵和排氣閥按照預先的設置進行動作，因此FIVA閥的反饋信號并沒有發生錯誤，FIVA閥確實卡阻在頂部。

關注點主要集中在導致FIVA閥閥芯始終在上部的原因。并初步認定，FIVA閥是由于下部腔室壓力較大，導致FIVA閥無法下落。考慮到下部腔室壓力較大是先導閥始終處在下位，而先導閥位置主要由CCU給出的控制電流進行控制。因此，故障的關注點轉移到了先導閥和CCU給出的控制電流上。

由于先導閥也是FIVA閥組的一部分，同樣考慮到不同新產品發生完全一樣機械故障的可能性較低，因此關注點集中在了控制信號的動作上。

通過觀察故障圖，我們發現，在FIVA閥位置反饋信號發生陡然上升的過程中，CCU給出的控制電流根據位置反饋信號相應給出了減小控制電流，使先導閥電磁線圈磁力減小動作，但動作并沒有實際發生，因此隨著電磁力持續不變，導致先導閥始終在下位，液壓油始終充滿主閥下控制腔。主閥按理論設置位置，本應由下位到中位持續一段時間。充滿液壓油的下控制腔由于持續的壓力導致主閥從下位快速直接升到了上位并保持不動，隨后發生了一系列故障。因此，故障關注點轉移到是什么原因導致了CCU給出的控制電流信號沒有控制先導閥電磁線圈動作上。

此時，又將關注點轉移到與另兩次故障有所不同的第二次故障上。我們分析，與第一次故障和第三次故障相比，本次故障發生后，FIVA閥芯快速升到上位后始終保持不動，而第一次和第三次很快回到了下位。這個區別直接導致了本次故障發生后，噴油泵柱塞始終在高位，而排氣閥始終關閉，導致了爆缸。這次與眾不同的爆缸現象也啟發了本人考慮一個問題：如果周圍環境條件完全相同的情況下，是什么原因導致有的時候FIVA閥芯保持不動，有的時候FIVA閥芯回到下位？

將兩個問題結合起來，我猜想，CCU的控制電流接線可能出現了虛接的情況。回顧前兩次發生故障后相關備件的更換情況，第一次更換了4缸FIVA閥組并對閥組進行重新接線，第二次更換了缸蓋橡膠墊片和4缸CCU，并對CCU進行重新接線。考慮到重新接線發生相同故障的可能性較低，排除了CCU和FIVA閥組兩端接線出現了問題。對CCU FIVA接線圖上相關接線情況分析后，最終，焦點集中在連接CCU和FIVA閥組的端子排上。

由于端子排產品質量問題，會導致接線發生虛接情況，考慮到環境振動影響，端子排接線會導致一定頻率的震動情況下導致斷路；或者也會導致信號時斷時續，甚至完全斷開。

備件到貨，保證主機和船舶安全可靠性后，經各方商定，對整個4缸電控系統進行重新接線。將端子排進行更換，并著重將端子排接線端子線路虛接進行逐個排查。在重新接線后，進行基本檢測無問題，重新進行主機耐久試驗，主機運行良好，在隨后的試航過程中再沒有出現相關問題，順利完成余下全部試航試驗。通過完成試驗的情況，可以證明端子排接線虛接是本次主機爆缸問題的發生的誘因。

本次事故的發生，體現了隨著電噴技術的提高，主機電氣部分接線的可靠性變得尤其重要，在船廠生產制造過程中，也要對接線部分慎之又慎，將此類問題發生的幾率降到最小。