某拖船主機調速器換裝研究與實踐

李巖峰，孟繁強

(1.92896部隊保障部, 遼寧 旅順 116018；2.4808工廠威海修船廠, 山東 威海 264200)

1 問題提出

某拖船主機為6300ZC柴油機，已累計工作8 747 h。中修進廠前主機存在空車時轉速波動問題,修理中對可能造成柴油機轉速波動的燃油系統及調速器作了重點檢修。

修后進行系泊試驗，主機及調速器按要求調整至最佳狀態,空車200 r/min時，轉速波動70～80 r/min；帶負荷400 r/min(70%槳葉角)時，轉速波動10～20 r/min。之后進行航行試驗，主機轉速400 r/min(20%～90%槳葉角)時，轉速波動小于10 r/min。

HJB310-2005《海軍艦艇6300型柴油機修理技術標準》對主機轉速波動規定：帶負荷運轉在持續功率及持續轉速時，轉速的波動范圍不超過15 r/min，對空車轉速波動沒有提出要求。按照此標準，主機試驗結果符合要求。但由于該拖船使用比較特殊，使用條例規定主機需在空車200 r/min時暖機和便備，低速空車時，轉速波動將嚴重影響主機正常使用。為此，我們在調查研究的基礎上，提出并實施了主機調速器換裝,圓滿地解決了主機空車時轉速波動問題。

2 轉速波動問題調查

我國300系列柴油機有多個生產廠家，主要型號有6300和8300，分增壓和非增壓機型。該系列柴油機原配套調速器為YT170型，為一種全程式液壓調速器，本船主機配的也是此型調速器。該調速器在結構上無剛性反饋機構，穩定調速率為0，其特點是調速靈敏度高，但轉速穩定性較差，尤其是在空車時轉速波動較大。根據修理經驗，該型調速器使用時間越長，轉速波動問題越嚴重，經過幾次修理后，調速器只能達到帶負荷時基本轉速不波動，無法保證空車時轉速不波動。HJB310-2005《海軍艦艇6300型柴油機修理技術標準》之所以沒對空車轉速波動提出要求，也是基于此特點。

隨著我國船舶柴油機的發展，300系列柴油機的這個問題得到了改進，就是將原配套的YT170型調速器改換為YT111G型調速器。YT111G型調速器也是一種全程式液壓調速器，其增加了一套剛性反饋機構，實現了穩定調速率在一定范圍內可調。通常情況下，調速器穩定調速率越大，穩定性越好，而靈敏度越差。增加剛性反饋機構實質上是犧牲了一定的靈敏度，來彌補其穩定性的不足。我們從調速器制造廠了解到，其后期生產的300系列柴油機，配套調速器均改型為YT111G型。也有的柴油機是在出廠后根據船東的要求作了換裝。我們曾對2艘某型漁船8300主機調速器進行了換裝，即把YT170型改為YT111G型，效果良好。

3 換裝初步方案

對300系列柴油機調速器換裝，需要做2方面的安裝接口調整：一是底座和齒輪傳動機構；二是操作拉桿部件和油量拉桿部件。齒輪傳動機構需要調整齒輪傳動比，適當提高調速器輸入轉速，因為YT111G型調速器的最低輸入轉速要比YT170型高一點。通過調研和分析，認為某廠換裝方案比較完整，技術上比較可靠成熟，且有換裝配件供應。因此決定本船主機按照此方案換裝調速器，預期目標：各轉速下空車轉速波動低于20 r/min，帶負荷時轉速波動低于15 r/min。

1)方案具體內容。

(1) 換裝所需配件。YT111G型調速器1臺，調速器底座及傳動傘齒輪1套，傳動圓柱齒輪1只，傳動傘齒輪1只，軸承座1套，調速器搖臂軸、緩沖筒及傳動杠桿1套。

(2)換裝主要工程。拆卸原有調速器、底座及傳動裝置；清潔并檢查確認原安裝位置完好；安裝換裝所需的齒輪傳動各零件，檢查傳動圓柱齒輪齒隙在0.08～0.20 mm，傳動傘齒輪齒隙在0.15～0.20 mm；安裝調速器，用手柄搖動檢查調速器靈活性；安裝花鍵軸連接桿及緩沖筒，連接調整傳動杠桿；安裝后進行系泊和試驗航行。

2)試驗情況。換裝后系泊試驗，調速器穩定調速率調整在中間位置，針閥調整至最佳狀態，主機空車200 r/min時，轉速波動40～50 r/min ，油量拉桿有間歇性抖動現象，主機響聲雜亂，調速器工作油壓0.70 MPa，沒達到規定的0.80 MPa；主機空車250 r/min時，轉速波動約25 r/min，油量拉桿往復抖動均勻，主機工作響聲正常，調速器工作油壓0.80 MPa；主機空車300～400 r/min時，轉速波動10 r/min左右，其它情況均正常。當主機從高速降速至200 r/min時，由于油溫的升高，油壓降至0.60 MPa，主機轉速波動增大至約100 r/min。

3)換裝存在的問題。從試驗結果看，換裝后主機在空車轉速為250 r/min及以上時，轉速波動情況基本符合要求，但空車轉速為250 r/min以下時，轉速波動沒達到預期目標。另外，YT111G型調速器操作拉桿和油量拉桿與主機匹配稍有不足。

4)沒達到預期目標的原因分析。從現象看，低速時調速器工作油壓沒達到規定值0.80 MPa，說明調速器輸入轉速偏低。YT111G型調速器說明書規定，其工作轉速為600～1 500 r/min，工作油壓0.75～0.85 MPa。原YT170型調速器與柴油機傳動比是1∶2.6， YT111G型調速器傳動比是1∶2.8。經計算，當主機轉速200 r/min時，調速器輸入轉速560 r/min，沒有達到其最低輸入轉速600 r/min的要求；當主機轉速400 r/min時，調速器輸入轉速1 120 r/min，小于其最高輸入轉速1 500 r/min，符合要求。

由此得出，沒達到預期目標的原因是主機低速時,調速器轉速沒達到規定的輸入轉速，工作油壓不足，導致轉速波動較大。上述情況并不說明該廠方案有問題，因為一般300系列柴油機啟動轉速設置在250 r/min或以上，工作轉速設置在300～450 r/min，在這一轉速區間調速器輸入轉速符合要求。而本船情況特殊, 其主機負載為變距槳，使用條例規定主機空車啟動和空車暖機轉速均為200 r/min，這才是問題所在。

4 換裝改進方案

由于上述問題，主機調速器換裝需要作出調整，有2個方案可選擇：一是重新設計制作傳動齒輪，將傳動比從1∶2.8調整到1∶3.2～1∶3.6，輸入轉速可達到640～720 r/min,滿足YT111G型調速器最低輸入轉速要求；二是重新選擇滿足相關要求的調速器。根據多年修理經驗，經綜合考慮技術可行性、工程量，以及修后保障等因素，認為改用TH-5型調速器能解決上述各種問題。

1)改用TH-5型調速器的可行性及優點。TH-5型調速器是YT111G型調速器的升級改進型，兩者的結構、工作原理和技術參數基本一致，而且TH-5型調速器是軍品，是專門為某系列船主機研發的調速器，不僅設計更加完善，性能和質量也更加可靠。TH-5型調速器工作轉速范圍380～1 140 r/min，如果仍保持傳動比為1∶2.8，當主機轉速 200 r/min 時，調速器輸入轉速560 r/min，大于最低輸入轉速380 r/min；當主機轉速400 r/min時，調速器輸入轉速1 120 r/min，小于最高輸入轉速1 140 r/min，最低和最高轉速均滿足要求。兩型調速器性能參數對比見表1。

表1 YT111G型和TH-5型調速器性能參數對比

在操縱拉桿和油量拉桿匹配方面，TH-5型調速器輸入端花鍵軸位置位于調速器內側上端，輸出端花鍵軸位置位于調速器一側下端，分屬兩側(90°相鄰兩面)上下端，與主機原操縱控制部件連接和油泵齒條控制連接空間設計相符，不僅消除了空間上的相互干涉，而且提供了減小花鍵軸連接桿長度(縮短力臂)，增強其強度。

在換裝工程量方面，在原換裝YT111G型調速器基礎上改進為TH-5型調速器，可仍使用YT111G型調速器的底座和傳動齒輪等，僅需將TH-5型調速器傳動軸更換為YT111G型調速器傳動軸后即可安裝。

在質量、可靠性和修后保障方面，工廠庫存有充足的TH-5型調速器總成和備品備件，同時修理設備完善、修理經驗豐富，可確保換裝調速器質量穩定和性能可靠，并為其做全壽命保障服務。

2)換裝改進方案的主要工程。拆卸YT111G型調速器，保留調速器傳動機構和底座；將TH-5型調速器傳動軸更換為YT111G型調速器傳動軸，然后安裝調速器，用手柄搖動檢查調速器靈活性；操作拉桿部件和油量拉桿部件作相應調整和安裝。安裝后進行系泊和航行試驗。

3)改進方案的試驗及結果。碼頭系泊試驗，主機調速器穩定調速率調整在中間位置，針閥調整至最佳狀態，空車200 r/min時,轉速波動15 r/min以內;空車300～400 r/min時,轉速波動10 r/min以內。在各轉速下帶負荷(20%～80%槳葉角)運轉，轉速波動均在10 r/min以內。航行試驗,主機帶負荷(20%～80%槳葉角)400 r/min時，轉速波動均在10 r/min以內。

上述試驗結果完全達到預期目標，既符合本拖船使用要求，也符合海軍修理技術標準的要求。

5 結束語

某拖船主機轉速波動問題屬于300系列柴油機的共性問題，將主機調速器由YT170型換裝為YT111G型，是目前解決該系列柴油機轉速波動問題的通用方法，并且有換裝配件供應。但由于本拖船用途特殊，主機使用轉速范圍大，低速時輸入轉速不符合要求，因而低速空車時,轉速波動沒達到預期目標。然后進一步研究改用機芯與YT111G型調速器基本相同的軍品TH-5型調速器，不但解決了輸入轉速匹配問題，而且與主機的操作系統和油量控制系統匹配更加順暢，調速性能和質量更加可靠，修后保障更有保證，圓滿地解決了本拖船主機空車轉速波動問題。