船用康明斯柴油發電機速度波動解決實例介紹

黃維鑫

（東海航海保障中心福州航標處，福州350000）

0 引言

國產康明斯柴油機作為船用柴油機，在中小型船舶被廣泛使用，與國外進口柴油機，列如美國卡特機相比較，其具有價格低廉、備件采購方便且快速以及維修服務商選擇余地較大等特點，特別是遇到貿易戰或者是2020年的疫情，國產機的優勢更是一覽無余，所以，可以預見，在今后的中小型船舶柴油機選型上，國產機會更加得到青睞，在中小型船舶已有成熟市場的國產康明斯柴油機將會得到更加廣泛的使用。

1 基本概述

早期在商船工作，接觸的都是低速和中速進口機型，由于工作變動，2016年作為輪機長，第一次接觸我國國產的重慶康明斯發動機有限公司生產的柴油機作為主發電機原動機使用，該發電機原動機型號和主要參數為：NTA855-D（M），缸數6缸，額定轉速1 500 Rpm，氣動啟動；缸徑/沖程：140 mm/152 mm；耗油量：217 g/(kW·h)；額定頻率：50 Hz；額定功率：200 kW；制造時間：2008年11月。該發電原動機使用至2020年的十余年時間，除了日常正常維修保養外，偶有故障也還是屬于小故障，其狀態還算穩定。

基本每臺康明斯柴油機有一特殊現象，就是該柴油機在單機使用、船舶用電量較小情況下，調速器波動非常厲害，嚴重時候甚至需要更換備用機。而且對于使用中速度波動很大的柴油機，卸掉負荷拉倒怠速運行其速度依然不減，仍然以1 500轉上下劇烈波動，有時甚至不得不采取直接停機的辦法，但是，等待一段時間后再次啟動使用，狀態似乎恢復正常。由于該航標船人員流動很小，船上船員流動也還是在本單位，所以對于該情況得到反饋是該發電機出廠以來均有該現象。本文徹底解決了該柴油機速度波動的問題，下面對整個思考和解決過程進行一個回顧總結，供使用該類型機型的廣大同行借鑒和參考。

2 故障原因分析查找

2.1 調速器理論分析

首先，對于柴油機的速度波動問題，最先考慮的是調速器問題，該柴油機使用的調速器也是柴油機公司生產提供的一款電子調速器，如下圖1所示。

圖1 調速器示意圖

該電子調速器主要包括：電磁傳感器、調速控制器、電子執行器和安裝件等。其工作原理為：電磁傳感器在飛輪齒圈上感覺到發動機轉速，并把交流電訊號送到調速控制器上，調速控制器把來自電磁傳感器的電訊號與現有的參考點相比較，如兩個訊號有不同，控制器將會改變到執行器的電流，改變執行器中的電流將會使得執行器的軸旋轉，當此軸旋轉時，燃油流量和發動機轉速或功率將會改變。

根據上述理論所述，排查速度波動即對電磁傳感器、調速控制器（集成板式）、電子執行器及燃油泵等組成部分進行分析排查；此外，發電柴油機原動機故障也會造成速度波動，但是該發電機能負載高負荷，且高負荷時候各參數都正常，且速度也不波動。所以，問題應該不是原動機導致，需要排查其他部件是否存在問題。通過查找之前的更換記錄和機務主管的回憶，電磁傳感器、調速控制器兩個部件，廠家來人檢查過，后來把調速控制器還帶到廠里對其檢測，反饋正常，電磁傳感器和電子執行器先后換新，問題依然不能解決，電子執行器據說換新過后出現故障的幾率有減少，但是沒有實際有力證據表明，只是根據表象及猜測還是不可信，況且故障也還依然存在。

2.2 對故障進行專門的跟蹤記錄找出規律

為解決問題，每次發電機脫電解列時主管工作人員都盡量保證在現場，根據長期的觀察總結得出結論，該發電機單機運行，負荷低于30 kW時候，尤其是兩臺發電機并機運行，作業完成解列發電機只留一臺發電機運行時候，越是負荷低，發電機速度波動越是厲害，經過長期的記錄還發現，一年中，11月～次年5月發生頻率較低，6月～10月發生頻率較高。

2.3 結合之前工作中遇到類似問題綜合考慮

根據以往在商船工作管理發電機的經驗推斷，商船的發電機使用的是#4HFO，對燃油進機以前溫度有嚴格要求，必須控制在45℃～60℃之間，最高不能超過65℃，油溫低則燃燒不良冒黑煙，油溫高則高壓油泵和噴油器會咬死，尤其高壓油泵。分油機分油時間過長會導致油溫高，高壓油泵咬死不噴油。

對發電柴油機原動機燃油系統進行分析：由機帶燃油泵供油，通過電子執行器帶動旋轉軸（該執行器安裝在油泵本體上，旋轉軸浸泡于油泵內部的柴油內）控制油量后供到每缸噴油器前，按柴油機預定程序進行噴射燃燒，且多余的燃油對噴油器冷卻后回到機帶的回油箱內，如圖2所示。

圖2 柴油機燃油系統示意圖

柴油機特性柴油機在低負荷時候，燃油燃燒的量減少，回油量加大，通過手持溫度測量儀測量回油柜外部溫度，在發電機正常使用期間，夏天油溫平均在50℃左右，低負荷期間，油溫最高可以達到65℃，實際情況內部油溫還要更高，結合上面提到的商船工作的經驗綜合考慮，認為是回油箱油溫高，導致了執行器旋轉軸卡阻，從而引起調速不順的柴油機速度波動。

3 解決故障的具體方法

為將進機柴油的油溫控制在理想范圍，有2種思路，方案一是安裝冷卻器對回油進行冷卻降溫，基于機艙目前的布置，安裝3個冷卻系統位置方面很受限，而機艙的冷卻水總管尺寸上偏小，目前主機和輔機冷卻系統正常使用下連消防泵使用都要特別的小心，考慮到該類型船舶所處區域外部冷卻水水質較差，泥沙、垃圾較多，還要考慮后續油管在冷卻器里腐蝕穿孔帶來的一系列問題。綜合考慮弊端較多，所以該方案基本上不采用；方案二就是目前正在使用中的方案，即對回油管進行改造，首先，對該三臺發電機的具體位置和燃油管系進行整體現場和圖紙的勘查，對發電機回油管進行該造，如圖3所示。

圖3 發電機回油管改造示意圖

對比圖2和圖3，可以明確的看出，在發電機回油管2至油箱的管路上切開，做成三通，一路回到油箱5，一路安裝流量控制閥4回至沉淀柜3，在發電機使用過程中，我們根據負荷和溫度測量儀檢測油箱5外部油溫，正常在40℃～50℃之間，閥4無需動作，如果負荷降低，油溫升高，打開閥4讓發電機回油一部分回至沉淀柜3，如此一來，回油帶來的高溫油被部分分流至沉淀柜，從日用柜來的常溫油進入油箱和高溫油混合，在發電機低負荷時期，通過閥開度調節，可以把油箱油溫穩定控制在一個理想范圍，執行器旋轉軸不因油溫高而卡阻，解決了該發電機的速度波動問題，一定程度上還避免了油溫高導致的噴油器柱塞偶件咬死的情況。

改造完使用一年多，3臺發電機沒有出現之前的速度波動大且有時無法控制速度的問題，偶有速度波動也是在合理的范圍且屬于正常現象，對發電機正常使用并無影響，由于船舶條件有限，只能做到該種程度，但是，在設計之初如果考慮該問題的話，可以在油箱上加入溫度監測裝置，實時顯示并傳輸溫度到控制單元，通過控制單元發出信號對流量控制閥進行控制，完全可以實現自動控制油溫的功能。

5 結論

輪機管理是一門涉及面廣，牽涉知識比較復雜的學科，大學學習的輪機管理專業課程有：柴油機、輔機（包含液壓、制冷、鍋爐、空壓機等）、船舶電器、電氣自動化等、工程熱力學等等很多專業課，加上近些年船舶設備的不斷更新和自動化程度的突飛猛進，作為輪機管理人員，不僅是理論上要學懂，還需要很多的實踐經驗才能夠在工作中更好更快的解決問題，就拿本次我船柴油機速度波動的問題來看，最終解決問題的就是改動一個小小的油管，解決了以后回頭看，真的很簡單，但是回想該故障存在近5年時間，給船舶輪機管理人員帶來很多心理上的壓力和額外的勞動量，廠家和船方一直都從調速器和原動機去排查，本身的方向和思路絕對是沒錯，問題就是忽略了一個小小的因素，溫度的因素，該問題沒有引起重視，一是平時沒有去認真觀察和記錄，二是對專業知識掌握的還不夠全面，經驗積累不夠；輪機管理對設備的故障處理有時候就像醫院的醫生對待病人一樣，需要全面的知識儲備、足夠的耐心和細心，才能把工作做好。