某輪ALPHA 氣缸注油器系統故障分析與處理

吳海春

（渤海船舶職業(yè)學院，遼寧 興城 125105）

引言

某輪主機為二沖程直流掃氣十字頭式柴油機，機型為MAN B&W-6S35MC，其氣缸油系統為Alpha 電子注油器系統。某日，該輪在大連港錨地準備靠泊大連港，駕駛臺下達備車指令，機艙進行暖機等事宜完畢后，大管輪在手動模式下運行泵站，檢查氣缸油壓力和油溫是否在規(guī)定范圍內，以及泵站濾器的壓差指示計是否顯示綠色等，待一切正常后，將泵站轉到自動模式。隨后，大管輪在人機交互（HMI）面板上按下“PRELUB.”按鍵進行預潤滑，準備進行盤車，但卻發(fā)現柴油機各缸中間盒上用來顯示注油器注油動作是否已執(zhí)行的LED 指示燈沒有閃爍，表示預潤滑指令沒有被執(zhí)行。由于駕駛臺要緊急動車，輪機部需要盡快將故障解決，于是輪機長帶領輪機員們對故障進行排查[1-3]。

1 Alpha 氣缸注油器系統簡介

1.1 Alpha 注油器系統的組成

Alpha 注油器系統主要由泵站、注油器單元、Alpha 注油器控制單元ALCU、人工交互（HMI）面板、負荷變送器、觸發(fā)器系統（曲軸編碼器）和備用觸發(fā)器系統等組成，如圖1 所示。ALCU 由主控制單元（MCU）、開關板單元（SBU）和備用控制單元（BCU）三大單元組成，并安裝在一個控制箱內，通過一個接線端子排和柴油機上的所有電信號進行交互，電源為24 V 直流電，由兩個獨立的各自帶斷路器的不間斷電源（UPS）提供。泵站由2 臺獨立的增壓油泵、2 個啟動屏、加熱線圈、濾器和油箱等組成，增壓油泵將氣缸油升壓到4～5 MPa 后，泵入注油器，每臺油泵配有1 個啟動屏，電源為440 V 交流電，且每個啟動屏內設有1 個斷路器。注油器單元每缸設有1 套，對于缸徑在700～980 mm 的柴油機，每套配有2 個注油器，對于中小缸徑的柴油機，每套配有1 個注油器，每套注油器單元的進油處有個充氮壓力為2.5～3.0 MPa 的蓄壓器，在出口處有個充氮壓力為0.15 MPa 的蓄壓器，根據不同的機型，每個注油器有3～6 個注油柱塞，并且裝有1 個反饋傳感器和1 個電磁閥。HMI 面板一般安裝在機艙集控室，可以單獨調整氣缸油注油器并顯示出各種數值和報警，還可以手動啟動油泵和進行氣缸油預潤滑等操作[4]。

1.2 Alpha 注油器系統的運行模式

HMI 面板上設有運行模式選擇開關，可以在“Auto”、“MCU”和“BCU”三種模式之間進行切換，如下頁圖2 所示[5]。

1）Auto 模式:系統自動選擇MCU 模式，若MCU失效，BCU 模式自動接管，同時控制板上的“BCU in Ctrl.”燈亮。此模式下，當主機備車，輔助鼓風機啟動時，泵站會自動啟動，同時注油器系統也會自動進行預潤滑。

2）MCU 模式：基于從曲軸轉角編碼器上傳來的2個信號（1 號缸上止點信號和曲軸位置傳感器信號），并在壓縮行程向第一道環(huán)槽內注油；主控單元通過負荷變送器傳來的油門信號，以及HMI 中根據注油因子ACC 和燃油含硫量而制定的預先設定值，運算處理各種數據后，通過激發(fā)位于每個相關注油器上的電磁閥來注油。

3）BCU 模式：利用裝在主機飛輪上的速度傳感器的轉速信號和負荷變送器傳來的油門信號，以及HMI中根據注油因子ACC 和燃油含硫量而制定的預先設定值來激發(fā)注油器注油。注油率最小值一般為主機基本注油率加50%。

2 故障分析與排除

根據Alpha 注油器系統的組成，影響注油器注油動作執(zhí)行的主要有泵站、ALCU 單元和注油器單元。工作人員在按下預潤滑“PRELUB.”按鍵前曾檢查過泵站，油壓、溫度等都在正常范圍內，所以因泵站而引起的故障可以排除。另外，該輪的Alpha 注油器單元每缸設有1 套，如果是注油器單元有故障也只會影響單缸預潤滑，不會各缸都不潤滑，因此，可以判斷注油器單元也沒有問題。這樣，問題極可能出在注油系統的大腦ALCU 單元上。故障發(fā)生時運行模式轉換開關打在Auto 模式，因集控室的人機交互（HMI）面板上沒有任何報警顯示，“BCU in Ctrl.”的指示燈也沒有亮，而且將模式轉到BCU 模式后，按下“PRELUB.”鍵仍然沒有進行預潤滑，所以，可以初步判斷MCU 單元基本沒有問題。為了進一步查找故障的原因，工作人員來到機艙的底層的ALCU 單元，兩個不間斷電源指示燈均正常點亮，MCU 和BCU 電源故障也可以排除。對照電氣接線圖，查看印刷電路板的各個板塊外觀及各單元熔斷絲均未發(fā)現任何異常，并且考慮Alpha 注油器的警報器已經和主機安全與報警系統融合在一起，如果發(fā)生電源故障、MCU 或BCU 單元失效等故障，主機安全與報警系統應該會有所動作。為了判斷是否由軟件引起的問題，工作人員將MCU 進行復位，其復位操作是中斷MCU 電源5 s，但復位后仍然不能預潤滑。

經初步排查后，依然沒有發(fā)現問題所在，于是工作人員決定對照電氣接線圖深入查找線路問題，查看是否存在短路和斷路等情況。如圖3 所示，當在HMI上按下預潤滑“PRELUB.”鍵時，MCU 單元印刷板塊J30 的7、8 觸點將分別與×1 單元的25、26 接線柱相連，于是檢查該線路是否出現短路或者斷路的情況，以及電信號的電流值是否在規(guī)定范圍內。經過測量發(fā)現×1 單元接線柱另一側的引出端在觸發(fā)預潤滑指令時沒有電流信號，工作人員將接線柱拆下，用電子精密儀器清洗劑進行清洗，然后裝復，機艙在HMI 面板上按下“PRELUB.”鍵時，預潤滑功能恢復正常，故障得以排除。

3 建議

1）嚴格參照維護保養(yǎng)手冊對Alpha 注油器系統進行定期維護，Alpha 注油器系統維護保養(yǎng)手冊中明確要求，每半年要緊固各控制箱和接線盒內的接線頭，檢查保養(yǎng)接觸器、繼電器，清潔各控制電路板等。如果保養(yǎng)措施做的到位，該故障其實是可以避免的。

2）某輪由于設計制造的原因，工作起來振動較劇烈，這次的Alpha 注油器系統故障應該也由于船體振動而使印刷電路板上的接線柱接頭松動，進而造成線路斷路。電氣設備的保養(yǎng)除了應該特別注意保持工作環(huán)境清潔外，另外就是盡量減少船體振動等外界因素的影響。比較重要的控制單元一般都安裝在比較平穩(wěn)的集控室之中，據了解MAN 公司在安裝ALCU 單元時大都安裝于集控室，但該輪卻安裝在機艙底層，建議后期對ALCU 單元的安裝位置進行改動，將其移入集控室，避免將來該單元再次出現接頭松動的問題。

3）Alpha 注油器系統還設有緊急控制方式，如果所有的外部觸發(fā)傳感器（曲軸編碼器、2 個速度傳感器）都損壞，船上又無法修理時，依靠MCU 或BCU 板內置觸發(fā)器，每秒發(fā)射一個脈沖信號，即每秒注油一次，注油率比基本注油率增加25%，維持系統一定的潤滑水平。在這種緊急模式下，BCU 將不起作用，MCU 的降速功能將保持動作，使主機保持在60 r/min的固定速度運轉。作為輪機員，應該清楚該系統的應急操作，在MCU 和BCU 失效時，為了緊急動車，可以手動切換到緊急控制方式，其切換方式是斷開MCU-J22 的接線頭1，連接一條從MCU-J52 接線頭4 到MCU-J22 接線頭1 的額外線路，從而激活緊急控制模式。