船舶柴油发电机跳电故障的排除

涂志平

(青岛远洋船员职业学院，山东青岛 266071)

0 引言

船舶柴油发电机组为全船提供电力保障，在实际营运生产中，有着举足轻重的作用。而其中的原动机——柴油机，对于保证机组的运行，乃至整个船舶的安全航行具有至关重要的作用。燃油系统作为柴油机最重要的系统之一，在日常管理中应悉心维护，及时发现故障隐患，以确保其处于良好工作状态。本文从某轮柴油发电机组跳电的故障现象入手，分析其燃油系统方面的原因，最终在油量调节机构中发现故障原因并给予排除。

1 故障现象

某轮柴油发电机型号为 WARTSILA 4R32D，额定功率1 500 kW，额定转速750 r/min。2010年的一天，在船舶正常航行中，在负荷突增时No.2柴油发电机发生跳电，No.3发电机自动启动。事后重新启动该柴油机发现，其负荷基本锁定在450 kW左右，负荷不能继续增加，也不能减小。

2 故障原因分析

导致柴油发电机跳电的原因有很多，涉及到的方面也很多，柴油机燃油系统的影响则最为直接，在实际中引起故障的比例也较多，因此，直接从燃油系统入手。而燃油系统方面的原因也涉及方方面面，根据日常管理中所积累的经验，主要分析以下几方面。

2.1 柴油发电机超负荷

船上存在大量即时启动的设备，如空压机、冷藏箱等等，在这些设备碰巧同时启动时，会在短时间内使整个电网的负荷突增，超过柴油发电机所能承受的负荷，造成柴油发电机超负荷发生跳电，这样的事件在其他船舶管理过程中曾经也发生过。但该轮的情况并非如此，其发生跳电的原因是柴油发电机到达450 kW以上再突增负荷时，柴油发电机负荷难以随负荷做即时增加而跳电，因此，此原因可以排除。

2.2 燃油喷射系统

如果燃油喷射系统有问题，比如油头卡死，高压油泵柱塞偶件卡死或者磨损过大，泄露太严重，也会导致此种故障，但这些问题如果存在，在柴油发电机运行时，相应的参数会有所反映:如果油头有问题，排温则是最直接的反映;如果高压油泵存在问题，那么也会影响到排烟温度，甚至使喷油定时发生变化影响燃烧状况，反映在排烟、爆压等方面。对柴油发电机在450 kW负荷左右运行时的各参数进行检查之后，发现各参数都正常，因此也排除了此种可能。

2.3 燃油调节方面

燃油调节是由调速器根据不同的负荷，给出相应的油门指令进行调节，以适应负荷需要，保持柴油机处于相应的稳定运行状态，是燃油系统的大脑中枢。它的组成包括调速器、调节机构以及安全保护装置及传动机构。这些机构的共同作用保证了柴油发电机的正常运行，其基本原理并不复杂，但在平时的维护保养中是最容易被忽视的一个环节，出问题后也最不容易找出原因。经过分析认为此次故障主要是这方面的原因。

3 故障排除

如图1所示，油量控制机构实际上是一个复杂的机械传动机构，从调速器动作到各缸油门拉杆的执行是通过一系列传动机构传递的。除此之外，还安装了一系列独立的安全保护机构来保证柴油机的安全运行。在这个复杂的机构中，涉及到很多传动部件，各部件相互关联、相互配合，各司其职，以保证柴油发电机在运行当中安全有效，避免各种机损事故的发生。

在柴油机正常运行时，其负荷是由调速器18来控制，使燃油系统的喷油量与负荷相匹配，调速器的动作通过负荷拉杆16传递到轴10，同时它还可以将停车及限制功能直接传至调节杆，而不管调速器现在的位置在什么地方。调节轴至高压油泵是通过调节杆10和扭力弹簧9和11来传送的，此弹簧以一定的预紧力压在调节杆上。各缸扭力弹簧相互独立，因此各油门拉杆之间互不影响，即使其中1只高压油泵处于齿条阻塞状况也不会影响到其他各缸。柴油机还可以通过止动杆6来止动，当止动杆6到停止位置，杆8使杆7到止动位置。

为保证柴油发电机安全运行，该控制机构设有2个独立的超速保护装置，一个是电动气动式装置，在速度超过正常转速约15%以上脱开;另一个是机械式装置，在柴油机转速超过正常转速18%以上动作。电动气动式装置可通过每个高压油泵上的气动式汽缸使油门处于0位，同时此装置还可以用手动使其动作。控制机构还设有启动油门限制装置，在柴油发电机进行启动时，限制油门拉杆的位置，使柴油发电机在特定油门下启动，避免油门过大造成柴油发电机发生事故。

为了适应遥控控制功能，调速器还设有1个止动电磁阀，以便通过遥控方式来使柴油机停车，此系统也与电动超速保护装置及自动停车系统相连，在条件满足情况下停车，如滑油低压，高温水温度过高等。

图1 油门控制机构示意图

3.1 工作原理

当负荷增加时，调速器带动油门总拉杆转动一个相应的角度，油门总杆带动扭力弹簧做相应的动作，其中弹簧11扭力增加，弹簧9扭力减小，在扭力差的作用下，带动高压油泵的油门拉杆拉出，直到弹簧11和9的预紧力重新达到平衡，各缸油门拉杆稳定不动。负荷减小时，动作相反。

3.2 故障排除

初步确定本次故障原因为燃油调节方面后，针对本型号柴油发电机特点和平时管理经验，以及由简单到复杂的故障处理原则，采取如下方法。

首先检查油门拉杆是否卡死，但通过对油门拉杆检查活络发现各缸油门拉杆都能自由扳动，不存在卡死问题。接着检查各安全限制装置，曾有船舶因为安全限制部件的部分动作使主油门拉杆被顶死，导致负荷固定在某一位置，无法继续增加，因此，主管轮机员检查了各安全保护部件，如启动油门限制开关，最大油门限制开关等。经过检查，确定这些机构都处于正常工作状态，并未有什么异常动作。

排除上述原因后，对调速器进行试验证明调速器工作是正常的，也排除了调速器的原因。

为了确定故障原因，再次对各机构进行细致分析，由图1可知，该机构为传动机构，从调速器到各缸油门拉杆是经过2次传动到达，如果传动机构传动出现问题，使传动过程滞后或不能到达，也同样会导致这样的故障，于是对传动节进行仔细检查，并和其他2台正常运行的柴油发电机进行相应的比较，首先从调速器到主油门调节轴13之间的负荷拉杆及负荷拉杆与调节轴13之间的连接处进行检查，通过试验，其状况良好;接着检查调节轴13与各缸油门拉杆之间的传动，它们之间是通过调节拉杆10和扭力弹簧9和11进行传动，并分别控制油门拉杆的增加和减小，在对其检查中，主管轮机员发现No.2柴油发电机油门调节机构中拉动各缸油门杆的扭力弹簧脏污严重，表面油泥很多，经分析，主管人员认为，在此机构中，扭力弹簧通过自身扭动产生力矩带动各缸油门拉杆，其自身产生扭动时，各匝弹簧之间间距会根据承受负荷做相应减小或增大，其中弹簧9控制油门拉杆刻度减小，弹簧11控制油门拉杆刻度增加，2个弹簧的扭动方向相反，如果柴油发电机长期运行在450 kW负荷左右，扭力弹簧则长期处在此范围内工作，虽然在此范围内能够正常运行，但油泥在弹簧各匝之间聚集，使得负荷进一步增加或减小时，弹簧9和11被油泥卡死，各自无法产生相应的变形来改变预紧力，无法产生相应的扭力差来带动各缸油门拉杆，使调节轴卡在某一位置无法动作，因此当调速器根据负荷做出增加负荷的动作时，各缸无法产生相应的反应，造成负荷无法即时增加而超负荷跳电，因此主管轮机员认为可能是这里的原因，于是对弹簧9和11进行了仔细清洁，清除表面以及积在弹簧缝隙里的油泥，加润滑油进行活络，使其处于良好的状态。经过清洁，再对柴油发电机进行试验时发现故障现象消失。

综上所述，本次柴油发电机在负荷突增时发生跳电的故障现象，其原因是由于带动各缸油门拉杆的扭力弹簧各匝之间油泥的堆积使得扭力弹簧在受力时各匝之间无法产生相应的动作，从而无法产生足够的扭力拉动各缸油门拉杆。因此当调速器动作时，各缸无法产生相应的反应，造成负荷无法即时增加，在负荷突增时产生跳电的现象。

4 总结

本次故障现象提醒我们，在对柴油发电机的管理过程中，虽然柴油发电机油门拉杆结构简单，没有特别复杂的原理，但我们仍应该对油门调节机构予以足够的重视，在日常的维护当中应对各机构多加检查，清除油泥，保持各机械部件的清洁润滑，从而使各机械部件处于良好的运行状态，避免因此造成柴油发电机负荷不能即时增加而引起跳电故障的发生。

同时，我们应该对柴油发电机各系统做进一步的了解，掌握各机构的作用及其正常工作的条件，尤其是一些小的机构，也需要细致了解其所起的作用。对任何小机构的忽略都可能使我们在处理某种故障现象时走弯路，造成人力物力的浪费。

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