某船主机排温显示异常故障排除解析

彭荣华，王逸林

（海装驻青岛地区第一军事代表室，山东 青岛 266000）

某船修后航行试验时，2 台12 V20/27 主机工作良好，最高转速能够达到该型柴油机的额定转速。动力系统的油温、水温、油压、水压和控制气压都工作正常，各缸爆炸压力也比较均匀，主要参数均符合标准要求。但是操纵室内主机排温显示仪上显示的主机各缸排温混乱，在额定转速时，部分缸排温甚至降至60 ℃左右，与主机真实运行状态完全不符，影响了主机修理人员对主机各缸工作状态的判断。

1 故障现象

航行试验结束后，船厂连夜检查排温异常故障。①拆卸所有热电偶，送计量站进行校验。经校验，所有热电偶实验室内工作正常，输出电压随温度升高线性良好；②检查操纵室排温显示仪温度显示特性，从机旁和操纵室2 处接线箱模拟K型热电偶，输入标准电压信号，排温显示仪上的温度显示与K型热电偶标准分度表要求一致，稳定性较好，没有发现异常；③由于修理人员对该船以前的工作状态并不了解，为了彻底解决问题，检查从操纵室到热电偶的连接线缆，判断是否有反接、短路、断路和接地现象。经检查，部分线缆因长期工作在高温环境下有接地情况，还有部分热电偶正负极性接反。船厂根据实际情况，使用原材质更换了所有存在故障的线缆，系统恢复后，主机空车进1 试验，各缸排温显示100 ℃左右，基本处于正常范围内。但是在航行验证时发现，主机转速进1时排温基本正常，但转速达到进2、进3、进4时，排温再次出现异常，在机旁接线箱测量热电偶输出电压，与显示温度一致，主机排温线性再次混乱。当主机减速到进1时排温异常现象依然存在。其中左主机尤为严重，A1、A2、A4、A6、B2、B3、B4、B5缸温度不升反降，温度曲线明显异常，左主机（故障验证航次）排温记录表见表1。

表1 左主机（故障验证航次）排温记录表 ℃

2 故障原因判断

结合第一次航行试验后故障排查过程，针对2次航行试验主机的排温实际情况分析：①主机爆压均匀，排除主机各缸工作不稳定的可能；②排温显示仪温度显示与分度表电压值一一对应，排除排温显示仪工作不稳定的可能；③最终问题的根源集中在热电偶和热电偶至接线箱间线缆上。

综合所有现象分析，引起异常的因素可能有以下2个方面：①热电偶在主机高速运行时，因振动过热，出现接触不良或接地情况；②热电偶至主机接线箱的线缆为K型补偿导线，在接线时只关注了电缆的电气通断特性，没有考虑温度补偿特性，如果将补偿导线两端整体接反，高温时会出现反向温度补偿，从而导致温度负增长。

3 理论原理和故障现象分析

该型主机原来配套的热电偶为K 型镍铬/镍硅热电偶，因主机排烟系统温度较高，为了保护操作人员安全，防止高温烫伤，在排烟管外边增加了一个隔温护罩，形成了一个高温区，热电偶也被罩在里边，如果直接将排温信号从热电偶送到排温显示仪上，缺少热电偶与真实环境的温度补偿，排温显示会普遍偏低。由于在主机运转时防护罩内温度非常高，建造设计时，为了保证排温显示正常，从热电偶至主机接线箱配套了与热电偶同材质的K型补偿导线，将低温端从热电偶引到接线箱，保证低温端与环境温度一致，加上系统环境补偿，排温显示仪上能正确显示各缸真实温度。排温热电偶测量原理示意图如图1 所示，其中，t1为主机各缸排烟真实温度；t2为热电偶安装区域温度；t3为环境温度。

图1 排温热电偶测量原理示意图

热电偶是一种无源传感器，通过2 种不同材质导线组成的回路，在不同温度下产生不同的热电动势，一种为2种导体接触电动势，另一种为单一导体温差电动势。由图1可知，主机各缸的排烟温度测量点的位置在主机内部，而且处于超高温区，无法直接测量，所以通过K 型镍铬/镍硅热电偶、补偿导线以及环境温度补偿测量真实温度。本船采用镍铬/镍硅2 种不同金属材质热电偶，通过热电偶分度表综合计算可以得到热电偶温差Δtr：

补偿导线与热电偶是同一属性材质，所以，根据补偿导线两端产生的电动势，经分度表综合计算得到补偿导线温差Δtb：

在接线正确的情况下，显示温度t：

当补偿导线两端正负极接反时，形成反向补偿，此时补偿导线温差（Δtb′）为-Δtb，反向补偿显示温度t′为：

由式（3）和式（4）可得：

由式（5）可得，显示温度与真实温度相差2Δtb。通过实验室模拟试验，当补偿导线整体接反时，如果补偿导线部位温度升高，显示温度可能出现负增长。

结合几次系泊试验和航行试验情况分析，当主机系泊试验空车或进1 时，主机运行时间比较短，Δtr增长较快。而t2还没有开始升高，与t3相差比较小，所以Δtb数值不会太大，虽然数值偏低一点，综合主机工况不稳定的现实，排温显示误差能够接受，呈现排温正常的假象。当主机航行试验工况增加到进2、进3、进4时，Δtr增长趋缓。t2显著增加，局部温度可以达到80 ℃以上，而t3变化较小。Δtb就被急剧放大，Δtb数值可能达到60 ℃以上，甚至更高。如果此时补偿导线是反向补偿，显示温度t′的线性取决于Δtr和Δtb线性斜率，显示温度出现负增长。此时显示温度t′与真实温度t1相差2Δtb，所以300 ℃的排温显示100 ℃左右，验证了表1中温度异常的现象。此时，当主机转速降回到进1 后，t2仍然处于高温状态，Δtb数值依然保持比较高的状态，排温显示异常现象依然存在，从理论上证明了航行试验时的各种现象。

4 故障排查结果

经过现场进一步分解检查，发现主机排温曲线异常的热电偶补偿导线全部正负极反接。对补偿导线调整后，在现场用烤箱静态加温试验，排温显示仪显示的温度值随烤箱温度升高同步升高，排温显示系统工作恢复正常。经过该船返航过程验证，各缸排温随主机工况线性增长，最终故障得以彻底解决。左主机（返航）排温记录见表2。

表2 左主机（返航）排温记录表 ℃

通过这次排温显示故障的排除和原因分析，施工人员在接线过程中，不能通过简单的线路通断证明接线的正确与否，尤其是在特种电缆的安装时，不仅要了解特种电缆的基本电气特性，还要熟悉掌握其物理特性，为设备安装和故障分析判断打牢理论基础，减少试验试航频次，缩短船舶修理周期。