  船機故障心莫慌，遇事不決船機幫  導讀 柴油機冷卻水溫度是船舶重要狀態(tài)參數(shù)之一， 水溫過高影響柴油機的散熱效果，導致柴油機零部件熱負荷升高、部件強度降低，同時使滑油溫度升高 、黏度降低,潤滑效果惡化，加大運動部件的磨損。 長時間在超過最高允許溫度條件下運行，還會出現(xiàn)密封件老化、缸套漏水，甚至出現(xiàn)拉缸、軸瓦燒損等嚴重事故。 本文主要闡述YANMAR6EY18LW型發(fā)電柴油機高溫水控制系統(tǒng)的工作原理，分析髙溫水故障停車原因并提出解決措施，為輪機管理人員處理類似故障提供參考。 一 高溫水工作原理 某遠洋救助拖船配備3臺YANMAR 6EY18LW 型發(fā)電柴油機，單臺功率為500 kW，高溫水高溫報警值為95℃，高溫水停車保護值為 100℃。 某日，在3臺發(fā)電柴油機運行20000h 的大修保養(yǎng)后，對1#發(fā)電柴油機進行磨合與負荷試驗，當空載試驗和 25%及50%負荷試驗時，發(fā)電柴油機高溫水溫度、滑油溫度、滑油壓力等參數(shù)均正常； 當負荷達到400kW左右時，高溫水溫度在極短的時間內(nèi)迅速上升，相繼觸發(fā)高溫水高溫報警和高溫水溫度高保護停車，全船失電。 試驗 2#、3#發(fā)電柴油機時均發(fā)現(xiàn)有此現(xiàn)象。  圖1 YANMAR 6 EY18L W 型發(fā)電柴油機冷卻水循環(huán)系統(tǒng) YANMAR 6EY18LW型發(fā)電柴油機的高溫冷卻水循環(huán)系統(tǒng)（見圖1)采取二級溫度控制： 當柴油機低負荷時，高溫水采用一級水溫控制，溫度控制在 (85±4) ℃，避免高溫水溫度過低造成缸套及缸頭冷卻腔的低溫腐蝕； 當柴油機高負荷時，高溫水采用二級溫度控制，氣動閥3(以下簡稱“閥3”）動作，高溫水溫度控制在（60±4)℃ ，使柴油機在重載的情況下減少熱負荷，增加滑油黏度，減少運動部件的磨損。 1.柴油機低負荷 (1) 當高溫水水溫<55℃時 ,55℃恒溫閥1(以下簡稱“閥1”）不動作，出機高溫水經(jīng)閥1、節(jié)流孔6 、機帶高溫水泵4進入機體，形成機內(nèi)閉式循環(huán)，此循環(huán)屬于快速暖機模式。 (2) 當55℃高溫水水溫<81℃時，閥1逐漸開啟，81℃恒溫閥2(以下簡稱“閥2”）不動作。 一 部分高溫水按（1)模式工作； 另一部分出機高溫水經(jīng)閥1、閥3、閥2和節(jié)流孔6后通過高溫水泵4進入機體，此時高溫水循環(huán)仍是機內(nèi)閉式循環(huán)，屬于快速暖機模式。 (3)當高溫水水溫≥81℃時，閥1全開，閥2 逐漸開啟，開啟開度隨著溫度的上升而增加。 一部分出機高溫水按（2) 中第二部分方式閉式循環(huán)； 另一部分出機高溫水經(jīng)閥1、閥3、閥2出機體至經(jīng)冷卻器7冷卻后，再經(jīng)過機帶高溫水泵4進入機體，這部分高溫水屬于開式外循環(huán)，內(nèi)、外循環(huán)的流量分配由閥2開度來實現(xiàn)，使高溫水溫控制在(85±4)℃。 2.柴油機高負荷  圖2 高負荷模式電磁閥（控制閥3)控制原理 當柴油機高負荷時，電磁閥具體動作原理（見圖2 )為: 在網(wǎng)發(fā)電機的配電屏程序控制器（PPU)采 集發(fā)電機在網(wǎng)信號及負載信號，向柴油機程序控制器SMR輸出發(fā)電機主開關合閘信號和發(fā)電機負荷達到額定負荷(75±5)% 的信號。  圖3 發(fā)電柴油機高溫水二級溫度控制邏輯圖 由高溫水二級溫度控制邏輯圖（見圖3)可知： 柴油機運行并在網(wǎng) 30min情況下 ,負荷達到輸出功率的（75±5) % ，延時10s,柴 油機程序控制器SMR輸出信號使繼電器VX得電，使其輔助觸點P2-35閉合，電磁閥MV得電，為閥3提供氣源，閥3動作; 此時，出機高溫水全部經(jīng)閥1、閥3 出機體至經(jīng)冷卻器7冷卻后，再經(jīng)過機帶高溫水泵4 進入機體，高溫水全部走外循環(huán)，使高溫水溫度維持在（60±4)℃。 二 故障分析 3臺柴油機經(jīng)多次試驗，發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律: 在主機未運行（主機低溫水泵未開啟）時，發(fā)電機負荷在390kW以下，柴油機各項參數(shù)正常，高溫水出機溫度不超過89℃； 當負荷增加至400kW左右，此時高溫水顯示溫度達100℃,觸發(fā)柴油機冷卻水高溫停車保護。 結(jié)合原理圖分析，造成高溫水高溫保護停車的可能原因包括以下幾點： (1) 低溫冷卻水溫度控制器故障或低溫水冷卻器臟堵。 低溫水溫度控制器設定溫度為32℃，如果低溫冷卻水溫度控制器故障或低溫水冷卻器臟堵, 會使低溫冷卻水系統(tǒng)溫度無法恒定在32℃，整個低溫水系統(tǒng)溫度偏高，致使柴油機高、低溫水泵進口溫度偏高，造成柴油機高溫冷卻水高溫停車。 (2) 高溫水溫度顯示傳感器、高溫報警傳感器和高溫停車控制器故障。 高溫報警傳感器和停車溫度控制器反饋的溫度高于實際溫度，導致停車保護裝置提前介入使柴油機停車。 (3) 長時間運行，發(fā)電柴油機高溫水泵內(nèi)部部件出現(xiàn)一定的磨損，造成高溫冷卻水壓力不足、流量降低，冷卻效果不佳。 說明書規(guī)定高溫水泵出口壓力為0.15 ~0.40 MPa，而本機壓力為 0.17 MPa,符合說明書規(guī)定值但偏低。 (4) 閥1或閥2出現(xiàn)故障或裝配錯誤，無法正 常開啟，高溫水出機溫度無法長時間維持在（85± 4)℃。 (5) 閥3故障不動作。 如果控制電磁閥的電氣控制系統(tǒng)故障或閥3卡阻，當負荷達到輸出功率的(75±5)% 時 ，閥3不動作，高溫水系統(tǒng)低負荷高溫模式未能及時切換到高負荷低溫模式，導致高溫水溫度快速上升。 三 故障排查及解決措施 1.故障排查 (1) 低溫水溫度控制器設定32℃，在主機和發(fā)電柴油機都在高負荷運行情況下，板式淡水冷卻器出口溫度恒定在32℃，排除低溫冷卻水溫度控制器故障或低溫水冷卻器臟堵。 (2) 校驗高溫水溫度顯示傳感器、高溫報警傳感器和高溫停車控制器。 使1#發(fā)電柴油機空車運轉(zhuǎn)，依次拆下各傳感器和溫度控制器的感溫探頭。 將標準水銀溫度計探頭和溫度顯示傳感器探頭一起放入容器內(nèi)加熱，比較兩者顯示溫度基本無差別。 將溫度顯示傳感器、高溫報警傳感器和高溫停車控制器的感溫探頭容器內(nèi)加熱： 當高溫水溫度顯示95℃時，柴油機高溫報警； 當溫度達到100℃時，柴油機高溫停車。 排除溫度顯示傳感器、高溫報警傳感器和高溫停車控制器故障。 (3) 拆檢高溫水泵，檢查葉輪、泵殼，未發(fā)現(xiàn)明顯磨損。 同時測量葉輪吸入口外徑與泵殼之間的徑向間隙，測量結(jié)果為0.85mm，在標準值范圍 (0.78~0.87mm)內(nèi)，結(jié)合工作壓力0.17MPa也在正常范圍內(nèi)，排除高溫水泵內(nèi)部磨損超限。 (4) 拆檢高溫水控制閥模塊，仔細檢查閥1 和閥2的裝配情況，未發(fā)現(xiàn)異常。 考慮在本次大修中閥1和閥2均換新改型備件，只是外觀稍有差異。 決定重新對2 個新閥做功能試驗， 首先檢查閥2,將新舊2個閥放在水中加熱： 當溫度為79℃時，舊閥開始動作； 當溫度為81℃時,新閥開始動作。 新舊閥2未動作時測量圖4中的A值 (A值的變化量就是閥的開度）均為46.5mm(見圖 4 )。  圖4 新的81℃恒溫閥結(jié)構(gòu) 閥開度隨著溫度的增加而增大： 當水溫86℃時，測量舊閥2的A值54.0mm、新閥2的A值49.3mm; 當水溫達95℃時，舊閥2的A值56.6mm、新閥2的A值55.7 mm。 這符合說明書規(guī)定的“當溫度大于95℃時 ，A總長度≥55.5 mm”的要求。 同樣測試閥1亦正常。 排除閥1或閥2出現(xiàn)故障或裝配錯誤。 ( 5 ) 檢查閥3(見圖5) 動作是否正常。  圖5 閥3工作原理 試驗發(fā)現(xiàn): 在正常情況下，逐步增加1#發(fā)電機負荷，當負荷增加至390kW(大約為額定負荷78 %) 時，閥3動作，此時導桿長度為8mm，閥3不動作時導桿長度為28mm,與說明書規(guī)定值一致,排除閥3故障。 由上述分析可知，整個高溫水系統(tǒng)找不出明顯的故障。 在故障排查中觀察主機低溫水對發(fā)電柴油機高溫水的影響規(guī)律。 主機低溫水泵不運行時，發(fā)電柴油機高溫水壓力1.58kPa,負荷達到380kW時，高溫水水溫88℃，當負荷達到390kW以上，閥3動作，柴油機短時間內(nèi)高溫停車。 如果拆除閥3控制電路，使閥3始終不動作，當發(fā)電機負荷400kW時，高溫水水溫 89℃； 當負荷達 470 kW時 ，高溫水溫度維持在93℃。 在主機低溫水泵運行時，發(fā)電柴油機高溫水壓力1.91kPa,發(fā)電柴油機高溫水系統(tǒng)存在以下規(guī)律: 當發(fā)電機負荷290kW時，高溫水溫度89℃; 當發(fā)電機負荷增加至350kW時（閥3未動作），高溫水溫度 93℃。 可知： 在主機低溫水泵開啟時，發(fā)電柴油機高溫冷卻水背壓升高0.33kPa,高溫冷卻水流量減少,冷卻效果變差，高溫水溫度偏高; 在主機低溫水泵未開啟時，當發(fā)電機負荷達到400kW時，柴油機發(fā)生高溫停車現(xiàn)象，與此時水溫偏高（88℃）和閥3正好動作有關。 再次分析冷卻水系統(tǒng)圖，經(jīng)冷卻器的低溫冷卻水進機后分為3路: 1路經(jīng)主機低溫水泵供往主機， 另1路通往發(fā)電柴油機低溫水泵， 第3路通往發(fā)電柴油機高溫水泵。 當主機低溫水泵運行時，主機低溫水泵排量達200m3/h，使整個低溫板式冷卻水系統(tǒng)背壓升高，流經(jīng)發(fā)電柴油機高、低溫水泵的水流量減少。 發(fā)電柴油機高溫水在低負荷高溫模式運行時, 部分出機高溫水經(jīng)閥2回到高溫水泵，部分出機高溫水經(jīng)閥2去低溫水冷卻器。 具體流量分配由閥2 的開度決定。 當負荷增加至高負荷時，閥3動作，瞬間將經(jīng)閥2回到高溫水泵的水流切斷，所有的出機高溫水都經(jīng)閥3通往低溫冷卻器，此時發(fā)電柴油機高溫水泵進口流量全部來自于冷卻器的低溫冷卻水分支，由于高、低溫水泵型號相同且高溫水泵位于進機管系的遠端，高、低溫水泵之間存在“搶水”現(xiàn)象， 短時間內(nèi)，相比閥3未動作時高溫水泵流量有所降低,冷卻效果變差，此時如果立即增加柴油機負荷，高溫水溫度快速上升。 在正常條件下，當發(fā)電柴油機負荷增加至 390kW時，此時高溫水溫度88℃左右，閥 3延時10s動作，柴油機進入高負荷低溫模式，如果繼續(xù)增加負荷，高溫水溫度持續(xù)上升，直到高溫報警停車，如果此時降低負荷至340kW 以下等待1~2min后（根據(jù)圖3可知，即使短時間內(nèi)柴油負荷降至設定負荷之下，閥3動作時間將持續(xù)30min，高溫水一直執(zhí)行高負荷低溫模式），再持續(xù)加負荷至高負荷區(qū)間，高溫水溫度先上升至90℃左右 ,然后緩慢下降，最終恒定在 62℃左右。 四 解決措施 本案例故障主要原因在于當柴油機高溫水溫度偏高，低負荷模式切換高負荷模式時，高溫水泵短時間流量不足，而流量不足有以下幾個方面的原因： 本船受救助拖船布置的局限性，低溫膨脹水柜設置高度過低,使發(fā)電柴油機低溫水和高溫水靜壓不足; 主機低溫水泵排量達200m3/h,使整個低溫板式冷卻水系統(tǒng)背壓升高，流經(jīng)發(fā)電柴油機高、低溫水泵的水流量減少; 本次柴油機大修更換閥2,新閥與舊閥在80~90℃開度存在明顯區(qū)別，新閥開度比舊閥小3mm左右，使高溫水去冷卻器的流量偏小。 綜合考慮，可以采取以下措施解決本次故障。 (1) 適當降低冷卻器的設定溫度，使冷卻器出口溫度恒定在30℃以下。 本船主機、發(fā)電機等設備共用低溫板式冷卻器，當外界環(huán)境溫度較高與主機負荷較高時,冷卻器旁通閥全關的情況下，冷卻器出口溫度也只能維持在32℃。 當冷卻器熱負荷比較大時,在冷卻器出口溫度基本上在32℃ 以上，所以采取降低冷卻器出口溫度的方法來解決此故障不合適。 (2) 增加發(fā)電柴油機高溫水泵的初始壓頭，將低溫水系統(tǒng)膨脹水箱加高或者在低溫冷卻器至發(fā)電柴油機高、低溫水進機管路上單獨加裝1個水泵，以此提高冷卻水進機壓力； 增加冷卻器至機體的冷卻水管徑。 上述方法均可以增加進高溫水泵的流量，強化冷卻效果，使低負荷高溫模式切換至高負荷低溫模式時水量充足，減少高低溫水泵之間的“搶水” 現(xiàn)象，但對整個系統(tǒng)改造比較大，實施起來較復雜且周期較長，這些措施只能作為備用方案。 (3) 在發(fā)電柴油機冷卻水低負荷高溫模式階段 ，適當增加閥2開度（見圖4) ，使高溫水回低溫冷卻器水量增加，以降低高溫水溫度。 經(jīng)反復試驗，在記憶合金和推桿中加裝與推桿材質(zhì)相同的厚度為3mm的小墊塊。 試驗成功后，定做加長3mm的推桿。 當水溫大于79℃時，改裝好的新閥開始慢慢打開 ,85℃時閥2的A值為51.1mm，95℃時 閥2的A值為56.2 mm,滿足“說明書值≥55.5 mm”的要求。 (4) 在符合說明書規(guī)定的范圍內(nèi)，降低柴油機高負荷低溫模式的負荷設定值，相比原來的設定值高溫水第二級控制閥3動作提前，使柴油機提前進入高負荷低溫模式。 在閥3動作期間，高溫水泵存在“搶水”現(xiàn)象。 在冷卻水流量不穩(wěn)定期間，適當降低負荷設定值使柴油機總體熱負荷降低，在高溫水溫度沒有上升到極限前，高溫水泵流量已趨于穩(wěn)定。 隨著冷卻水效果增強，高溫水溫度逐漸降低直至穩(wěn)定。 查閱配電板相關圖紙，得知圖3中GEN LOAD (75±5)% 的開關量由PPU中1030 over current 2 set point這個參數(shù)設定，進入發(fā)電機操作屏PPU設置菜單，原參數(shù)為7 8% ,即負荷達390kW，閥3開始動作。 經(jīng)過多次試驗，對于本機來說，將該參數(shù)設置為70%(350kW)較為合適。 將3臺發(fā)電柴油機PPU中 GEN LOAD參數(shù)重新設置為70%。 發(fā)電柴油機高溫水系統(tǒng)經(jīng)過上述（3 )和（4 )措施調(diào)整改造后，進行多次負荷試驗: 在高溫水第二級切換之前，即柴油機負荷在350kW以下，柴油機高溫水水溫穩(wěn)定在85 ℃左右； 當負荷增至350kW后，大約延時10s高溫水第二級控制閥3動作，高溫水水溫在上升至1 個峰值后迅速下降，并最終穩(wěn)定在62℃左右，整個過程耗時大約80s。 后期對其他2臺柴油機也進行同樣改造和調(diào)整，3臺柴油機多次進行350~500kW負荷試驗，高溫水最高峰值為89℃，距離高溫水報警和高溫停車余量較大，高溫水高溫停車故障得到解決。 五 結(jié)束語 YANMAR 6EY18LW型發(fā)電柴油機高溫水系統(tǒng)有高低負荷2種模式，結(jié)構(gòu)與原理較復雜，且影響高溫水溫度的因素較多，需要多種方法并用。 由于本船在設計上的局限性，低溫膨脹水箱位置偏低，發(fā)電柴油機高、低溫水靜壓偏小，為該故障的根本原因。 在暫時無法改變膨脹水箱位置的情況下，采取對高溫水系統(tǒng)中的新閥2推桿進行改造和降低發(fā)電機高低負荷模式轉(zhuǎn)換設定值使閥3提前動作等措施，最終使發(fā)電柴油機高溫停車問題得以解決，保障船舶運營安全。 本文原創(chuàng)作者系： 東海救助局 何天浪 朱佳波 END   感謝閱讀和關注 Thanks for reading and attention |
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