船用康明斯柴油发电机速度波动解决实例介绍

黄维鑫

（东海航海保障中心福州航标处，福州350000）

0 引言

国产康明斯柴油机作为船用柴油机，在中小型船舶被广泛使用，与国外进口柴油机，列如美国卡特机相比较，其具有价格低廉、备件采购方便且快速以及维修服务商选择余地较大等特点，特别是遇到贸易战或者是2020年的疫情，国产机的优势更是一览无余，所以，可以预见，在今后的中小型船舶柴油机选型上，国产机会更加得到青睐，在中小型船舶已有成熟市场的国产康明斯柴油机将会得到更加广泛的使用。

1 基本概述

早期在商船工作，接触的都是低速和中速进口机型，由于工作变动，2016年作为轮机长，第一次接触我国国产的重庆康明斯发动机有限公司生产的柴油机作为主发电机原动机使用，该发电机原动机型号和主要参数为：NTA855-D（M），缸数6缸，额定转速1 500 Rpm，气动启动；缸径/冲程：140 mm/152 mm；耗油量：217 g/(kW·h)；额定频率：50 Hz；额定功率：200 kW；制造时间：2008年11月。该发电原动机使用至2020年的十余年时间，除了日常正常维修保养外，偶有故障也还是属于小故障，其状态还算稳定。

基本每台康明斯柴油机有一特殊现象，就是该柴油机在单机使用、船舶用电量较小情况下，调速器波动非常厉害，严重时候甚至需要更换备用机。而且对于使用中速度波动很大的柴油机，卸掉负荷拉倒怠速运行其速度依然不减，仍然以1 500转上下剧烈波动，有时甚至不得不采取直接停机的办法，但是，等待一段时间后再次启动使用，状态似乎恢复正常。由于该航标船人员流动很小，船上船员流动也还是在本单位，所以对于该情况得到反馈是该发电机出厂以来均有该现象。本文彻底解决了该柴油机速度波动的问题，下面对整个思考和解决过程进行一个回顾总结，供使用该类型机型的广大同行借鉴和参考。

2 故障原因分析查找

2.1 调速器理论分析

首先，对于柴油机的速度波动问题，最先考虑的是调速器问题，该柴油机使用的调速器也是柴油机公司生产提供的一款电子调速器，如下图1所示。

图1 调速器示意图

该电子调速器主要包括：电磁传感器、调速控制器、电子执行器和安装件等。其工作原理为：电磁传感器在飞轮齿圈上感觉到发动机转速，并把交流电讯号送到调速控制器上，调速控制器把来自电磁传感器的电讯号与现有的参考点相比较，如两个讯号有不同，控制器将会改变到执行器的电流，改变执行器中的电流将会使得执行器的轴旋转，当此轴旋转时，燃油流量和发动机转速或功率将会改变。

根据上述理论所述，排查速度波动即对电磁传感器、调速控制器（集成板式）、电子执行器及燃油泵等组成部分进行分析排查；此外，发电柴油机原动机故障也会造成速度波动，但是该发电机能负载高负荷，且高负荷时候各参数都正常，且速度也不波动。所以，问题应该不是原动机导致，需要排查其他部件是否存在问题。通过查找之前的更换记录和机务主管的回忆，电磁传感器、调速控制器两个部件，厂家来人检查过，后来把调速控制器还带到厂里对其检测，反馈正常，电磁传感器和电子执行器先后换新，问题依然不能解决，电子执行器据说换新过后出现故障的几率有减少，但是没有实际有力证据表明，只是根据表象及猜测还是不可信，况且故障也还依然存在。

2.2 对故障进行专门的跟踪记录找出规律

为解决问题，每次发电机脱电解列时主管工作人员都尽量保证在现场，根据长期的观察总结得出结论，该发电机单机运行，负荷低于30 kW时候，尤其是两台发电机并机运行，作业完成解列发电机只留一台发电机运行时候，越是负荷低，发电机速度波动越是厉害，经过长期的记录还发现，一年中，11月～次年5月发生频率较低，6月～10月发生频率较高。

2.3 结合之前工作中遇到类似问题综合考虑

根据以往在商船工作管理发电机的经验推断，商船的发电机使用的是#4HFO，对燃油进机以前温度有严格要求，必须控制在45℃～60℃之间，最高不能超过65℃，油温低则燃烧不良冒黑烟，油温高则高压油泵和喷油器会咬死，尤其高压油泵。分油机分油时间过长会导致油温高，高压油泵咬死不喷油。

对发电柴油机原动机燃油系统进行分析：由机带燃油泵供油，通过电子执行器带动旋转轴（该执行器安装在油泵本体上，旋转轴浸泡于油泵内部的柴油内）控制油量后供到每缸喷油器前，按柴油机预定程序进行喷射燃烧，且多余的燃油对喷油器冷却后回到机带的回油箱内，如图2所示。

图2 柴油机燃油系统示意图

柴油机特性柴油机在低负荷时候，燃油燃烧的量减少，回油量加大，通过手持温度测量仪测量回油柜外部温度，在发电机正常使用期间，夏天油温平均在50℃左右，低负荷期间，油温最高可以达到65℃，实际情况内部油温还要更高，结合上面提到的商船工作的经验综合考虑，认为是回油箱油温高，导致了执行器旋转轴卡阻，从而引起调速不顺的柴油机速度波动。

3 解决故障的具体方法

为将进机柴油的油温控制在理想范围，有2种思路，方案一是安装冷却器对回油进行冷却降温，基于机舱目前的布置，安装3个冷却系统位置方面很受限，而机舱的冷却水总管尺寸上偏小，目前主机和辅机冷却系统正常使用下连消防泵使用都要特别的小心，考虑到该类型船舶所处区域外部冷却水水质较差，泥沙、垃圾较多，还要考虑后续油管在冷却器里腐蚀穿孔带来的一系列问题。综合考虑弊端较多，所以该方案基本上不采用；方案二就是目前正在使用中的方案，即对回油管进行改造，首先，对该三台发电机的具体位置和燃油管系进行整体现场和图纸的勘查，对发电机回油管进行该造，如图3所示。

图3 发电机回油管改造示意图

对比图2和图3，可以明确的看出，在发电机回油管2至油箱的管路上切开，做成三通，一路回到油箱5，一路安装流量控制阀4回至沉淀柜3，在发电机使用过程中，我们根据负荷和温度测量仪检测油箱5外部油温，正常在40℃～50℃之间，阀4无需动作，如果负荷降低，油温升高，打开阀4让发电机回油一部分回至沉淀柜3，如此一来，回油带来的高温油被部分分流至沉淀柜，从日用柜来的常温油进入油箱和高温油混合，在发电机低负荷时期，通过阀开度调节，可以把油箱油温稳定控制在一个理想范围，执行器旋转轴不因油温高而卡阻，解决了该发电机的速度波动问题，一定程度上还避免了油温高导致的喷油器柱塞偶件咬死的情况。

改造完使用一年多，3台发电机没有出现之前的速度波动大且有时无法控制速度的问题，偶有速度波动也是在合理的范围且属于正常现象，对发电机正常使用并无影响，由于船舶条件有限，只能做到该种程度，但是，在设计之初如果考虑该问题的话，可以在油箱上加入温度监测装置，实时显示并传输温度到控制单元，通过控制单元发出信号对流量控制阀进行控制，完全可以实现自动控制油温的功能。

5 结论

轮机管理是一门涉及面广，牵涉知识比较复杂的学科，大学学习的轮机管理专业课程有：柴油机、辅机（包含液压、制冷、锅炉、空压机等）、船舶电器、电气自动化等、工程热力学等等很多专业课，加上近些年船舶设备的不断更新和自动化程度的突飞猛进，作为轮机管理人员，不仅是理论上要学懂，还需要很多的实践经验才能够在工作中更好更快的解决问题，就拿本次我船柴油机速度波动的问题来看，最终解决问题的就是改动一个小小的油管，解决了以后回头看，真的很简单，但是回想该故障存在近5年时间，给船舶轮机管理人员带来很多心理上的压力和额外的劳动量，厂家和船方一直都从调速器和原动机去排查，本身的方向和思路绝对是没错，问题就是忽略了一个小小的因素，温度的因素，该问题没有引起重视，一是平时没有去认真观察和记录，二是对专业知识掌握的还不够全面，经验积累不够；轮机管理对设备的故障处理有时候就像医院的医生对待病人一样，需要全面的知识储备、足够的耐心和细心，才能把工作做好。