TBD620型柴油機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)異常故障分析

在船舶推進(jìn)機(jī)組系泊試驗(yàn)過(guò)程中，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速是一個(gè)非常重要的測(cè)量參數(shù)。轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)柴油機(jī)保持穩(wěn)定運(yùn)行動(dòng)態(tài)提供重要的保證，當(dāng)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)異常時(shí)，不僅影響船舶推進(jìn)機(jī)組性能，甚至可能發(fā)生柴油機(jī)超速、飛車(chē)等嚴(yán)重事故。當(dāng)柴油機(jī)發(fā)生此類(lèi)故障現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)盡快查明原因、排除故障，以確保柴油機(jī)運(yùn)行處于正常狀態(tài)。一、故障現(xiàn)象某船TBD620型柴油機(jī)推進(jìn)機(jī)組進(jìn)入修船廠車(chē)間修理、調(diào)試，完成臺(tái)架試驗(yàn)后入艙回裝，在系泊試驗(yàn)階段，發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，集控室和駕控臺(tái)的指針式轉(zhuǎn)速表與集控室電子表顯示的轉(zhuǎn)速存在約100r／min的偏差；當(dāng)柴油機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，3個(gè)轉(zhuǎn)速表顯示轉(zhuǎn)速又恢復(fù)一致。此故障現(xiàn)象反復(fù)重現(xiàn)，將柴油機(jī)調(diào)速到650r／min怠速時(shí)，使用頻閃測(cè)速儀檢測(cè)柴油機(jī)主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速，確認(rèn)集控室電子表顯示轉(zhuǎn)速與柴油機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速基本一致，而集控室和駕控臺(tái)的指針式轉(zhuǎn)速表顯示轉(zhuǎn)速明顯高于實(shí)際轉(zhuǎn)速。二、轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理TBD620型柴油機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由轉(zhuǎn)速傳感器、信號(hào)變換模塊、集控式電腦(ECU)、轉(zhuǎn)速表、轉(zhuǎn)速測(cè)速模塊等裝置組成，由轉(zhuǎn)速傳感器采集柴油機(jī)飛輪齒數(shù)并轉(zhuǎn)換輸出脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)經(jīng)各種變換模塊轉(zhuǎn)換為其他制式電信號(hào)，分別接人轉(zhuǎn)速表、ECU、調(diào)速器等裝置以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速顯示、計(jì)算、控制、報(bào)警等功能。TBD620型柴油機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。圖1中f為頻率信號(hào)，U為電壓信號(hào)。該系統(tǒng)有3個(gè)獨(dú)立轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)線(xiàn)路，1﹟轉(zhuǎn)速傳感器通過(guò)WS1528模塊接人機(jī)旁控制箱轉(zhuǎn)速表，2﹟轉(zhuǎn)速傳感器通過(guò)WS1528模塊和WS15272模塊分別接入轉(zhuǎn)速測(cè)速模塊、集控室轉(zhuǎn)速表、駕控臺(tái)轉(zhuǎn)速表，3﹟轉(zhuǎn)速傳感器直接接入電子調(diào)速器。轉(zhuǎn)速傳感器安裝在柴油機(jī)飛輪端一側(cè)，它能感應(yīng)到飛輪齒數(shù)并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的頻率信號(hào)(頻率=轉(zhuǎn)速×飛輪齒數(shù)／60)。WS1528模塊全稱(chēng)是全隔離頻率信號(hào)變換端子，其將轉(zhuǎn)速傳感器送來(lái)的頻率信號(hào)(0～10kHz)經(jīng)過(guò)頻率／電壓轉(zhuǎn)換電路、放大電路，輸出符合轉(zhuǎn)速表輸入的電壓信號(hào)(0~10V)。WS15272模塊全稱(chēng)是全隔離雙輸出脈沖／脈沖變換端子，其將轉(zhuǎn)速傳感器送來(lái)的頻率信號(hào)(0～10kHz)經(jīng)過(guò)隔離變換元件，輸出符合集控臺(tái)ECU采集的頻率信號(hào)(0~10kHz)。轉(zhuǎn)速測(cè)速模塊實(shí)際上是一個(gè)直流電壓信號(hào)報(bào)警設(shè)定器，根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)預(yù)設(shè)報(bào)警電壓值，當(dāng)由變換模塊送來(lái)的電壓等于或超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，繼電器輸出觸點(diǎn)閉合，從而觸發(fā)安保系統(tǒng)報(bào)警或停機(jī)。三、故障原因分析根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理，導(dǎo)致柴油機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)顯示異常的可能原因如下。1)轉(zhuǎn)速表故障。指針式轉(zhuǎn)速表經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用，可能存在內(nèi)部電子器件老化或機(jī)械部件磨損的情況，導(dǎo)致指針顯示不準(zhǔn)確。2)轉(zhuǎn)速傳感器故障。轉(zhuǎn)速傳感器安裝位置在飛輪端一側(cè)，長(zhǎng)期處于高溫、震動(dòng)、油污等較為惡劣的工作環(huán)境，使用壽命相對(duì)較短，容易發(fā)生老化、松動(dòng)、甚至損壞現(xiàn)象。3)信號(hào)變換模塊故障。信號(hào)變換模塊屬于較為精密的電子器件，電源波動(dòng)或者信號(hào)超限接入很容易發(fā)生模塊損壞或者精度下降，導(dǎo)致測(cè)速異常。4)線(xiàn)路故障。整個(gè)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接多個(gè)機(jī)艙設(shè)備，走線(xiàn)跨度較大，端口接點(diǎn)較多，容易發(fā)生電線(xiàn)老化、斷裂，接口觸點(diǎn)氧化等現(xiàn)象。四、故障排查過(guò)程通過(guò)對(duì)上述故障原因的分析，按照先簡(jiǎn)單后復(fù)雜、先外部后內(nèi)部的原則，有順序有步驟地進(jìn)行電氣檢查、分析及判斷。逐一驗(yàn)證檢查結(jié)果是否正常，具體排查步驟如下。1)拆卸各路轉(zhuǎn)速表至車(chē)間進(jìn)行檢查、校驗(yàn)，功能及量值測(cè)量正常，用新轉(zhuǎn)速表替換顯示異常的轉(zhuǎn)速表進(jìn)行試驗(yàn)，故障現(xiàn)象仍然存在。2）集控室電子轉(zhuǎn)速表與指針式轉(zhuǎn)速表顯示轉(zhuǎn)速不一致，這2個(gè)顯示信號(hào)均來(lái)自2﹟轉(zhuǎn)速傳感器，因此判斷2﹟轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)線(xiàn)路存在問(wèn)題，為進(jìn)一步確認(rèn)，先對(duì)信號(hào)源開(kāi)始排查，拆卸轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行測(cè)量，各點(diǎn)內(nèi)阻值均在正常范圍內(nèi)。3)WS1528和WS15272模塊實(shí)物圖見(jiàn)圖2，模塊管腳、功能圖見(jiàn)圖3。依次拆卸2個(gè)模塊，使用信號(hào)發(fā)生器模擬轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)，按照?qǐng)D3連接試驗(yàn)，試驗(yàn)得出測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。從表1可以看出，WS1528模塊在低頻（低速)段的輸出電壓明顯存在非線(xiàn)性正偏差，該現(xiàn)象與前面所提轉(zhuǎn)速顯示異常問(wèn)題相關(guān)度較高，所以判斷WS1528模塊已經(jīng)損壞。4)更換新的wSl528模塊后，重新啟動(dòng)柴油機(jī)，集控室和駕控臺(tái)的轉(zhuǎn)速表顯示轉(zhuǎn)速與集控室電子表顯示轉(zhuǎn)速一致，也與頻閃測(cè)速儀測(cè)得主軸轉(zhuǎn)速基本一致，由此可以判定WS1528模塊損壞是導(dǎo)致轉(zhuǎn)速顯示異常的原因。但是，在柴油機(jī)停機(jī)后，發(fā)現(xiàn)集控室和駕控臺(tái)的轉(zhuǎn)速表仍顯示450r／min的轉(zhuǎn)速，這是新產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速異常顯示問(wèn)題。五、對(duì)新問(wèn)題的思考和排查針對(duì)新的轉(zhuǎn)速異常顯示問(wèn)題，分析如下：①新更換的WS1528信號(hào)變換模塊是否損壞；②2﹟轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)線(xiàn)路是否存在其它故障點(diǎn)或損壞的器件。針對(duì)以上分析進(jìn)行排查，具體過(guò)程如下。1)重新拆卸新更換的信號(hào)變換模塊，再次使用信號(hào)發(fā)生器模擬轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)，對(duì)模塊的輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明模塊工作正常，排除WS1528模塊被再次損壞的可能性。2)為了更好排查該2﹟轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)線(xiàn)路存在的問(wèn)題，需要檢測(cè)線(xiàn)路中器件的電路狀態(tài)。因此將新、舊WS1528模塊分別回裝，在不同條件下，對(duì)2﹟線(xiàn)路各器件引腳電壓進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。3)分析表2，“序號(hào)1”項(xiàng)測(cè)得電壓為1.68V,通過(guò)轉(zhuǎn)速關(guān)系式（頻率=轉(zhuǎn)速×飛輪齒數(shù)/60)，可以計(jì)算其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速數(shù)值。已知TBD620型柴油機(jī)最大功率轉(zhuǎn)速為1860r/min，飛輪齒盤(pán)為218齒，根據(jù)WS1528模塊輸人頻率信號(hào)與輸出電壓信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,輸出電壓為輸入頻率的1/1000，所以WS1528模塊輸出電壓1.68V時(shí)轉(zhuǎn)速為462r/min,與集控室轉(zhuǎn)速表讀數(shù)450r/min基本相符，說(shuō)明與新產(chǎn)生轉(zhuǎn)速異常顯示問(wèn)題相關(guān)。4)對(duì)比表2中“序號(hào)1”和“序號(hào)4”項(xiàng)，當(dāng)斷開(kāi)WS1528模塊與轉(zhuǎn)速測(cè)速模塊1、3引腳的連接時(shí)，電壓為0，集控室轉(zhuǎn)速表指針歸零，所以確定到轉(zhuǎn)速表的電壓是由轉(zhuǎn)速測(cè)速模塊1、3引腳引入。5）對(duì)比表2“序號(hào)1、2、3”項(xiàng)，將新、舊wS1528模塊輸入輸出阻抗進(jìn)行對(duì)比測(cè)量,發(fā)現(xiàn)2個(gè)模塊的內(nèi)阻差別較大。將上述2個(gè)模塊的使用情況反饋廠家，廠家確認(rèn)了以下2點(diǎn):①由于產(chǎn)品迭代，新WS1528模塊內(nèi)部采用數(shù)字量工藝，而舊WS1528模塊內(nèi)部采用模擬量工藝，所以2個(gè)模塊內(nèi)部阻抗不一樣;②轉(zhuǎn)速測(cè)速模塊接入系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)接地工藝要求較高，接地不良會(huì)造成輸入端1、3引腳產(chǎn)生一定電壓。至此，更換WS1528模塊后，停機(jī)時(shí)產(chǎn)生450r/min轉(zhuǎn)速，找到了問(wèn)題根源。六、改進(jìn)措施及測(cè)試結(jié)果經(jīng)過(guò)上述故障分析與排查，排除此次轉(zhuǎn)速顯示異常故障，除更換已損壞WS1528模塊外，還需解決系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)速測(cè)速模塊1、3引腳產(chǎn)生電壓的影響,同時(shí)要保證WS1528模塊向轉(zhuǎn)速測(cè)速模塊提供有效電壓信號(hào)。為滿(mǎn)足以上要求,決定在線(xiàn)路上加裝一個(gè)0~10V直流電壓隔離模塊，使得接入該模塊前、后的電路阻抗不產(chǎn)生相互影響，并最大程度優(yōu)化系統(tǒng)線(xiàn)路接地工藝。為確認(rèn)改進(jìn)效果，將直流電壓隔離模塊串聯(lián)在WS1528模塊與轉(zhuǎn)速測(cè)速模塊之間，然后系統(tǒng)通電試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)集控室轉(zhuǎn)速表指針歸零，轉(zhuǎn)速顯示異常故障排除。再次對(duì)該TBD620型柴油機(jī)進(jìn)行系泊試驗(yàn)，轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作正常，各線(xiàn)路的轉(zhuǎn)速顯示基本一致，超速模擬試驗(yàn)正常觸發(fā)超速保護(hù)功能。在后續(xù)航行試驗(yàn)過(guò)程中，該TBD620型柴油機(jī)運(yùn)行正常，各項(xiàng)指標(biāo)符合使用要求，也符合海軍修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。七、結(jié)束語(yǔ)TBD620型柴油機(jī)發(fā)生轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)異常故障是較常見(jiàn)的，其產(chǎn)生原因大部分來(lái)