一起柴油機起動故障分析及處理

20世紀50年代起，中高速柴油機開始應用于船舶電站。相比陸用柴油機，船用電站柴油機運行環(huán)境惡劣，起動、停機頻繁，對電站柴油機的可靠性提出更高要求。本文通過對一次船舶電站柴油機起動故障的分析及處理，闡述如何排除船用柴油機起動故障及船用柴油機起動系統(tǒng)的管理要點,供同仁參考。一、設備簡介某船舶配備2臺柴油發(fā)電機組。機組發(fā)動機為直列、水冷、渦輪增壓6缸數(shù)柴油機，型號為YANMAR6N18(A）L-V(見圖1)。圖1

柴油機缸徑180mm，行程280mm，額定功率615kW，轉速1000r/min。柴油機配置氣動起動馬達、woodward液壓調速器，使用船用輕柴油作為燃料。2臺柴油發(fā)電機組為船舶提供400V三相交流電，通過船用變壓器提供220V日常生活用交流電。船舶正常航行時，船舶電網(wǎng)的電能由2臺功率為1000kW的軸帶發(fā)電機提供。軸帶發(fā)電機由2臺推進主機通過其輸出端的增速齒輪驅動。使用軸帶發(fā)電機時，2臺柴油發(fā)電機組停止工作，作為備用電站。軸帶發(fā)電機的運用大大提高了船舶經濟性。船舶還配置了1臺功率為90kW的應急發(fā)電機組，其在船舶電網(wǎng)失電后能自動起動并合閘，為船舶的主要設備及生活設施提供應急電能。船舶錨泊期間，一般使用1臺柴油發(fā)電機組供電，另外1臺備用;當需要使用大功率電器時，第2臺并網(wǎng)供電。作為電站柴油機，必須隨時處于可用狀態(tài)，一旦出現(xiàn)故障將直接影響到船舶安全及生產運營。二、故障現(xiàn)象及排查1、故障現(xiàn)象某日船舶開航前進行主機起動，以保持主機隨時可以進入運行狀態(tài)。主機起動前,電網(wǎng)已由NO.1柴油發(fā)電機組供電;主機起動時，因使用的電氣設備多，需要第2臺柴油發(fā)電機組并網(wǎng)供電，故輪機部人員在機艙控制室遙控起動NO.2發(fā)電機組柴油機，但起動失敗，輪機部人員立即轉至本地進行起動，起動仍然失敗，連續(xù)起動數(shù)次，均未成功。起動過程中，在柴油機飛輪處能觀察到飛輪轉動正常。2、故障排除針對故障模式，輪機部人員開展了故障排查工作。1)檢查起動馬達。首先檢查起動空氣壓力，經檢查，起動空氣壓力均保持在23MPa以上。將起動空氣瓶的壓力提高至30MPa后再起動柴油機，但還是無法起動。該電站柴油機的起動著火轉速為80r/min，起動過程中柴油機的轉速達到80r/min左右。更換新的起動馬達備件后，故障依就存在。這排除了起動馬達及起動轉速低的原因。2)檢查預潤滑油泵。該電站柴油機配備了預潤滑油泵，其在備用狀態(tài)時自動運行，使柴油機處于潤滑狀態(tài)，便于快速起動。柴油機正常起動后，柴油機自帶的機油泵的壓力升高至規(guī)定壓力后，控制系統(tǒng)給出停止信號，預潤滑油泵自動停止運行。如備用時的潤滑油壓力低于設定值0.12MPa，控制系統(tǒng)會給出連鎖信號，禁止柴油機起動。檢查預潤滑壓力，其為0.14MPa，無起動的連鎖信號輸出。3)檢查調速器。柴油機配置woodward液壓調速器，設定的速度信號為1000r/min，其內部配有起動助推系統(tǒng)。在起動過程中，起動助推系統(tǒng)中的控制空氣進人助推氣缸，通過連接機構直接推動調速器輸出桿轉動，增大油門開度。經檢查，起動助推系統(tǒng)工作正常。4)檢查燃油系統(tǒng)。燃油系統(tǒng)中，如果燃油濾清器阻塞或柴油中有空氣或水，會使高壓油泵無法正常供油而導致起動失敗。經檢查，所有柴油濾清器清潔、工作正常;高壓油泵處放氣閥處未發(fā)現(xiàn)有空氣或水。高壓油泵柱塞運動是否正常及噴油定時是否正確直接影響柴油機的正常起動和運行。經檢查高壓油泵底部的凸輪軸，各缸噴油定時符合要求，高壓油泵柱塞運動正常，無卡滯現(xiàn)象。5)檢查缸蓋。進、排氣門工作正常與否直接影響柴油機起動和運行。檢查各缸進、排氣氣門間隙，均符合要求;盤車檢查各缸氣門和搖臂動作，均正常。6）檢查進、排氣系統(tǒng)。進、排氣系統(tǒng)工作異常會直接影響柴油機的正常起動與運行。檢查增壓器的壓氣機及渦輪，均正常，檢查進氣管、排氣管及排煙管的背壓，也均正常。7)檢查各種溫度。經檢查，機艙內環(huán)境溫度為38℃，柴油溫度、潤滑油溫度及冷卻液溫度都比較適合柴油機起動，不存在因環(huán)境溫度低而起動困難的原因。缸高壓油泵齒條刻度，刻度均在3左右，符合要求。但在檢查過程中發(fā)現(xiàn)，氣控油門限制閥（見圖2)的調節(jié)螺母有松動現(xiàn)象。圖2氣控油門限位閥根據(jù)故障現(xiàn)象分析，判斷可能是該氣控油門限制閥的調節(jié)螺母松動，導致起動時高壓油泵供油量未到達合適的起動供油量而造成柴油機起動失敗。三、故障處理重新調整并緊固氣控油門限制閥調節(jié)螺母，本地起動柴油機，一次性起動成功，轉至機艙控制室遙控起動，也一次性起動成功。然后進行多次起動試驗，均成功，徹底排除了故障。該故障處理說明，在故障排查初期走了點彎路，未能及時仔細檢查高壓油泵控制供油量的工作狀態(tài)，耽誤了故障處理的時間。當檢查起動空氣及空氣馬達是正常、且能正常達到柴油機起動著火轉速而排除起動系統(tǒng)故障時，應該要想到18h停車前柴油機運行是正常的，此時應盡快考慮從起動時柴油機是否能正常得到足夠燃油方面著手進行排查。柴油機出現(xiàn)故障時，判斷思路要清晰，應根據(jù)故障現(xiàn)象來判斷最有可能出現(xiàn)的故障點，才能迅速正確地找到故障原因。四、故障原因分析氣控油門限制閥有3個作用:一是在起動過程中，通過內部活塞的移動量來控制油門總桿轉動量，限制起動時高壓油泵供油過多而造成起動時轉速過大;二是在柴油機停車時，通過內部活塞的移動迅速轉動油門總桿來切斷高壓油泵供油，使柴油機停車迅速及時;三是柴油機應急停車控制，運行過程中，某個運行參數(shù)達到設定值會觸發(fā)應急停車電磁閥動作，控制空氣直接進入控制閥，使內部活塞移動來切斷高壓油泵供油。該柴油機的應急停車控制點為:潤滑油壓力低，冷卻液溫度高及柴油機超速。柴油機旁及機艙控制室都有應急停車按鈕,如有應急突發(fā)事件需應急停車時，直接按動按鈕進行停車，按鈕直接控制應急停車電磁閥的動作。氣控油門限制閥結構如圖3所示。圖3氣控油門限制閥結構氣控油門限制閥有2個控制空氣的進口:起動控制空氣進口和停車控制空氣進口。柴油機停機時，停車控制空氣通過停車電磁閥開啟進入，推動下部活塞下移并通過調節(jié)螺母直接推動油門總桿的限位擋塊（見圖2)，直至高壓油門齒條刻度為零處，使高壓油泵供油量為零，柴油機立即停車。柴油機起動時，起動控制空氣通過起動電磁閥開啟進入，推動頂部活塞下移，通過調節(jié)螺栓下移來推動下部活塞下移，最終使調節(jié)螺母下移。調節(jié)螺母向下移動的距離可以通過調整調節(jié)螺栓和調節(jié)螺母來控制。起動時，使調節(jié)螺母向下移動一段距離的作用是，在起動過程中，防止調速器的起動助推器輸出的力矩過大，使得各缸高壓油泵的供油量過大而導致柴油機起動粗暴或超速。合理控制好起動時的高壓油泵供油量，可使起動過程平緩。如果調節(jié)螺母下移距離過大，會導致高壓油泵起動供油時限位塊過早被限位，使油門總桿過早停止轉動，從而使高壓油泵停止進一步增加供油量,導致起動時高壓油泵供油量過小而起動失敗。如果調節(jié)螺母下移距離過小，會導致起動時限位塊延后被限位，使油門總桿轉動角度過大，導致起動時高壓油泵供油過多而造成柴油機起動粗暴。因此，需要根據(jù)說明書給出的L?和L?距離，正確調整這2個距離，使起動時高壓油泵的供油量在一個合適的范圍。從以上分析可以得出結論，當時柴油機出現(xiàn)起動故障時，是因調節(jié)螺母松動，導致其位置下移，從而造成了起動時高壓油泵供油量未達到起動時所需的量,導致柴油機無法著火燃燒而起動失敗。五、起動故障預防及管理根據(jù)故障產生的原因，在平時的管理中，需增加對氣控油門限制閥調節(jié)螺栓及調節(jié)螺母的定期檢查和緊固，確保L?及L?在一個合理的范圍內。為確保柴油機能迅速有效起動，平時管理中還應注意以下幾點:(1)保證燃油的潔凈度,定期進行燃油系統(tǒng)濾清器的清潔或更換;(2)柴油機燃油系統(tǒng)進油管路須保持一定的正壓,防止空氣進入，燃油系統(tǒng)設備保養(yǎng)完成后應及時排氣;(3)保證起動空氣壓力在正常范圍內，確保起動空氣及控制空氣的潔凈度及濕度，以防止對起動系統(tǒng)的設備造成損傷;(4）定期對起動馬達、起動分配器等零部件進行保養(yǎng)，保持完好狀態(tài);(5)定期對燃油系統(tǒng)零部件進行保養(yǎng)，確保噴油器開啟壓力及霧