一起柴油機(jī)起動(dòng)故障分析及處理

20世紀(jì)50年代起，中高速柴油機(jī)開始應(yīng)用于船舶電站。相比陸用柴油機(jī)，船用電站柴油機(jī)運(yùn)行環(huán)境惡劣，起動(dòng)、停機(jī)頻繁，對(duì)電站柴油機(jī)的可靠性提出更高要求。本文通過對(duì)一次船舶電站柴油機(jī)起動(dòng)故障的分析及處理，闡述如何排除船用柴油機(jī)起動(dòng)故障及船用柴油機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)的管理要點(diǎn),供同仁參考。一、設(shè)備簡介某船舶配備2臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組。機(jī)組發(fā)動(dòng)機(jī)為直列、水冷、渦輪增壓6缸數(shù)柴油機(jī)，型號(hào)為YANMAR6N18(A）L-V(見圖1)。圖1

柴油機(jī)缸徑180mm，行程280mm，額定功率615kW，轉(zhuǎn)速1000r/min。柴油機(jī)配置氣動(dòng)起動(dòng)馬達(dá)、woodward液壓調(diào)速器，使用船用輕柴油作為燃料。2臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)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(shí)，船舶電網(wǎng)的電能由2臺(tái)功率為1000kW的軸帶發(fā)電機(jī)提供。軸帶發(fā)電機(jī)由2臺(tái)推進(jìn)主機(jī)通過其輸出端的增速齒輪驅(qū)動(dòng)。使用軸帶發(fā)電機(jī)時(shí)，2臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組停止工作，作為備用電站。軸帶發(fā)電機(jī)的運(yùn)用大大提高了船舶經(jīng)濟(jì)性。船舶還配置了1臺(tái)功率為90kW的應(yīng)急發(fā)電機(jī)組，其在船舶電網(wǎng)失電后能自動(dòng)起動(dòng)并合閘，為船舶的主要設(shè)備及生活設(shè)施提供應(yīng)急電能。船舶錨泊期間，一般使用1臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組供電，另外1臺(tái)備用;當(dāng)需要使用大功率電器時(shí)，第2臺(tái)并網(wǎng)供電。作為電站柴油機(jī)，必須隨時(shí)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(chǎn)運(yùn)營。二、故障現(xiàn)象及排查1、故障現(xiàn)象某日船舶開航前進(jìn)行主機(jī)起動(dòng)，以保持主機(jī)隨時(shí)可以進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。主機(jī)起動(dòng)前,電網(wǎng)已由NO.1柴油發(fā)電機(jī)組供電;主機(jī)起動(dòng)時(shí)，因使用的電氣設(shè)備多，需要第2臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)供電，故輪機(jī)部人員在機(jī)艙控制室遙控起動(dòng)NO.2發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)，但起動(dòng)失敗，輪機(jī)部人員立即轉(zhuǎn)至本地進(jìn)行起動(dòng)，起動(dòng)仍然失敗，連續(xù)起動(dòng)數(shù)次，均未成功。起動(dòng)過程中，在柴油機(jī)飛輪處能觀察到飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)正常。2、故障排除針對(duì)故障模式，輪機(jī)部人員開展了故障排查工作。1)檢查起動(dòng)馬達(dá)。首先檢查起動(dòng)空氣壓力，經(jīng)檢查，起動(dòng)空氣壓力均保持在23MPa以上。將起動(dòng)空氣瓶的壓力提高至30MPa后再起動(dòng)柴油機(jī)，但還是無法起動(dòng)。該電站柴油機(jī)的起動(dòng)著火轉(zhuǎn)速為80r/min，起動(dòng)過程中柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到80r/min左右。更換新的起動(dòng)馬達(dá)備件后，故障依就存在。這排除了起動(dòng)馬達(dá)及起動(dòng)轉(zhuǎn)速低的原因。2)檢查預(yù)潤滑油泵。該電站柴油機(jī)配備了預(yù)潤滑油泵，其在備用狀態(tài)時(shí)自動(dòng)運(yùn)行，使柴油機(jī)處于潤滑狀態(tài)，便于快速起動(dòng)。柴油機(jī)正常起動(dòng)后，柴油機(jī)自帶的機(jī)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(hào)，預(yù)潤滑油泵自動(dòng)停止運(yùn)行。如備用時(shí)的潤滑油壓力低于設(shè)定值0.12MPa，控制系統(tǒng)會(huì)給出連鎖信號(hào)，禁止柴油機(jī)起動(dòng)。檢查預(yù)潤滑壓力，其為0.14MPa，無起動(dòng)的連鎖信號(hào)輸出。3)檢查調(diào)速器。柴油機(jī)配置woodward液壓調(diào)速器，設(shè)定的速度信號(hào)為1000r/min，其內(nèi)部配有起動(dòng)助推系統(tǒng)。在起動(dòng)過程中，起動(dòng)助推系統(tǒng)中的控制空氣進(jìn)人助推氣缸，通過連接機(jī)構(gòu)直接推動(dòng)調(diào)速器輸出桿轉(zhuǎn)動(dòng)，增大油門開度。經(jīng)檢查，起動(dòng)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(huì)使高壓油泵無法正常供油而導(dǎo)致起動(dòng)失敗。經(jīng)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(yùn)動(dòng)是否正常及噴油定時(shí)是否正確直接影響柴油機(jī)的正常起動(dòng)和運(yùn)行。經(jīng)檢查高壓油泵底部的凸輪軸，各缸噴油定時(shí)符合要求，高壓油泵柱塞運(yùn)動(dòng)正常，無卡滯現(xiàn)象。5)檢查缸蓋。進(jìn)、排氣門工作正常與否直接影響柴油機(jī)起動(dòng)和運(yùn)行。檢查各缸進(jìn)、排氣氣門間隙，均符合要求;盤車檢查各缸氣門和搖臂動(dòng)作，均正常。6）檢查進(jìn)、排氣系統(tǒng)。進(jìn)、排氣系統(tǒng)工作異常會(huì)直接影響柴油機(jī)的正常起動(dòng)與運(yùn)行。檢查增壓器的壓氣機(jī)及渦輪，均正常，檢查進(jìn)氣管、排氣管及排煙管的背壓，也均正常。7)檢查各種溫度。經(jīng)檢查，機(jī)艙內(nèi)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(jī)起動(dòng)，不存在因環(huán)境溫度低而起動(dòng)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(diào)節(jié)螺母有松動(dòng)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(diào)節(jié)螺母松動(dòng)，導(dǎo)致起動(dòng)時(shí)高壓油泵供油量未到達(dá)合適的起動(dòng)供油量而造成柴油機(jī)起動(dòng)失敗。三、故障處理重新調(diào)整并緊固氣控油門限制閥調(diào)節(jié)螺母，本地起動(dòng)柴油機(jī)，一次性起動(dòng)成功，轉(zhuǎn)至機(jī)艙控制室遙控起動(dòng)，也一次性起動(dòng)成功。然后進(jìn)行多次起動(dòng)試驗(yàn)，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(diǎn)彎路，未能及時(shí)仔細(xì)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(shí)間。當(dāng)檢查起動(dòng)空氣及空氣馬達(dá)是正常、且能正常達(dá)到柴油機(jī)起動(dòng)著火轉(zhuǎn)速而排除起動(dòng)系統(tǒng)故障時(shí)，應(yīng)該要想到18h停車前柴油機(jī)運(yùn)行是正常的，此時(shí)應(yīng)盡快考慮從起動(dòng)時(shí)柴油機(jī)是否能正常得到足夠燃油方面著手進(jìn)行排查。柴油機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，判斷思路要清晰，應(yīng)根據(jù)故障現(xiàn)象來判斷最有可能出現(xiàn)的故障點(diǎn)，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(gè)作用:一是在起動(dòng)過程中，通過內(nèi)部活塞的移動(dòng)量來控制油門總桿轉(zhuǎn)動(dòng)量，限制起動(dòng)時(shí)高壓油泵供油過多而造成起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速過大;二是在柴油機(jī)停車時(shí)，通過內(nèi)部活塞的移動(dòng)迅速轉(zhuǎn)動(dòng)油門總桿來切斷高壓油泵供油，使柴油機(jī)停車迅速及時(shí);三是柴油機(jī)應(yīng)急停車控制，運(yùn)行過程中，某個(gè)運(yùn)行參數(shù)達(dá)到設(shè)定值會(huì)觸發(fā)應(yīng)急停車電磁閥動(dòng)作，控制空氣直接進(jìn)入控制閥，使內(nèi)部活塞移動(dòng)來切斷高壓油泵供油。該柴油機(jī)的應(yīng)急停車控制點(diǎn)為:潤滑油壓力低，冷卻液溫度高及柴油機(jī)超速。柴油機(jī)旁及機(jī)艙控制室都有應(yīng)急停車按鈕,如有應(yīng)急突發(fā)事件需應(yīng)急停車時(shí)，直接按動(dòng)按鈕進(jìn)行停車，按鈕直接控制應(yīng)急停車電磁閥的動(dòng)作。氣控油門限制閥結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3氣控油門限制閥結(jié)構(gòu)氣控油門限制閥有2個(gè)控制空氣的進(jìn)口:起動(dòng)控制空氣進(jìn)口和停車控制空氣進(jìn)口。柴油機(jī)停機(jī)時(shí)，停車控制空氣通過停車電磁閥開啟進(jìn)入，推動(dòng)下部活塞下移并通過調(diào)節(jié)螺母直接推動(dòng)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(jī)立即停車。柴油機(jī)起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)控制空氣通過起動(dòng)電磁閥開啟進(jìn)入，推動(dòng)頂部活塞下移，通過調(diào)節(jié)螺栓下移來推動(dòng)下部活塞下移，最終使調(diào)節(jié)螺母下移。調(diào)節(jié)螺母向下移動(dòng)的距離可以通過調(diào)整調(diào)節(jié)螺栓和調(diào)節(jié)螺母來控制。起動(dòng)時(shí)，使調(diào)節(jié)螺母向下移動(dòng)一段距離的作用是，在起動(dòng)過程中，防止調(diào)速器的起動(dòng)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(dǎo)致柴油機(jī)起動(dòng)粗暴或超速。合理控制好起動(dòng)時(shí)的高壓油泵供油量，可使起動(dòng)過程平緩。如果調(diào)節(jié)螺母下移距離過大，會(huì)導(dǎo)致高壓油泵起動(dòng)供油時(shí)限位塊過早被限位，使油門總桿過早停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使高壓油泵停止進(jìn)一步增加供油量,導(dǎo)致起動(dòng)時(shí)高壓油泵供油量過小而起動(dòng)失敗。如果調(diào)節(jié)螺母下移距離過小，會(huì)導(dǎo)致起動(dòng)時(shí)限位塊延后被限位，使油門總桿轉(zhuǎn)動(dòng)角度過大，導(dǎo)致起動(dòng)時(shí)高壓油泵供油過多而造成柴油機(jī)起動(dòng)粗暴。因此，需要根據(jù)說明書給出的L?和L?距離，正確調(diào)整這2個(gè)距離，使起動(dòng)時(shí)高壓油泵的供油量在一個(gè)合適的范圍。從以上分析可以得出結(jié)論，當(dāng)時(shí)柴油機(jī)出現(xiàn)起動(dòng)故障時(shí)，是因調(diào)節(jié)螺母松動(dòng)，導(dǎo)致其位置下移，從而造成了起動(dòng)時(shí)高壓油泵供油量未達(dá)到起動(dòng)時(shí)所需的量,導(dǎo)致柴油機(jī)無法著火燃燒而起動(dòng)失敗。五、起動(dòng)故障預(yù)防及管理根據(jù)故障產(chǎn)生的原因，在平時(shí)的管理中，需增加對(duì)氣控油門限制閥調(diào)節(jié)螺栓及調(diào)節(jié)螺母的定期檢查和緊固，確保L?及L?在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。為確保柴油機(jī)能迅速有效起動(dòng)，平時(shí)管理中還應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)保證燃油的潔凈度,定期進(jìn)行燃油系統(tǒng)濾清器的清潔或更換;(2)柴油機(jī)燃油系統(tǒng)進(jìn)油管路須保持一定的正壓,防止空氣進(jìn)入，燃油系統(tǒng)設(shè)備保養(yǎng)完成后應(yīng)及時(shí)排氣;(3)保證起動(dòng)空氣壓力在正常范圍內(nèi)，確保起動(dòng)空氣及控制空氣的潔凈度及濕度，以防止對(duì)起動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)備造成損傷;(4）定期對(duì)起動(dòng)馬達(dá)、起動(dòng)分配器等零部件進(jìn)行保養(yǎng)，保持完好狀態(tài);(5)定期對(duì)燃油系統(tǒng)零部件進(jìn)行保養(yǎng)，確保噴油器開啟壓力及霧