一例船舶发电柴油机并车故障的分析及修复
第８卷第１期２００９年３月
南通航运职业技术学院学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＮｌ’ＯＮＧＶＯＣＡＴｌ０ＮＡＬ＆ＴＥＣＨＮＩＣＡＬＳＨＩＰＰＩＮＧＣＯＬＬＥＧＥ
Ｖ０１．８Ｎｏ．１
Ｍａｒ．２００９
一例船舶发电柴油机并车故障的分析及修复
陈豪。黄云头
（江苏海事局船员考试中心，江苏南京２１０００９）
摘要：文章介绍了一例船舶发电机发生并车故障时的具体情况，分析了产生故障的原因，并提出了具体的修复方法和改进措施．
关键词：船舶发电机；并车故障；机械调速器；稳定调速率
中图分类号：Ｕ６６４．１２１文献标识码：Ａ文章编号：１６７１．９８９１（２００９｝０１—００６３－０４
近年来，越来越多的船舶的柴油发电机，均装有比较先进的液压调速器，但是，还有相当多的老船舶仍然使用着机械调速器，调速器的性能好坏，对发电机的工作有很大的影响，本文主要就这方面问题进行探讨。
１故障现象
机械调速器虽然结构简单、价格低廉，但是，随着使用时间的增长，零部件的磨损，再加上维护不利，经常会出现故障。众所周知，由于两台柴油机的调速率不一致，使得机组并联运行后出现异常现象的情况，在船舶柴油机调速器中是经常会发现的。笔者在某轮工作时，就遇到了这样的情况。
该轮电站４００ＫＶＡ，由两台柴油机带动，两台２００ＫＶＡ的三相交流发电机供电。柴油机是１９８１年由日本制造的，型号ＹＡＮＭＡＲ６ＭＡＬ，是６缸四冲程直接喷射式柴油机，转速９００ＲＰＭ，发电机电压４４０Ｖ，频率６０Ｈｚ，功率因数０．８，每机可输出有功功率１６０ＫＷ。由于功率不大，因此它的原动机是采用机械调速器来进行调速的，由于多年的运转，调速器中零部件的磨损，以及其它一些原因，造成了两台柴油机的机械调速器的稳定调速率不一致。因为这种调速器的静差率是不可调的，它们单独运行时，基本上还能满足要求。而并联运行时，则经常出现问题。２００７年ｌＯ月８日上午在码头，船上四台起货机马达全部起动运行。因为起货机是液压的，马达主要是带动油泵运行，所以负荷还是比较平稳的。当值班人员根据负载的情况，使两台发电机并联运行，并调节伺服开关，使两机输出功率相等，这时输出功率比较大，电站运行正常。四个小时后，工人把起货机马达全部停止运行，不久，１号发电机自动跳闸，脱离电网，但是１号发电机的原动机仍继续运转。仔细检查现场，ｌ号柴油机各项仪表参数正常，逆功率继电器已经动作。询问当值人员，两台柴油机当时没有人动过，配电板及伺服开关也没有人动过，这就排除了人为因素。因为柴油机跳闸后仍能运转，也排除了滑油低压保护装置或超速保护装置动作的情况，因为如果它们动作的话会使柴油机停车。停车后拆开检查未发现异常，装复后运转正常，下午继续使用也没发现问题，后来船舶出港时，两机并车后不久又出现了１号机跳闸的情况，和上次跳闸情况相似，都是在几个大泵浦电动机关闭后出现的。这样的现象后来还发生过多次。因为其它方面找不出什么问题，所以故障原因暂不清楚。
为了查找故障原因，笔者根据跳闸情况进行了模拟试验。首先使两机并联运行，并起动所有的大功率电动机，这时每台发电机组大约承担７５％的功率，调整频率到标准频率，并使功率均分，然后逐一关闭电动机，即减小总负载，继而发现频率在上升，有功功率在减小，而１号机的有功功率减小得比２号机快，最后１号机功率指示接近于零，再关闭一电动机，就发生了跳闸。在仔细分析后，断定跳闸故障是由于两机的调速特性不
收稿日期：２００８＿０３—２３
作者简介：陈豪（１９７０一），男，江苏海门人，江苏海事局船员考试中心甲类轮机长。
南通航运职业技术学院学报２００９定
一致而造成的。
２故障处理
为了避免发生跳闸，值到人员要根据负载情况经常进行人工调节，始终使两机输出功率相同。但这很难做到，因为负载的变化通常是无规律的，值班人员不可能始终盯在配电板看两机的功率分配情况。另一个方法就是设法使两机的稳定调速率相等。改变调速器弹簧的刚度能改变调速器的稳定调速率。因为从空车到全负载油量调节杆移动的距离是一定的，与它相连的调速器滑套移动的距离也是一定的。弹簧刚度越大，滑套移动一定距离时，弹簧力的变化量越大，与其相平衡的飞铁离心力改变的越多，转速差就越大。因此改变弹簧的刚度可以使稳定调速率变化，但是在船上要制作一定刚度和尺寸的弹簧是很难办到的，所以调换弹簧有一定的困难。而从调速器的扛杆、拉杆方面考虑，却有一比较容易的调节方法，图１是某轮调速器的杠杆、拉杆机构简图。原先杠杆输出支点在Ａ点，现经过适当的加工和改动，把支点调到Ｂ点。这样一来实际上就是把滑套的位移进行了放大，滑套较小的移动能引起拉杆较大幅度的动作。这样，从空载到满载，拉杆移动的距离不变，而与相连的滑套移动距离将比原来小，弹簧力的变化量也减小，与其平衡的飞铁离心力改变量也减小，转速差就变小。使稳定调速率调小了，调速特性比原先平坦了。
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图ｌ调速器的杠杆、拉杆机构简图
鉴于上述原理，我们对该船发电柴油机的调速器进行了改动，改动后的检测数据如表ｌ所示。
表ｌ调速器改动前后测试特性表
由表ｌ可见，说明调速器经改动后，负荷变化时发电原动机的转速变化明显减小，说明稳定调速率明显减小，但不灵敏度有所增加。【１１
３故障处理后产生的不利因素分析
调速器经过以上的改动处理，两机并联运行的工况得到了改善。但是２号柴油机单独运行时，不灵敏度有所增大，并且稳定时间稍有延长。经实地研究分析发现，这是由于杠杆，拉杆、油泵齿杆等零件运动时的摩擦阻力造成的。因改动前后其它零件没有动，排除它们的影响。只有各运动杆件会产生影响。各杆件受力时会产生静摩擦力，运动时会产生动摩擦力，静摩擦力大于动摩擦力，这个差异对调速器性能影响很大。在转速刚开始变化时，齿杆静止；当转速变化后，齿杆将受到力的作用；当推力大于齿杆的静摩擦力时，齿杆才动作。它的运动阻力由静摩擦力突然减小到动摩擦力，使齿杆突然产生一个位移。同时与其对应的飞铁或弹簧产生的推力突然减小，直到等于动摩擦力时才相对稳定，最后推力小于动摩擦力，齿杆停止运动，接着重复发生上述动作。可见齿杆的运动是不连续的抖动，因而引起转速的不稳定，严重时可引起周期性的波动。杠杆机构改
第１期陈豪，黄云头：一例船舶发电柴油机并车故障的分析及修复
动后把齿杆的静动摩擦力的差异更放大了，从滑套端看摩擦力：
Ｆ滑套静＝Ｋｘｆ齿杆静（１）
（其中ｆ齿杆静为齿杆静摩擦力，Ｆ滑套静为传到滑套的静摩擦阻力）
Ｆ滑套动＝Ｋｘｆ齿杆动．（２）
（其中ｆ齿杆动为齿杆动摩擦力，Ｆ滑薹动为传到滑套的动摩擦阻力）
Ｋ为齿杆到滑套力的放大系数，Ｋ＝ＬｇＬ。（３）
（Ｌ２为支点到套筒中心线的距离，Ｌ。为支点到Ａ的距离）
动、静摩擦力的差异：ＡＦ套＿Ｆ滑套静－Ｆ滑套动＝Ｋ（ｆ齿杆静．ｆ齿杆动）＝ＫＡｆ齿杆（４）
（ＡＦ套为套筒的静动摩擦力差值，△ｆ齿杆为齿杠静动摩擦力差值）
改动后的（△ｆ齿杆）即齿杆的静、功摩擦力的差异没变，而Ｋ增大了，所以△Ｆ滑套也增大，这就使得调速器的不灵敏区变大，波动幅度增大，波动时间延长。［２１
我们也可以把调速器作为一个闭环的控制系统来分析，其方案如图２所示。
ｉ干扰（负载）
ｌ
Ｅ铁
图２反馈控制系统传递方框图
从图２中可以看出，当外负载变化时。柴油机转速发生变化。测量机构飞铁测出后与给定机构比较，使滑套产生相应的移动，通过放大机构使油门齿杆移动，改变油门的开度，从而阻止柴油机转速变化。由于调速器和油量调节机构有阻力和惯性，只有当测量机构的离心力和弹簧压力差值达到一定时，才能克服惯性力和阻力，使供油量发生变化。调速器经改动后，把放大机构的放大系数增大了，同时把阻力也放大了，测量机构的离心力和弹簧压力的差值只有更大，才能克服阻力使调节机构动作，这就是不灵敏区增大的原因。由于不灵敏区增大，使得油量调节机构刚开始动作时的输入量就偏大，再加上放大机构的放大系数增大，容易使油门齿杆移动过量。另外柴油机本身具有一定的ｍ慢性”，调油动作开始后柴油机需要一定的时间才能使转速变动到新的稳定值。这个时间上的延迟，也容易使油门调节过量。所有这些因素的影响，都会使柴油机转速波动幅度增大、时间延长，容易产生振荡。某轮出现的现象，也就是这样的原因引起的，这也是机械调速器经改动后产生的不利影响。为此，我们对所有传动杆件进行了清洁、修理、润滑等工作，并且单独用一个细弹簧套在拉杆上，拉动弹簧测试齿杆运动时的抖动情况发现：修整后抖动大大减小了，最后装复试车，测定转速不灵敏度￡ｓ１．４％，符合规定要求，至此全部问题才算解决了。
综上所述，如果采用改变弹簧刚度的方法来调节稳定调速率，因为杠杆比例不变对阻力没有放大，所以不灵敏区就不会增大，系统的稳定性也较好，因此改变杠杆比例没有改变弹簧刚度的方法好。但是在没有弹簧的情况下，只要调节范围不太大，并且采取适当的措施，尽量减小调节机构的阻力，改变杠杆比例的方法，也可以得到满意的效果。而且此法简单易行，一般在船上也是容易做的，只要平时对传动杠杆件多注意润滑，减小摩擦力的影响，就可消弱不利的因素，使不灵区限制在规定的范围。翻
４几点建议
目前，使用机械调速器的柴油机还是比较多的。随着使用时间的增加，零件的磨损等因素，调速器的调速特性肯定会有所变化。这对并联运行的机组影响较大。所以建议生产部门在制造时考虑到这一问题，在调速器的传动杆件上增加一些可调节的活络环节，比如图３中，支点Ａ到Ｂ点做成可连续调节，或Ｃ、Ｄ连接点之间做成可连续调节，这样管理人员就可以根据实际情况，在适当的范围内对稳定调速率进行调节，以适应需要。这一点对生产部门来说，并不困难，而且对整个调速器的结构复杂性也没有增加多少，对船上来说则提供了很大的方便。再者也可多备几个刚度不同的弹簧进行调节。如果这个问题能够解决，船上电气设备的安
南通航运职业技术学院学报２００９年
全就可以保证，船舶的安全性、可靠性就会大大提高，这对提高船舶的经济效益，充分发挥运输船舶的生产潜力都有很大意义。
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一杠！Ｆ
］图３调速器改进示意图
参考文献：
【ｌ】昊恒．船舶动力装置技术管理【Ｍ】．大连：大连海事大学出版社，１９９９．
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【３】傅克阳．主推进动力装置［Ｍ】．北京：人民交通出版社，２０００．
巴
ＡＣａｓｅＳｔｕｄｙｏｆＦａｉｌｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＭａｉｎｔｅｎａｎｃｅｏｆＰａｒａｌｌｅｌＬｏｃｏｍｏｔｉｖｅｏｆＳｈｉｐｐｉｎｇＤｉｅｓｅｌ－ｄｒｉｖｅｎＧｅｎｅｒａｔｏｒ
ＣＨＥＮＨａｏ，ＨＵＡＮＧＹｕｎ－ｔｏｕ
（Ｓｅ锄ｅｎＥｘａｍＣｅｎｔｅｒ，ＪｉａｎｇｓｕＭａｒｉｔｉｍｅＢｕｒｅａｕ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｍａｋｅｓａｌｌｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏａｆａｉｌｕｒｅｃａｓｅｏｆｐａｒａｌｌｅｌｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｏｆｓｈｉｐｐｉｎｇｄｉｅｓｅｌ—ｄｒｉｖｅｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ａｎａｌｙｚｅｓ
ｉｔｓｒｅａｓｏｎｓａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｍｅａｓｕｒｅｓｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇｉｔｓｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔａｓｗｅｌｌ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｈｉｐｐｉｎｇｄｉｅｓｅｌ－ｄｒｉｖｅｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ；Ｐａｒａｌｌｅｌｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｆａｉｌｕｒｅ；Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｇｏｖｅｒｎｏｒ；Ｓｔａｂｉｌｉｔｙｇｏｖｅｒｎｏｒｒａｔｅ
一例船舶发电柴油机并车故障的分析及修复
作者：陈豪， 黄云头， CHEN Hao， HUANG Yun-tou
作者单位：江苏海事局,船员考试中心,江苏,南京,210009
刊名：
南通航运职业技术学院学报
英文刊名：JOURNAL OF NANTONG VOCATIONAL & TECHNICAL SHPPING COLLEGE
年，卷(期)：2009，8(1)
引用次数：0次
参考文献(3条)
1.吴恒船舶动力装置技术管理 1999
2.钱耀南船舶柴油机 1998
3.傅克阳主推进动力装置 2000
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