主机遥控系统故障分析与模拟仿真

收稿日期：2 01 1- 0 4- 20 作者简介：朱天杰（1 98 8- ）男，山东烟台人，浙江海洋学院海运学院，研究方向主轮机自动化。
龚雅萍（1 96 9 -），女，浙江慈溪人，浙江海洋学院海运学院高级实验师，硕士，研究方向为机械自动化及动 态仿真。 袁 强（1 97 8- ），男，江苏丰县人，浙江海洋学院海运学院讲师，硕士，研究方向为轮机自动化及动态仿真。 基金项目：项目来源于 2 01 0 年浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）立项项目，项目编号：2 0 10 R4 11 0 24 。
图 3 故障 1 故障部位示意图 2．“正、倒车 起动不顺畅，出现间歇换 向故障”故障分 析与排除 故障发生后， 轮机员现场对故障进行查看 ，判断导致故 障的可能原因有二：一是控制换向装置的控制空气压力不足， 造成控制不稳定，从而导致正、倒车换向时而正常时而故障； 二是，主机换 向回路的相关装置部件故障 ，导致主机换向时 而正常时而故障。 通过查看控制 空气回路上的相关压力表， 发现各项示数 均在正常范围 之内，故排除控制空气压力 不足而导致此故障 产生的可能。 接下来，对主机换向回路的 相关装置部件进行 逐一检查。为利于检查时方便高效，使阀 1 0 0 动作，将集控 室遥控控制切换到机旁控制。此时，手动二位三通阀 1 02 动 作，位于停车 位置，同时将换向手柄拉至 正车位，按理论换 向气流流经路线，依次检查阀 10 3→阀 10 4 →阀 10 5（下位 为正车位）→阀 2 9 →阀 10 ，发现以上各阀均工作正常，控 制气流可到达正车换向阀 1 0，说明正车换向阀 10 以上控制 空气回路正常 。通过正车换向阀的气流分 为两路，一路到达 分配器换向气缸 5 7，完成空气分配器换向，另一路则分至各 缸高压油泵的换向气缸 1 3，将燃油凸轮推至正车位。检查发 现高压油泵换向气缸 1 3 有气，可以完成下一步动作，而分 配器换向气缸 5 7 没有气，不能完成空气分配器换向，说明 正、倒车起动连锁机构处于非正常工作状态。将阀 1 4 和阀 1 5 进行拆解，发现阀 14 由于长期工作，导致内部的“O” 形密封圈密封失效，导致阀 1 4 有时工作正常，有时故障，
从而引发 正、倒车换向不顺畅，在更换 相关阀件后，重新进 行多次换向操作，均正常，故障得以排除。
四、故障模拟 轮机模 拟器可以使学员更加容易的了 解和应对相关轮机 故障，利 用校内的轮机模拟器对上述故 障进行模拟。实验采 用 WM S 20 04 型轮机模拟器，该模拟器 模拟船型为载重量 6 80 0 0 吨大型集装箱船，母型船总长 2 79 .9m ，型宽 40 .3m ， 型深 24 .1m ，航速 26 节，续航力 2 1,0 00 海里，采用 MAN B &W 12 K9 0M C- C 大型低速船用柴油机。 在进行故障设置时，发现轮机模拟器不能对故障 1 中空 气分配器 与缸头起动阀之间管路堵塞情 况进行故障模拟，同 时，也不能模拟故障 2 中阀 1 4 的机械部件故障，为完成本 实验的故障模拟计划，决定对所要模拟的故障进行适当放大， 在达到该 轮机模拟器故障设置范围后， 再进行故障模拟。将 故障 1 的故障放大为阀 2 6 与缸头起动阀之间的控制气路均 不通，即阀 26 不能导通，将故障 2 中的故障 放大为阀 14 完 全不能导通，然后在轮机模拟器上进行故障模拟。 首先， 打开轮机模拟器控制计算机中 的“大型数值计算 与仿真引擎”，点击“教练员”菜单，点击“故障管理与设置” 选项，打开轮机模拟器的“故障库”，完成故障模拟准备工作。 接下来，对故障 1 进行故障模拟。在“故障库”中查找出“主 机气动遥控系统”中的“起动单元”，点击“VALVE 2 6 F AIL”， 将故障提交到右侧的“故障页”，提交完成后点击“故障页” 中“VALVE 26 F AIL”，单击“设置”选项，完成故障设置。 故障设置 完成后，在轮机模拟器上进行 正车起动操作，车钟 拉至“前进三”，发现无法完成正车起动动作，无报警现象， “控制面板”显示“VALVE 26 无法切换到右位”，至此故障 1 模拟完成。在轮机模拟器上对故障 2 进行故障设置时，不 同于故障 1 故障设置的只是该故障在“故障库”故障保存位 置由“起动单元”转换成“换向单元”，将“VALVE2 6 F AIL” 转换为“VALVE 14 FAIL”，其余操作基本相同。故障 2 设 置完成后 ，进行由正车→倒车换向操作 ，发现主机不能完成 换向动作，无报警，“控制面板”显示“VALVE 14 无法切换 到下位”，完成故障 2 模拟。 在对上 述两例故障进行轮机模拟器故 障模拟后发现，该 模拟器有 其局限性。首先，该模拟器不 能将阀件的机械故障 进行模拟，例如阀 14 的密封圈老化导致密封不良的故障不 能设置。 其次，该模拟器主机遥控气动 系统图较实船的同类 型主机遥 控气动系统图简化，由此造成 某些具体故障不能设 置，例如 空气分配器换向气缸的故障不 能设置。再次，该模 拟器故障 设置点、监控点较少，相对于 船舶实际运行中的各 种各样的故障，此模拟器中“故障库”中只存有 4 00 余项模 拟故障，应结合船舶实际运行中的故障丰富“故障库”。 五、结束语 建议轮 机模拟器的开发部门，针对上 述提出的模拟器的 局限性， 进一步完善轮机模拟器的功能 设置，以便利于教学 实际中的应用。 参考文献 [1] 李世陈．轮机自动化[M]．大连海事大学出版社，2008． [2] 万曼影．轮机自动化[M ].上海交通大学出版社真，并探讨轮机器模拟器的局限性。
关键词：主机遥控系统；起动故障；换向故障；气缸起动阀
中图分类号：U664. 1
文献标识码：A
文章编号：1006- 7973（2011）07- 0076- 02
一、引言 某轮主机型号为 M AN B &W 6S 6 0M CE 船舶柴油机， 主机遥控系统采用 M AN B &W K90 MC - C 型主机遥控系统， 此遥控系统为 气——电结合式主机遥控操 纵系统，可实现驾 驶台遥控、集控室遥控、机旁应急操纵控制，由遥控操纵台、 遥控装置、测 速装置、遥控执行机构与机 旁操纵系统、安全 保护装置五大 部分组成。本文将着重介绍 此轮上发生过的主 机遥控系统故障及故障排除分析两例。 二、故障现象描述 1．主机不能起动 某轮主机型号为 M AN B &W 6S 6 0M CE 船舶柴油机， 在轮机管理人 员进行主机起动操作前，该 轮曾长期停靠于码 头，有近三年 时间处于非营运状态，船舶 主机长期不运转。 轮机部门在接 到正车起动命令后，按操作 规程进行主机起动 操纵，但主机 首次起动失败，多次进行主 机起动操作后，主 机仍起动不成功，并发现主机未出现冲缸现象。 2．正、倒车起动不顺畅，出现间歇换向故障 该轮在解决主 机起动不成功故障投入运营 后，在某港进 行进港前机动 换向检查时，发现正、倒车 起动不顺畅，有时 能正常进行换 向操纵，有时则出现不能正 常换向。主机不能 正常换向，严 重妨碍了该轮按期进港，对 船舶安全生产产生 严重威胁。
第7期
朱天杰等：主机遥控系统故障分析与模拟仿真
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排除前两项故 障可能原因后，开始对第三 条可能原因进 行验证，对控 制空气回路进行检查。第一 步，检查控制空气 压力是否正常 。在查看控制空气回路上的 压力表后，控制空 气压力达到标 准，控制空气压力正常。第 二步，因为进行正 常起动前备车 操作时，需要脱开盘车机， 所以对盘车机构进 行检查。检查 后发现，盘车机工作正常， 盘车机构脱开。第 三步，检查控 制空气回路是否正常，能否 使主机起动过程中 的有关各阀准确动作。为使检查更加方便高效，使阀 1 00 动 作，将集控室 遥控控制改为机旁控制。按 照主机起动时控制 空气气流经流方向，依次检查阀 1 01 →阀 3 1→阀 3 3 →阀 27 →阀 2 6，检查发现各阀均能正常工作，起动空气回路正常， 控制空气回路 在空气分配器及其以上各阀 件均正常且回路可 导通。进一步 分析主机起动不成功原因， 认为控制空气未能 到达各缸头起 动阀或者各缸头起动阀均故 障不受控制空气控 制。通过对缸 头起动阀拆解和盘车发现， 各气缸缸头起动阀 机械结构完整 ，均可正常工作，但从空气 分配器送出的控制 空气均不能到 达各缸头起动阀，断定连接 空气分配器和各气 缸缸头起动阀 之间的管路堵塞，拆下疏通 此段管路并重新安 装好后，进行正车起动，正车起动成功，故障得以排除。
图 1 起动控制气路图
图 2 换向气路图
三、故障分析与排除 1．“主机不能起动”故障分析与排除 在多次 起动主机仍不成功后，轮机员 发现在进行主机起 动时，主机无冲缸现象。考虑到各缸活塞位置均未发生移动， 可以断定 主机起动气流未到达各气缸， 从而引发主机起动不 成功。从 故障现象，可初步判断引起主 机起动不成功的可能 原因有三 点：一是，主起动空气压力不 足，不能够推动各缸 活塞运动 ；二是主起动空气回路故障， 主起动空气未到达各 气缸的起 动阀等待；三是，控制空气回 路故障，未能使主机 起动过程 中的有关各阀动作，从而导致 主起动空气未能准确 到达预设位置。 首先， 检查主起动空气压力。通过查 看起动空气回路上 的压力表 ，发现起动空气回路各部位压 力正常，起动空气进 入主起动阀前压力为 0.3 MP a ，达到主机起动所需起动空气 压力，故 排除主起动空气压力不足而导 致主机起动不成功的 可能。接 下来，检查主起动空气是否到 达各气缸的起动阀等 待动作。拆开各 气缸的起动阀进口，按气缸起动发火顺序 1 →5 →3→6 →2 →4 进行盘车，依次使各气缸分别处于压缩冲 程位置。 当某气缸处于压缩冲程位置时 ，此时该气缸内活塞 处于高位 ，观察到有气体通过缸头起动 阀进口，说明主起动 空气回路未发生故障。
第 11 卷 第 7 期 2011 年 7 月
中国水运 Chi na Wat er Tr a ns por t
Vol . 11 J ul y
No. 7 2011
主机遥控系统故障分析与模拟仿真
朱天杰，龚雅萍，袁 强
（浙江海洋学院 海运学院，浙江 舟山 316000）