某船主机进三工况下转速异常故障排除

1 故障现象

某船出海航行时，主机在遥控进三（1 630 r/min）工况下运行一段时间后突然出现转速异常下降，当转速降到800 r/min 时主机脱排，随后主机转速开始上升并有飞车的趋势，船员迅速使用紧急停车将主机停机。经过静态检查未发现异常后，将主机在机旁启动并进行空车运转试验，一切正常。随后，将主机控制权转至遥控状态，当主机由空车工况转至进一工况时主机异常停机。再次试验结果为主机进一、进二工况正常，进三工况时主机转速无法加至额定工况1 630 r/min。

2 控制功能简述

该船主机型号为TBD604，转速控制系统是由某大学针对该特种作业船型单独自主设计开发的一套系统。主机工况分为进四、进三、进二、进一、空车、退一、退二，共7个工况。主机工况控制模式分为机旁和遥控。通常情况下，机旁启动主机进行备车，备车完毕后将主机控制权转至遥控位置，由驾驶室通过操车手柄进行主机工况控制。各工况下主机转速由系统程序设定，主机工况与转速对应表如表1所示。

表1 主机工况与转速对应表r/min

主机由空车工况至进一工况时，主机转速先从700 r/min 线性加速至800 r/min，随后进行齿轮箱接排操作，接排后转速再加至900 r/min 并稳定运行。同样，由进一工况至空车工况时，主机转速先从900 r/min 降至800 r/min，随后进行齿轮箱脱排操作，脱排后转速再降至700 r/min 并稳定运行。

3 故障分析及处理措施

1）初步监测结果。维修人员携带该型主机电子调速器监测软件随船进行了主机运行时各工况下的参数监测。监测发现，在进三工况时柴油机燃油齿条已经达到了设计的DBR 值（即该工况下燃油齿条允许达到的最大位移值），比该机器在厂修时监测的数值增加了4 mm 左右。针对该现象，分析可能是机器负荷异常增大、柴油机供油系统或电子调速器控制系统中某一方面出现了问题，造成主机进三工况下无法达到额定转速。因此，分别从推进系统、柴油机燃油系统和电气控制系统3方面进行分析和检查。

2）推进系统排查。根据故障现象推断，如果航行时主机推进器缠绕异物或齿轮箱发生故障，造成主机负荷增大，超过了主机该工况下允许的最大负荷，主机开始降速，降至800 r/min 时，系统程序设定此转速为主机接脱排转速，导致脱排。主机脱排后，此时的驾控台操车手柄仍处在进三位置，主机调速器继续给主机一个加速指令，导致主机在空车无负荷状态下加速出现飞车迹象。

针对上述分析，安排潜水员对推进器和艉轴进行了检查，并未发现异物。维修人员对齿轮箱滑油滤器进行清洗和检查，滤器中并未发现异物。因此，推进系统导致故障的可能性排除。

3）柴油机燃油系统排查。柴油机燃油系统包括供油管路、燃油滤器、燃油齿条、高压油泵及附属管路上的相关阀件等。当主机在进三工况运行时，由于供油量不足导致调速器需要通过增大燃油齿条来达到1 630 r/min的转速，因此造成齿条异常增加。在齿条伸缩出现卡滞的情况下，就会出现空车工况时因齿条回位卡滞，位移未减小到空车相应位置，供油量过大造成飞车。

针对上述分析，分别对供油管路、燃油滤器及燃油速闭阀和停车电磁阀等相关阀件进行了检查，并未发现异常。对燃油齿条及齿条复位弹簧进行手动推拉试验，并未感觉有卡滞现象。检查高压油泵工作正常。经过上述检查，柴油机燃油系统导致故障的可能性基本排除。

4）电气控制系统排查。电气控制系统包括电子调速器、执行器、转速传感器及附属电缆。柴油机在遥控工况下，由驾驶室操车手柄给出车令，当柴油机加速时，电子调速器给执行器线圈一个占空比增加的脉冲信号，使其输出端推动燃油齿条向前伸出。当柴油机减速时，执行器线圈端脉冲信号的占空比减小，其输出端向后收回，燃油齿条则通过复位弹簧向后收缩，始终保持与执行器输出端紧密贴合。在执行器输出端伸出和收回的同时，其输出端通过一个硬连接杆带动一个电位器来反馈齿条位移。固定在飞轮端的转速传感器将柴油机的实际转速反馈至电子调速器并与给定转速比较，当两者相同时，执行器输出端不再继续向前推动或向后收回齿条，此时柴油机转速稳定在所需工况。

根据电气控制系统组成，分别对转速传感器安装位置和控制系统所属电缆进行了检查，未发现异常现象。使用监测软件对电子调速器在空车、进一、进二工况下检测也未发现异常。检查执行器外观未发现明显异常，测量其线圈，阻值正常。将执行器与电子调速器连接部位进行多次手动拉伸试验时发现，齿条位移本应随着执行器输出端拉出和缩回而进行相应的增大和缩小。但当执行器输出端完全缩回时，齿条位移显示并不在零位，且每次试验数值都不同。对执行器输出端与反馈电位器连接杆进行仔细检查发现，连接杆与电位器轴之间的连接部位因多年的使用磨损已不能完全啮合，造成电位器已不能准确显示齿条位移。当柴油机加速至进一、进二工况下达到额定转速时，燃油齿条位移增大但还未达到DBR 值，因此故障未显现出来。当加速至进三工况时，齿条位移显示已经达到DBR 值，而实际执行器输出端伸出值小于显示值，并未达到进三工况时所需的供油量，这就会造成柴油机转速达不到进三额定转速的现象。当减速至空车工况时，执行器输出端回缩，齿条位移减小，但由于两者啮合不可靠，造成空车工况下，显示齿条位移为0，实际齿条位移大于实际空车所需的位置，就会出现柴油机供油量溢出，造成飞车的迹象。根据上述分析，将执行器输出端与反馈电位器轴进行可靠连接后试验，该故障排除。