第22讲 换向、调速装置故障诊断与排除

1、第22讲 换向、调速装置故障诊断与排除,一、回顾与引入 二、换向装置故障诊断与排除 三、调速装置故障诊断与排除,一、回顾与引入,问题1：柴油机换向方式有哪些？ 问题2：柴油机调速器有哪些种？,二、换向装置故障诊断与排除,下面以实际案例分析，说明柴油机换向装置的常见故障及其排除方法。,故障1：凸轮轴轴向产生窜动,1故障经过 2分析与处理 3经验与教训,1故障经过,某轮主机为6ESDZ75/160B型。小修出厂三个月后的一天航行途中23：30时，轮机长下机舱作例行寝前检查，当走到机舱底层时，只听到主机右侧靠大链条处，发出咚！咚！的轻微敲击声，但听不出是从何处而来，感到异常，即奔上缸头逐一仔细摸找各

2、部件，不见故障所在，再查凸轮轴系，当走到第4缸时，发现凸轮箱位于船首向的端盖板上的固紧螺丝，有两只已松动，用手触摸，感到有明显的断续震感，说明主机凸轮轴内部产生了松动。若不立即消除，可能扩大酿成事故。于是通知值班轮机员立即换用柴油，另外再联系船长临时抛锚停车拆检主机。,1故障经过,拆去该缸凸轮轴处的一块盖板后，只见凸轮轴连结法兰上的8只螺丝已经有5只断裂落出，3只还未断但其中有一只螺帽已落去，根部也已崩断，另两只螺帽上的开口肖也没有了，螺帽也开始松动，在两法兰联结处的平面已呈开口状，间隙约2毫米。立即换上备用螺丝，撬紧装好开口肖，修毕后起锚开航。,2分析与处理,据了解该轮自厂修后参加营运仅几个

3、月，事故很显然是由于厂方工人在拆装修理凸轮轴时，未将螺帽上的开口肖装上，经一段时间主机的剧烈震动，逐渐把螺丝帽震松，以及随着多次的启动、换向、变速等的动作，使凸轮轴法兰联结螺丝承受反复冲击的剪切力，久而久之，先出现松动的螺丝第1个被剪断，随后逐个被剪，当第5个剪断后，尚余三个开始出现松动时，两法兰联结处也出现了开口，随着凸轮轴轴承之间的间隙和法兰的开口出现，运转中也就产生了轴向窜动，碰撞到端盖板上又引起端盖板上的固紧螺丝松动。,3经验与教训,据了解该轮在修船时，主管人员调动频繁，后来出厂之前轮机长又有调动，因此抓验收质量就成问题。但从这里可以得到一个教训，就是后来的主管人员和部门领导在这种情况

4、下，只有多辛苦一下，对主要机械的重要部位在运行中多加小心，有条件时应重点检查一下，方是有备无患。,3经验与教训,此故障若轮机长不执行在就寝之前到机舱作巡回检查一次的制度，可能事态要扩大后至当值轮机员方知，到时将又是另一番景象了，由此可见上级规定的各个制度，都有它一定的依据和教训所得。 上级修理部门应将这情况发涵到修船厂，指出问题的严重性，要求厂方重视提高工人修理质量和检验人员责任心，杜绝今后类似故障重复发生。,故障2：主机换向失灵,1故障经过 2分析与处理 3经验与教训,1故障经过,某客货轮设有6ESDZ43/82B型主机左右各一台。其换向装置是采用单轴鸡心凸轮液压机械差动式，空气分配器凸轮轴

5、与高压油泵凸轮轴一体，在轴一端头处联接一只凸轮换向气缸，专伺凸轮轴的换向。,1故障经过,一天港内航行，接近靠泊左机需换倒车，突然失灵，只好右机运行靠泊。靠泊后检查了气动联通阀，见二只阀杆都伸在外面，此即正倒车压力油瓶都处在高压油之下，同时进入差动换向机构内，使其中的离合活塞并死不能动，故换向不来。由于气动联通阀是受启动控制阀控制的，它内部是否有损坏呢？经拆检未发现有异，最后只有对分配器凸轮换向机构检查了。,1故障经过,这个凸轮换向气缸结构较简单，气缸内有一只活塞杆与凸轮轴传动套筒相连接，气缸打开有四只气孔。经解体检查后，发现气缸内壁一端，也就是活塞位于正车时的位置，已单面磨损很大，故在换向倒车

6、时，空气从此处漏泄掉很多，气压已不能推动活塞位移，导致换向失灵。,2分析与处理,在安装凸轮换向气缸时，其中心与凸轮轴传动套筒的中心不在同一个轴上，又由于活塞杆柱头颈，嵌入凸轮轴套内本应该松动自由，但因配合过紧，本来活塞在缸内仅是左右滑动，这样嵌紧后航行中就始终随着凸轮轴套筒旋转，又因中心不直而引起晃动，经长时间这样运行，就将气缸一端单面磨损了，经测量间隙扩大为0.30毫米。当换向倒车时，高压空气进来后，大部份空气直接从磨损处泄漏，使气压不足，顶不动活塞位移，导致换向失灵。倒车运转时间较短，换向活塞处于气缸倒车端的时间亦短，所以气缸磨损也小，故倒车时换向正车不受影响。,3经验与教训,当轮机人员发

7、现机前应急操纵，无游车现象，转换到集控室操纵时就有，巳对调速器产生怀疑，若能紧追不舍，很可能较快发现是升压器的故障，由此可见轮机人员应具有拆检调速器的知识。 升压器结构简单而制造厂粗糙马虎，监造部门应向厂方提出质量问题。技管部门应向同型机船通报，避免重复发生。,故障3：正车换向为倒车后启动困难,1故障经过 2分析与处理 3经验与教训,1故障经过,某轮主机为6L70MCE型。该机型为超长冲程节能型机，经使用两年余后，开始出现正车换向有偶然不来现象，逐渐发展到启动不起，最后经常要派人到机旁应急操纵。后与制造厂家联系询问，答复是空气分配器可能有故障，结果拆解空气分配器后发现换向盘和分配盘已磨损严重，

8、分配器的轴和轴承之间也磨损出现松动，手感间隙很大，后换备件修复后启动正常。,2分析与处理,该空气分配器的结构复杂紧凑，内有关闭盘、分配盘和换向盘，分配盘上设有内外两圈气槽与换向盘上两组孔相应通到气缸启动阀。一组从分配盘外圈正车气槽来的空气通到气缸启动阀，一组从分配盘上的圈内倒车气槽来的空气通到气缸启动阀。传动是由齿轮、链条来带动。航行中只要一个气缸启动阀发生泄漏情况，高温燃气将作用在分配器上起压紧作用，又因平时在磨擦面间缺少加注滑油，造成分配盘与换向盘间磨损严重。,2分析与处理,由于该轮一直是在远洋，进出港频率小，使用倒车亦不多，故未能及早发现换向后的启动困难。长时间的运转中使分配盘处于正车面

9、的磨损也大，但这时接触面还平服，一当换向盘转一角度后，位置异位了接触面也不平服了，这时又因分配器传动轴和轴之间也出现磨损过量的松动，分配盘转动时就发生了摇晃，换向启动时来的高压空气大部份从增大的间隙中直接逃逸到大气中了，剩余气压已不能控制气缸启动阀开启，故倒车启动不出。,3经验与教训,设计者对选配这种结构复杂管理又麻烦的空气分配器是不受船员的欢迎，请审核设计方案部门引起注意。 这种空气分配器巳成事实，还望今后管理者勤加保养，并列入定期保养制度内。,3经验与教训,据说凡使用这种机型匹配同样的空气分配器的，先后都发生类似的故障，故MAN-B&W公司通告提出：“在空气分配器至各缸启动阀气路上的止回阀

10、前，安装一个气控两位两通的保护阀。在运行中保护阀能自动关闭，起到阻止气缸启动阀一旦漏气倒窜至空气分配器内”。此法看来很保险，但根本办法还是保证气缸启动阀要无漏泄，因此还需定期对气缸启动阀进行保养检修清洁，使之处于正常不漏，方是上策。,故障4：在正车位置时换向有时不来,1故障经过 2分析与处理 3经验与教训,1故障经过,某轮主机为6RLB56型。该机自装船后就偶尔有在正车位置时不能换向。症状是：换向阀已到换向位置，而液压差动换向伺服器无动静。因为这时油路上的油压表反应为“0”， 经使用二年后，这种故障就经常出现。后请造机厂派技术人员数度随船查找原因，经一年之久，在船方配合下，建议厂方在换向阀出口

11、的倒车油路上装了两只油压表，监视换向时油压变化情况，结果油压正常，排除换向阀无问题。,1故障经过,后轮机人员找出换向不来时的特征即：主机停车后，换向指示器有摆动，则换向可成功，如指示器不动，换向也不能。从这一点分析是否液压差动换向伺服器内转翼端面上的油孔有堵塞可能。经与厂方技术人员研究，堵塞可能性小，只有可能该处忘开导流孔。到这时厂方才下决心拆解那只伺服器。拆下一看，果然四只导流孔忘开。,2分析与处理,液压差动换向伺服器内的转翼左右旋转后，即能达到正倒车的换向。其旋转的动力是靠转轴中心倒车(或正车)油路来的油压流入伺服器空间推动翼片运动。由于倒车(或正车)，翼肩平面与液缸内的扇形固定档块接触平

12、面，加工较平整，两者贴合紧后中间就无油隙，压力油仅作用在流入孔端的一点圆形截面积上，不足以推动转翼转动，换向时就不来。,2分析与处理,故应开导流孔，方能予以启动。为何出厂时仅偶而发生，而营运两年后就不时出现换向不来的故障呢?可能是新翼面上加工时留有毛疵，贴合面不紧或轴旋转未到头等原因，故难得发生一次。经使用时间长了后，轴转动更加活络，两者平面经无数次的碰撞后更加服贴，压力油进入不了油缸的空间将转翼转动，所以换向不来。又该四只导流孔忘记开，居然也逃过厂方检验这一关，说明制造厂当时管理制度上也较混乱。,3经验与教训,可调节流阀内调节螺丝松落之前，应有操作反应迟缓的感觉，这时如能有所警惕，及早检查修

13、理，故障可避免。 23PM可调节流阀平时工作可靠，轮机人员很少对它作周期性的检修养护，本例发生之后，可推及其它，应有计划逐个拆检一下较妥。 同机型船亦可能发生相似故障，上级技术部门应及时通告。,三、调速装置故障诊断与排除,下面以实际案例分析，说明柴油机调速装置的常见故障及其排除方法。,故障1：遥控时发生车速自动变化直至停车,1故障经过 2分析与处理 3经验与教训,1故障经过,某轮主机为6PC22L400型，装有集控和驾驶室遥控。一天航行中忽然发生主机车速忽快忽慢，不久自动停车了。于是改为机舱控制，结果集控室启动两次均失灵，只好又改用机旁应急操纵启动续航。到港后进行了机械附件传动等各个系统检查，

14、未发现异况，但见控制高压油泵的停油气缸，还一直将油门顶在断油位置处。而停油气缸是由一停车电磁阀控制，说明自人工控制主机运行时，它也一直通电。按理只有停车时停车电磁阀接电，当主机启动后，停车电磁阀应断电，并使通停油气缸一路泄气，将油门释放。,1故障经过,为此进一步检查与停车电磁阀相关的螺旋桨计数的继电器，原来该继电器的副触头没有断开。根据线路再找发讯电机，它设在中间轴处的花铁板下，这才看到发讯电机与中间轴传动齿轮的联轴节已脱开。,2分析与处理,拆解后看到联轴节已磨损严重,因长时间未作保养检修，最后随主机的震动和船体在风浪中的颠波而变形，致使该联接处有时嵌合有时打滑，致使发讯电机相应时转时停，连锁

15、反应到主机忽快忽慢。,3经验与教训,机械传动件的材质，既要有一定的钢性，又要有一定的耐磨性，还要加工精密。该机是七十年代末的产品，有一定的时代社会的影响，故质量还是不能保证。换新时应严格按国标规定要求办理。 管理人员要经常做保养检修加注滑油，可以减少故障发生。,故障2：电子调速器故障引起的主机增压器喘振,1故障经过 2分析与处理,1故障经过,某轮，主机配置等压增压的透平增压器二台和两台辅助鼓风机。有一段时间，该轮电子调速器故障引起主机增压器喘振。,2分析与处理,主机增压器喘振的现象特点是： 1)无论机动航行还是定速航行，无论海上风平浪静还是波涛汹涌，都有发生； 2)不定期反复发生，有时几天一次

16、，有时一天好几次； 3)持续时间短促； 4)喘振前后，主机运转平稳，各项参数正常。 虽然从“喘振前后，主机运转平稳，各项参数正常”分析，喘振不大可能是机械设备故障引起的，当时还是检查和保养了相关的机械设备确认不存在引起增压器喘振的因素。,2分析与处理,长时间细致观察发现： 喘振时，主机油门杆突然振荡，先是大幅下降(但不降到零位)，随即迅速上升超过原来的油门，后又很快恢复到原来的油门，整个过程只持续很短时间。如果从集控室操纵台上主机负荷指示表(油门杆指针)观察到主机负荷突然大幅度下降又迅速上升的现象，马上就会听到主机增压器令人心惊的喘振声音。 主机转速低于70r/min时，油门杆振荡较少引起增压

17、器喘振；主机转速高于70r/min时，油门杆振荡极易引起增压器喘振。,2分析与处理,由此确认，是主机油门杆突然大幅振荡引发增压器喘振，其机理大致如下。 1)主机油门杆突然大幅度下降，时间短暂。主机带动螺旋桨推动船舶，惯性很大，主机转速略有下降。 2)随即主机油门杆迅速上升超过原来的油门，增压器喘振。因为增压器惯性小，各缸喷油量迅速增加，排气能量大幅提高，增压器转速突升，排量迅速加大；而主机转速，由上面1)所述略有下降后还未及升高，造成增压器因背压高而出现喘振。 3)其后，主机油门很快又恢复，增压器和主机重新恢复平衡，增压器喘振消失。,2分析与处理,4)查阅增压器工作曲线知道： 主机转速低于70

18、r/min时增压器工作点离喘振线较远，所以油门杆振荡较少引起增压器喘振； 主机转速高于70r/min时增压器工作点离喘振线较近，所以油门杆振荡极易引起增压器喘振。 主机油门杆是由调速器驱动的。该轮主机配备的是DGU 8800e电子调速器。 对DGU 8800e电子调速器各单元常规检查，未发现引起主机增压器喘振的原因。遂报告公司有关部门。,2分析与处理,公司有关部门与生产调速器的NORCONTROL公司联系，请他们派人上船检查和修理。 公司工程师到船听取了情况介绍，检查和测试了主机遥控系统和电子调速器各单元，最终认定，是主机电子调速器系统中油门杆位置反馈元件的绝对编码器瞬时出错，使执行机构得到错

19、误信号，突然减小油门，由此引起油门杆瞬间大幅振荡。,2分析与处理,为什么油门杆位置反馈元件绝对编码器会出错呢？NORCNTROL工程师认为，一方面，该绝对编码器一直工作在超高频状态，连续使用多年，瞬时出错，在所难免；另一方面，若供给的电源部分电压波动瞬时越限，该绝对编码器给出的信号也就瞬时出错。,2分析与处理,主机遥控系统电源箱内，厂家标识的使用须知告示用户，电源的正确使用方法应该是下列两者之一： 充电电瓶与交流变直流电源并联使用， 充电电瓶与通用24V直流电源并联使用。 因为，充电电瓶充电容量小，故由交流变直流的并联电源保持对其恒充电。这样，电源并联使用或转换使用时，不大会出现电压波动位置反

20、馈元件绝对编码器给出的信号也就不会出错。,2分析与处理,检查该轮主机遥控系统电源供应部分，发现充电电瓶已不能正常使用，因而由通用24V直流电源与交流变直流电源并联供电。对照厂家的使用说明，这是不妥当的，当通用24V直流电源与交流变直流电源并联使用或转换使用时，电压可能波动，从而引发油门杆位置反馈元件绝对编码器瞬时出错。,2分析与处理,采取措施 1)更换油门杆位置反馈元件的绝对编码器； 2)更换充电电瓶； 3)使用交流变直流电源与充电电瓶并联供电，通用24V直流电源作为备用。 这样，消除了主机增压器喘振现象，也比较彻底地消除了电子调速器油门杆位置反馈元件绝对编码器瞬时信号出错引起主机增压器喘振的

21、原因。,故障3：主机遥控系统一例故障的分析,1故障经过 2分析与处理 3经验与教训,1故障经过,某轮主机，型号MAN B&W 6L60MCE，功率8050kW，配有WOODWARD PGA调速器，以及AUTO-CHIEF-IV遥控系统。某次机动航行中，偶有遥控主机倒车启动不成功的现象。观察证实，每次主机启动失败： 压缩空气启动，能达到发火转速； 各气缸也进油发火； 随后，调速器主机转速设定空气的压力表显示压力不足，回升缓慢，主机转速下降以致停车。,1故障经过,每次启动不成功都是在驾控位置，待驾控三次不成功再转到集控室操作，因启动空气压力已大幅度下降而必须手动延长启动时间。查阅该轮记录发现，此启

22、动偶尔失败的故障，一年前就已发生，船舶也曾向公司反映过这个问题，但是一直没有解决。据留任的轮机员反映，最近故障已发展到连正车启动也偶尔不成功。此外，还发现控制空气压力达到0.75MPa左右，大于说明书的0.60.7MPa的要求。为何控制空气压力要保持高于说明书的规定值?,2分析与处理,该故障影响船舶机动航行时安全，必须尽快排除。查找故障原因需要深入分析。分析的依据是故障现象、图纸、说明书等资料，以及检查嫌疑设备的结果。此次处理故障，时间宽裕，故按照最基本的分析思路，即依次分析启动功能故障的换向、压缩空气启动和油气并进、启动后的进油等三个环节。,2分析与处理,换向：观察确认换向系统没问题： 1)

23、空气分配器换向到位； 2)高压油泵换向也到位(倒车换向结束后，倒车指示灯亮，即倒车换向指示正确)。另发现去倒车换向的一根不可能导致该故障的空气管接头松动，上紧螺丝消除泄漏后试车，故障依旧。,2分析与处理,压缩空气启动和油气并进:如前所述，压缩空气启动能达到发火转速，气缸也进油发火。但这里还有两个问题，一是油气并进的油门是否足够大；二是油气并进持续时间够不够。 油气并进的油门取决于调速器的升压器：启动前，离心式调速器本身不可能有输出；启动过程，调速器本身压力尚未建立或还未稳定，也不能形成稳定的输出，不能带动高压油泵齿条使燃油进入气缸。,2分析与处理,为解决启动阶段打开油门的问题，调速器设有升压器

24、，把从空气分配器接来的启动空气的压力，转变成油压推动高压油泵齿条，使油泵喷油，实现油气并进。检查升压器的空气压力表，压力稳定在规定范围；检查油气并进时的油门开度，确认大于前进一时的油门开度。,2分析与处理,油气并进持续的时间：查阅主机遥控气动控制图可知： 1)主启动空气的关断，由两位四通阀27换位控制； 2)阀27换位，由单向节流阀32节流延迟，从而保证主启动阀的关闭延时至开始供 油后，检查发现，节流阀32的调节螺丝已完全处于松开状态。按说明书要求上紧调节螺丝，试车，主启动阀的关闭延时达到说明书规定的1秒左右，每次压缩空气启动和油气并进阶段，转速都能达到50r/min左右(相当于前进一)。但启

25、动偶尔失败的故障并未消除。,2分析与处理,启动后的进油：启动后，油门受调速器控制。如前所述，每次启动失败，都是气缸进油发火后，调速器主机转速设定空气的压力表显示压力不足，回升缓慢。若调速器主机转速设定空气的压力回升在主机转速低于发火转速之后，启动肯定不成功。与这种情况有关的，可能有调速器本身，停油机构及调速器转速设定空气的管系阀件等三方面。,2分析与处理,调速器本身:检查调速器，换油，再观察调速器的工作情况，没有发现任何不正常情况，排除了因调速器本身而导致该故障的可能性。 停油机构:检查与停油有关的气动阀件和机械传动部件，没有发现异常。 调速器转速转速设定空气管系阀件:拆检全部调速器转速设定空

26、气管系阀件，用相应压力的压缩空气试验，发现供给调速器转速设定空气的阀71动作不灵活，控制空气压力低于0.68MPa时就不能动作。,2分析与处理,经拆检活络，再用相应压力的压缩空气试验，阀71恢复正常。装复全部被拆检的阀件，进港前多次试车，以及进港航行使用，主机启动正常，证实故障已经消除。,2分析与处理,我们对故障的机理进行分析如下： 1)阀71例故障的原因，主要在阀71。阀7l是一个气控二位三通阀，作用是： 控制空气压力正常时，接通控制空气去调速器，作为转速设定空气。,2分析与处理,当控制空气压力低于0.50MPa时，切断调速器转速设定空气，从而使主机停车，以免损坏主机。出厂前，调节到气源气压

27、低于0.50MPa时，气控室调节弹簧的预紧力大于控制空气所产生的向上的力，使此阀动作，保证只要控制空气压力大于0.50MPa，就有控制空气去调速器作为转速设定空气。阀71动作不灵活，控制空气不能去调速器，转速设定空气压力不足，主机油门打不开，造成启动失败。,2分析与处理,2)控制空气压力波动:控制空气，由主空气瓶通过减压阀供应。主空气瓶压力不低0.7MPa，控制空气压力不应有波动。控制空气(压力范围是0.60.7MPa)。控制空气压力低(例如管路破裂大量漏气)至0.55MPa时，会发出低压报警。阀71不能动作故障的控制空气压力是0.68MPa，略低于说明书规定的控制空气压力高限，高于低限，更远高于报警压力。但其压力略有波动，说明压缩空气减压阀不够灵敏，应该检修(事后检修调整过)。前文提到控制空气压力调高至0.75MPa，就是希望通过提高控制空气压力，减少启动不成功的概率。,2分析与处理,3)为什么倒车启动不成功比正车多:这要考虑正倒车的启动差别。 其一，该型主机的启动设计，是