L5794GSI燃气发动机的ESM系统及常见故障

1、L5794GSI燃气引擎的ESM系统及常见故障L5794GSI Natural gas engines ESM system and its Common faults李彩霞 （冀东油田油气集输公司）摘要：为了方便快捷地解决发动机运行中的故障，大型发动机生产厂家都为发动机配备了ESM（engine system manager）系统。ESM系统融合了点火控制，速度控制，爆燃检测，启、停控制，故障诊断，故障记录存储和发动机停机保护功能。ESM的故障诊断模块可以帮助我们解决大部分发动机故障，但不能解决所有故障，而且故障诊断系统也只是告诉我们查找问题的方向，有些故障是故障诊断系统编码中没有的，具体原

2、因还需要技术人员分析。本文就天然气发动机故障编码中的故障和故障编码中没有的常见故障原因及解决方法进行了阐述。关键词：发动机 ESM系统 故障诊断 天然气发动机是石油化工生产中常用的动力设备，结构复杂，运行中常会出现一些故障，如不及时发现和排除往往会影响生产或造成机器损坏，因此其故障诊断及处理是其运行管理的一项重要工作。发动机结构的复杂性、自动化程度的日益提高，使其故障判断成为运行管理中的难点。不同发动机，故障判断又有不同之处。下面就冀东油田高尚堡油气处理厂L5794GSI发动机的常见故障进行分析。图1 ESM模块器1 发动机及ESM概述冀东油田高尚堡油气处理厂的L5794GSI天然气发动机，是

3、美国WAUKESHA公司生产的四冲程12缸V型涡轮增压发动机，功率为858KW,采用了ESM系统管理器。ESM（Engine System Manager）发动机系统管理器，负责整个发动机的系统管理，融合了点火控制，速度控制，爆燃检测，启、停控制，故障诊断，故障记录存储和发动机停机保护功能。 其ESP（发动机系统程序，为英文界面）包括：F2发动机主控制画面，F3启-停控制画面，F4发动机调速画面，F5点火画面，F6空燃比主画面，F8空燃比设置画面，F10发动机状态画面，F11高级画面及故障日志。ESM使发动机更容易操作，运行更加平稳，效率更高，为发动机提供了更好的保护，还可以使我们更加方便快捷

4、地找到问题的原因。2 发动机故障报警和故障停机2.1 故障报警和故障停机的检查方法当发动机出现故障报警，ESM的黄灯就会亮，如果出现故障停机红灯就会亮。我们可以把装有ESP程序的笔记本电脑通过数据线与ESM控制器连上，通过F11画面查看故障代码和故障原因。ESM报警表及停机故障代码表见表1和表2。表-1 ESM系统报警表报警故障代码故障描述ALM211油压传感器/ 接线故障ALM212左排进气歧管压力传感器/ 接线故障ALM213油温传感器/ 接线故障ALM214右排进气歧管压力传感器/ 接线故障ALM221空气汇管进气温度传感器/ 接线故障ALM222燃气阀泄漏/ 发动机不能成功及时停机（或

5、停不下来）ALM223某缸点火提前角过大（超过允许的最大提前角）。ALM225爆燃传感器#（#是缸号）在点火时开路或短路ALM231311#缸点火时点火系统故障ALM312发动机负荷过大ALM313ECU（控制单元）收到的点火信号超正常范围ALM314接线故障ALM315进气汇管温度高ALM322调速执行器故障ALM323汽化器喉部蝶阀拉杆被卡住ALM332IPM-D点火模块和ECU之间存在通讯错误ALM333发动机夹套水温度太高ALM335发动机润滑油温度太高ALM341左排步进电机在零位/ 未接线ALM342右排步进电机在零位/ 未接线ALM343左排氧传感器/ 接线故障ALM344左排排

6、气温度传感器/ 接线故障ALM345右排氧传感器/ 接线故障ALM351右排排气温度传感器/ 接线故障ALM353点火能量水平达到了二级（最高水平），至少一个火花塞需要更换。ALM413左排步进电机位置燃气贫到极点ALM415左排步进电机位置燃气富到极点ALM422传感器 / 接线故障ALM423右排步进电机位置燃气贫到极点ALM425右排步进电机位置燃气富到极点ALM432步进电机通讯故障ALM441执行器/ 接线故障ALM451远传速度模拟输入量超出了正常范围/ 线路故障ALM45424V电源（或蓄电池）电压超出范围ALM455ECU模块温度超出了允许正常工作温度的最高值ALM523交流磁

7、电机/ 接线故障ALM541用户注册码发生了改变ALM542当发动机运行时，启动信号被关掉；否则发动机一停机就会立即启动 ALM552发动机被驱动机反推转动；火花塞故障被ECU模块停止ALM555ECU内部故障表-2 停机故障代码表停机故障代码停机故障原因ESD212ECU（电子控制单元）检测到的曲轴脉冲信号比在凸轮轴间检测的预期脉冲信号要少。即在曲轴和凸轮轴检测到的速度信号不一致。ESD214磁拾取器（速度传感器），有太多的曲轴脉冲信号被辨认出来，（或没信号被检测到）ESD221发动机超速；发动机运行超过允许速度ESD222被用户配备的紧急关断系统关断ESD223压力传感器检测到的油压信号低

8、于设定的最低停机值ESD224某缸点火提前角超过了引起爆燃的最大值，发动机爆燃。ESD231发动机启动盘车时超过了最长盘车时间（一般在8秒内启动，超过16秒未启动起来就会报警停机）ESD232发动机没有收到来自ECU控制模块停机信号而停机；可能是按了紧急停机按钮；ECU模块故障或失电ESD251超过了用户设定的最高速度限，检查混合气喉部控制阀执行器和拉杆ESD312发动机超负荷ESD313紧急停机按钮被按下，或IPM-D模块电源故障（可能是模块失电或内部保险烧断）ESD315空气进气汇管温度高ESD333发动机冷却水温度太高，达到了设定的停机值ESD335爆燃传感器输出值超过了ECU最高极限E

9、SD551ECU程序需更新ESD553发动机型号与ESM程序不符ESD555ECU内部故障2.2典型故障具体原因分析ESM可以告诉我们查找故障的方向，但有些具体原因还需要进一步分析查找，并根据具体原因与以纠正。2.2.1 ALM315、ESD315空气进气汇管温度高报警、停机空气进入发动机的流程如图2：空气滤清器废气涡轮的增压端中冷器空气汇管图2 燃气引擎空气进气流程图从流程可分析出得出空气进气汇管温度高的可能原因有：A辅助水泵故障，中冷器冷却水量不足。B中冷器结垢严重，冷却效果差。2.2.2 ALM333、ESD333夹套水温度高报警、停机夹套水是给缸头、缸套、活塞冷却的，由夹套水泵供水。如

10、果水温高会造成发动机损坏，严重的可能使发动机报废。其流程如图3：膨胀罐夹套水泵缸头、缸套空冷器图3 夹套水流程图夹套水温高的可能原因有：A.膨胀罐液位低。B.夹套水泵故障或主水泵皮带松、脱落、断裂。C.夹套水泵机封损坏或冷却水管路破裂冷却液大量泄漏。D.空冷器管束太脏、百叶窗开度太小或风机故障，使空冷器冷却效果不好。E.冷却水管路堵塞或温控器故障。2.2.3 ALM335油温高报警根据润滑油系统分析，可能原因有：A.发动机轴瓦间隙小，不在规定值范围。这个我们可以通过机组控制面板上各缸的轴瓦温度来判断。B.发动机气缸冷却不好，缸头、缸套水道堵塞。C.所用的润滑油牌号不对或油质有问题。D.油冷器冷

11、却效果不好（如果发动机使用非软化水，容易出现这个问题，使用防冻液或软化水一般不会出现这个问题）。E.油系统温控器故障。F.辅助水泵故障。G.滑油液位高，散热不好。2.2.4 ESD223润滑油压力低报警停机燃气引擎外部润滑系统流程如图4。图4 燃气引擎润滑系统流程图根据流程分析，可能的原因有：A.油压传感器或接线故障。B.机油过滤器堵。C.主油管路定压设得太低或定压阀卡死。D.轴瓦间隙过大。E.润滑油温度高。F.所用油品不对。案例2014年4月冀东高尚堡1#引擎压缩机更换完机油后，一起机，几秒钟后就油压低报警停机ESD223。换油前引擎运行油压正常。检查了油压传感器、机油过滤器、油品、油温、轴

12、瓦间隙都没问题。最后检查主油管路定压阀，发现定压调到了最大，弹簧卡死，油压高时不能起到调压作用，起机时油温比较低，油压高，超过了主油泵也安全阀定压，润滑油就从主油泵安全阀卸回曲轴箱，造成油压低报警停机。重新调整了主油路定压阀后，起机正常。3 无报警的常见故障及处理ESM系统可以帮助我们排除大部分故障，但还有一些故障编码表中是没有的，具体原因还需要技术人员根据发动机的情况来分析。3.1 按启动按钮后发动机不转A. 查看F10状态画面（图5），观察系统停机状态。图5 F10ESM状态画面 F10顶部6个状态栏，都应该是灰的，这代表没有故障停机。如果有故障停机，消除故障。B. 如果F10状态画面没有

13、故障停机，查看F3启动-停止画面（图6）。图6 F3 启动停止画面当按下启动按钮，观察启动信号有没有变绿。如果启动信号没有变绿，查看接线。C.核实24V电源至ESD和启/停控制面板接线是否正确。如果需要，整改电源接线。D.察看ESD设定值（启动-停止画面左下角）。紧急停机后，发动机转速到零后，ESD输入值应提高到ESM设定的高值。ESD输入的值如果保持低值的话，ESM复位将被延时，并且发动机将1分钟以上不启动。3.2 发动机转了，但没启动起来A.用正时灯检查是否有火花塞不点火。B.如果火花塞全部点火，检查燃料气阀是否打开，如果燃料气阀是打开的，感觉一下当启动按钮按下时，燃料气阀是否动作，当发动

14、机启动按钮被按下时，如果感觉没有动作，检查燃料器阀执行机构接线盒，检查24V电源接线盒到ECU（控制模块）接线。C.观察F3(图6)启动-停止画面（右下角），确认编程的清除时间是015秒。清除时间超过16秒，将会阻碍发动机的启动，因为要越过的停机错误是16秒。如果清除时间太长，编辑清除时间在015秒。D.检查启动气压力及启动马达。调整启动风压力0.8MPa,使盘车转速升至100 125r/min。F.检查机旁急停按钮是否在拔出位置，开关或接线是否存故障。案例 3#燃气引擎检修后启动多次，引擎转了几下就停，并且出现了ESD231报警停机（盘车超时）。检查了速度传感器、火花塞点火情况、点火模块、编

15、程的清除时间、启动马达与启动风、燃料气系统都正常，机旁停机按钮也在拨出位置。最后检查急停按钮的接线，发现其接线虚接。重新接好后启机正常。3.3 发动机不在期望的转速运行A. 观察ESP中的F2画面（图7），核实发动机的“速度设定值”（“Eng Setpoint RPM”）与发动机转速是否一致。图7 F2速度控制画面如果“速度设定值”（“Eng Setpoint RPM”）与发动机实际转速（“Eng Speed RPM”）一致，是电方面的问题，按照B查电方面的问题。如果“速度设定值”（“Eng Setpoint RPM”），发动机转速（“Eng Speed RPM”）不一致，是发动机方面的问题，

16、按照C查发动机方面的问题。B. 电方面问题发动机ESM系统的速度控制采用固定速度模式和可变速度控制模式。一般情况下，发动机在可变速度模式运行，用户可以根据工艺或负载需要，在机组PLC控制面板上调整发动机转速。如果ESM收到PLC的毫安信号低于2mA，或高于22mA，发动机就按固定模式运行，即在空载高速或空载低速下运行，速度取决于输入的高/低空载转速数据。固定速度模式1）核实输入的高/低空载数值情况，The GOVHL IDL在高速空载下应是额定的24V，必需输入正确。2）核实F4控制画面（图5）上的空载高速值是否设定正确。空载高速值必须设定正确。可变速度模式1）远程速度输入的额定电压是24V，

17、看F4控制画面，核实输入的远程速度数据。输入必须正确。2）在F4控制画面（图5）上，核实远程速度设定的毫安（mA）值。如果你用远程控制速度，输入电压或电流值，在ESP上应显示相等的mA值或电压值（420mA或0.875 4.0 volt）。如果电流值低于2mA或高于22mA，很可能是ESM系统线路问题，这时要检查线路。图5 F4主控制画面3）发动机运行时如果不能达到设定的最低转速，在F4控制盘上修改最低转速至50RPM。C.发动机问题1）如果发动机转速比设定的慢，可能存在点火、废气涡轮、燃料问题或发动机过载。根据具体情况纠正。2）如果发动机运行转速比设定的高，气化器蝶阀拉杆可能有故障，使气化器

18、蝶阀不能关闭。3.4 发动机空气入口歧管压力波动过大GSI 发动机超过0.5 in-Hg(1.69kPa)，LT发动机超过1.0 in-Hg(3.39kPa)。A.查看发动机控制盘F2（图6），核实进气空气汇管压力设定值，是否超过了规定范围，GSI 发动机超过0.5 in-Hg(1.69kPa) 或 LT发动机超过1.0 in-Hg(3.39kPa)。图6 F2速度控制画面B .如果这个值没超过范围，发动机就存在问题，如气化器喉部蝶阀不同步；废气涡轮工作不正常；各缸的空燃比不平衡。1）查气化器喉部蝶阀执行机构。2）查燃料气调节机构。3）查废气涡轮。4）检查空气滤清器、中冷器。3.5 发动机转速波动大可能的原因有：A.废气涡轮氧传感器故障(按厂家要求2000小时更换)。B.燃气系统步进电机或燃气调节阀故障。C.燃料气带液。D.废气涡轮油封漏油，使空气进气系统进机油。E.进气歧管压力传感器故障。4 结论综上所述，天然气发动机ESM系统管理器的应用，提高了发动机燃烧性能，发动机的效率，还为我们提供了故障诊断系统