船舶主机辅助鼓风机

船舶主机辅助鼓风机控制系统的调试与使用维护【内容摘要】：船舶主机辅助鼓风机在主机输出功率较低，换气质量较差时使用，以保持主机低速正常运转。本文基于主机辅助鼓风机控制系统原理的深入分析，结合实际船舶电气控制系统调试的技术经验，总结了主机辅助鼓风机控制系统的调试流程及其使用维护方法。首先，以C6600-5/6#船的主机辅助鼓风机控制系统为例，详细介绍了主机辅助鼓风机控制系统的工作原理，同时分析了控制系统中三相异步电动机的Y-Δ降压启动、连锁控制及安全保护环节；其次，根据以往对主机辅助鼓风机控制系统的调试经验，总结出主机辅助鼓风机控制系统调试的具体步骤，并应用于C6600-6船中；最后，概述了主机辅助鼓风机控制系统各电器（机）的使用维护方法。由于主机辅助鼓风机控制系统是船舶重要的电气控制系统之一，控制基本原理及元器件组成具有普遍性，因而，本论文对船舶电气控制系统的调试与使用维护具有较高的指导意义和实用价值。关键词：主机辅助鼓风机；控制；电动机；调试；使用维护；1前言船舶大型低速柴油机主机一般都装有两台或三台输出功率较大的辅助鼓风机，也叫应急鼓风机，它是在主机输出功率较低，换气质量较差时使用，使主机能保持低速正常运转。一般是在船舶进出港，船舶机动用车或在主机增压器损坏的情况下使用。船舶主机辅助鼓风机必须在增压器进油后才可使用运行，常由于增压器进油晚而导致调试时间紧迫，若调试周期长或者调试过程中损坏元器件，尤其是末制船，则严重影响主机系泊进度。因此，总结主机辅助鼓风机控制系统的调试步骤非常重要，不仅可以提高调试效率，缩短调试周期，而且能尽可能的避免电器（机）损坏，节约造船成本。由于船舶电气控制系统的元器组成及控制原理基本相同，所以本论文对于其他船舶电气控制系统的调试均具有参考和指导意义。船舶正常航行若应急需要使用主机辅助鼓风机时，比如增压器损坏或主机机动时，船舶又处在一个不允许停车抛锚的水域或海况时，此时如果主机辅助鼓风机由于平时使用过多而损坏，那必将影响船舶的营运和安全。因此正确使用与维护主机辅助鼓风机又有着十分重要的意义。2主机辅助鼓风机控制系统的原理本章主要分析了主机辅助鼓风机控制系统的降压启动、工作原理、连锁控制及安全保护环节。2.1三相异步电动机Y－Δ转接启动三相异步电动机Y－Δ转接启动为降压启动[1]的一种，在正常运行时三相定子绕组接成三角形的三相异步电动机，可以在启动时接成星形以减小启动电流以及启动时对电网的冲击。电动机直接启动时，定子绕组为三角连接，如图2-1（a）所示，每一相绕组启动电压大小为U1=UN，每相启动电流为IPΔ，线路上的启动电流为（2.1）图2-1Y－Δ启动电压、电流采用Y－Δ启动，启动时，定子绕组为星形连接，如图2-1（b）所示，每相启动电压为（2.2）每相启动电流IPY为（2.3）启动线电流ILY为（2.5）（2.6）式（2.1）～（2.6）表明Y－Δ启动时，相电压和相电流与直接启动相比降低到原来的，对供电电网造成冲击的启动电流降低到直接启动时的1/3。2.2主机辅助鼓风机控制电路原理分析以C6600-5/6#船为例，主机机型DOOSAN-MANB&W8K98MC-C6.1,三台主机辅助鼓风机原理图，分别如图2-2，2-3，2-4所示，图2-2中HiBS403/300A为自动空气断路器；F为熔断器（保险丝）；51-1为热继电器；TR1为440V/220V变压器；6-1、88-1、42-1为接触器；19T-1、27T-1、63T-1、48T-11为时间继电器；88x-1、88x-11、51-1、51x-1、4x-1、43x-1、43x-11为电磁式继电器；WL1、GL1、RL1、BL1为指示灯；HM1为计时表。由于三台主机辅助鼓风机控制系统原理相同，本文仅以1号主机辅助鼓风机控制系统为例。2.2.1主机辅助鼓风机的启动和停止按位置可分为本地启停和远程遥控启停，其中远程遥控启停又分为自动遥控启停和手动遥控启停。=1\*GB2⑴本地手动启停的过程如下：①启动过程：a.将本地控制板上的位置选择开关选至本地位置，按下启动按钮3-C1，继电器4x-1得电，常开触点4x-1（33，34）闭合，这时放松3-C1，由于常开触点4x-1（33，34）闭合接通，所以4x-1还是吸合的；b.继电器4x-1得电，常开触点4x-1（13，14）闭合，接触器6-1得电，常开触点6-1（13，14）闭合，接触器88-1得电，常开触点88-1（13，14）闭合，电动机实现Y型启动，常开触点88-1（43，44）闭合，继电器88x-1得电，常开触点88x-1（43，44）闭合，运行指示灯GL1亮；c.同时，时间继电器19T-1得电，延时10s，常开触点19T-1（6，8）闭合，常闭触点19T-1（4，5）断开，接触器6-1失电，接触器42-1得电，常开触点42-1（13，14）闭合，电动机实现Δ运行。②停止过程：按停止按钮3-O1，继电器4x-1失电，接触器6-1，88-1，42-1失电，电动机停止运行，同时常开触点4x-1（33，34）也断开，这时松开3-O1，由于常开触点4x-1（33，34）已断开，所以4x-1不会从新吸合。=2\*GB2⑵远程遥控启停过程如下：=1\*GB3①手动遥控启停：将本地控制板上的位置选择开关选至远程遥控位置，集控室自动模式开关选至手动位置，按下启动按钮“START”，继电器4x-1得电，原理与本地手动启停过程相同。②自动启停过程：将本地控制板上位置的选择开关选至远程位置，集控室模式开关选至自动位置，当主机扫气压力低于0.05MPa时，压力开关P1P2闭合，继电器43x-11得电，常开触点43x-11（7，11）和43x-11（6，10）闭合，时间继电器63T-1得电，延时10s，触点63T-1（1，3）闭合，继电器4x-1得电，常开触点4x-1（13，14）闭合，接触器6-1得电，常开触点6-1（13，14）闭合，接触器88-1得电，常开触点88-1（13，14）闭合，同时，时间继电器19T-1得电，延时10s，常开触点19T-1（6，8）闭合，常闭触点19T-1（4，5）断开，接触器6-1失电，接触器42-1得电，常开触点42-1（13，14）闭合，电动机实现Y-Δ启动运行；当主机扫气压力达到0.07MPa时，压力开关P3P4断开，继电器43x-11、时间继电器63T-1和继电器4x-1失电，接触器6-1、88-1和42-1均失电，电动机停止运行。其中，时间继电器19T-1的作用：设置Y-Δ运行转接时间。时间继电器63x-1的作用：防止扫气压力在鼓风机启动的临界值波动时，鼓风机频繁启动。时间继电器27T-1的作用：防止失电后再恢复供电，瞬间启动尖峰电流过大。时间继电器48T-11的作用：与继电器88x-1配合为辅助鼓风机运行故障报警使用。2.2.2图2-2辅助鼓风机中包含多个自锁、互锁等连锁环节。=1\*GB2⑴自锁：凡是接触器或继电器利用它自己的辅助触点来保持线圈吸合的，称之为自锁或自保。图2-2中，当按下启动按钮3-C1，继电器4x-1得电，常开触点4x-1（33，34）闭合，这时放松3-C1，回路就可通过常开触点4x-1（33，34）使接触器4x-1线圈保持通电，常开触点4x-1（33，34）称为自锁触点。=2\*GB2⑵互锁：多种运动状态的生产机械或多个生产机械往往存在着相互制约的关系。图2-2中常闭触点6-1（21，22）和常闭触点42-1（21，22）构成了电动机Y－Δ运行电气互锁保护，用于防止接触器6-1和接触器42-1同时动作，而导致主电路短路。=3\*GB2⑶与主机完车和停车信号连锁：当鼓风机处于遥控自动运行时，若主机有完车或停车信号送到鼓风机控制系统时，图2-2中端子D13与D14之间的触点会断开，鼓风机停止。=4\*GB2⑷与主机滑油增压器停车信号连锁：当鼓风机正常工作时，若主机滑油增压器有停车信号送到鼓风机控制系统时，图2-2中端子D19与D20之间的触点断开，鼓风机停止，防止增压器拉缸。=5\*GB2⑸与空间加热器连锁：在电动机停机的时候，旋转图2-2中43SH-1旋转开关，启动加热器，防止电动机受潮，当电动机运行时，常闭触点88-1（21，22）和88-1（31，32）断开，加热停止。2.3.3电动机的保护环节在电力拖动控制系统中，为保证设备及人身的安全，系统中必须设置有短路保护、过载保护、失压（欠压）保护及缺相保护等安全保护环节[2]。=1\*GB2⑴短路保护：在船舶电网中，由于导线电阻很小，短路时将会在回路中产生很大的短路电流和线路电压降，如果不加保护，将造成电网中的电气设备不能正常工作，严重的短路故障会使发电机过载而烧毁，甚至引起火灾。常用的短路保护措施有：在电路中装设自动空气断路器（例如图2-2中HiBS403/300A）、熔断器（例如图2-2中F1-1）等。=2\*GB2⑵过载保护：对于大多数电气设备来说，当电流超过其额定值（即过载）时，并不一定会立即损坏，但长时间的或严重的过载是不能允许的，故在电路中常装设过载保护。图2-2中51-1为热继电器，当电动机发生过载时，热继电器常闭触头51-1（95，96）断开，继电器51x-1失电，常开触点51x-1（6，10）断开，继电器4x-1失电，接触器6-1、88-1和42-1均失电，电动机停止运行，对电动机起过载保护作用。=3\*GB2⑶失压（欠压）保护：失压（欠压）保护是根据接触器本身的电磁机构和启动按钮来实现的。图2-2中的自锁环节具有失压和欠压保护功能。当电源电压降低到小于继电器（如4x-1）的释放电压时或电源失压时，其主触头，例如4x-1（13，14）断开，电动机停止运行，同时自锁触头已断开，在再次按下启动按钮前继电器不会通电，电动机不会自行启动运行。=4\*GB2⑷缺相保护：图2-2中热继电器51-1又起着缺相保护的作用，热继电器51-1的发热元件串接在三相主电路中，在任意一相发生断路（缺相）故障时，必然导致另两相电流的大幅度增加，这时热继电器51-1将断开接触器电源，使电动机停转。自动空气断路器，是船舶电力系统中常用的一种配电保护电器，集控制与多种保护功能于一体，在正常情况下可用于不频繁地接通和断开电路，当电路中发生短路、过载、电压过低等故障时，能自动切断故障电路，保证电气设备和人身的安全。图2-2NO.1主机辅助鼓风机控制原理图图2-3NO.2主机辅助鼓风机控制原理图图2-4NO.3主机辅助鼓风机控制原理图3主机辅助鼓风机控制系统的调试主机辅助鼓风机控制系统的调试过程主要包括以下步骤：=1\*GB2⑴首先检查主机辅助鼓风机及控制箱内的安装是否满足工艺要求，包括三相绕组螺丝紧固性、接地保护等；仔细检查控制箱内和电动机接线盒有无铁丝、铜网等杂物，以免送电后发生短路引起事故；检查电机接线盒是否为Y-Δ连接，若内有连扳，需拆除连扳。图3-1为C6600-6#的主机辅助鼓风机控制箱的实物图，图3-2为辅助鼓风机的实物图，图3-3为辅助鼓风机接线盒内部实物图和铭牌。图3-1NO.1主机辅助鼓风机控制箱外部和内部实物图=2\*GB2⑵结合主机辅助鼓风机系统原理图、船厂接线图、船厂系统图，检查线路。线路检查主要包括：=1\*GB3①主机辅助鼓风机控制箱内的线路：按照原理图检查线路接线是否正确，尤其要注意各个短接线，有时控制箱厂家在试验时加了部分短接线，试验结束后并未拆除；②控制箱与电机之间的线路：检查电机的Y-Δ运行控制线路以及空间加热器线路是否正确，同时利用万用表测量空间加热器线路之间的电阻，约几百欧姆，以防止短路。=3\*GB3③控制箱与主配电盘之间的线路：检查主电路三相电源接线及相序是否正确。=4\*GB3④控制箱与集控台之间的线路：检查集控台手动/自动转换开关、启动按钮、停止按钮、运行指示线路是否正确，检查主机停车和完车线路是否正确，检查主机辅助鼓风机故障报警线路是否正确。=5\*GB3⑤控制箱与控制主机辅助鼓风机自动启停的压力开关之间的线路：检查压力开关线路及压力开关的接线是否正确。=6\*GB3⑥控制箱与机旁应急控制箱之间的线路：检查运行指示线路是否正确。=7\*GB3⑦控制箱与阿尔法注油器注油器之间的线路：检查运行指示线路是否正确。=8\*GB3⑧控制箱与增压器滑油单元之间的线路：检查增压器滑油单元停车线路是否正确。图3-2NO.1主机辅助鼓风机实物图片图3-3NO.1主机辅助鼓风机接线盒内部及铭牌实物图=3\*GB2⑶热继电器电流设置：根据原理图查看热继电器的接线位置，确定热继电器动作值是线电流还是相电流，本文中C6600-6船舶的热继电器实物图如图3-4所示，动作值为线电流，再查看电动机的铭牌，电动机的额定电流（线电流）即热继电器的动作值（变比400:5）。图3-4NO.1主机辅助鼓风机热继电器实物图片=4\*GB2⑷时间继电器设置：按照原理图和试验程序要求设置各时间继电器的延时时间及模式，注意区分得电延时和失电延时。=5\*GB2⑸控制自动起停的压力开关压力值设定：图3-5为C6600-6控制鼓风机自动启停的压力开关实物图及调节试验图。=1\*GB3①停止压力开关压力值设定：首先将压力开关下的管路阀关闭，然后使用万用表欧姆档，将两表笔与压力开关常闭点相连，利用船用压力校准仪使管路压力达到0.07MPa，调整压力开关动作值，使常闭点断开即可，再重新试验一次，保证压力值正确。②启动压力开关压力值设定：利用同样的方法，使管路压力降到0.05MPa，调整压力开关动作值，使常开点闭合即可，再重新试验一次，保证压力值正确。图3-5NO.1主机辅助鼓风机压力开关实物图及调节试验图=6\*GB2⑹检查绝缘：使用绝缘表测量每相绕组与机壳的绝缘电阻值、每两相绕组间的绝缘电阻值，440V三相异步电动机的绝缘电阻应不低于0.5兆欧姆。=7\*GB2⑺运行检查：启动前应检查主机滑油增压器是否开启，确定增压器有滑油进入后，将主配电盘辅助鼓风机电源开关合上，再将本地控制板的电源开关合上，选择本地启动，按下启动按钮，鼓风机一运行，快速按下停止按钮，与此同时检查电动机的转向是否正确。再次按下启动按钮，鼓风机启动运行，利用钳形表测量电动机启动电流（约为额定电流的5～7倍）和稳定运行时的电流(不能超过额定电流)是否异常，观察电动机声音是否正常、有无振动及异味。接通电源前应做好切断电源的准备，一旦出现不正常情况，应立即切断主电源。C6600-6#三台主机辅助鼓风机（按照1号、2号、3号顺序分别启动）的绝缘电阻、启动电流和稳定运行电流如表1-1所示。表1.1C6600-6#三台主机辅助鼓风机的各测量数据额定电压(V)额定电流(V)对地绝缘电阻(MΩ)启动最大电流(A)稳定运行电流(A)1号主机辅助鼓风机440195.90.5386512号主机辅助鼓风机440195.90.5392313号主机辅助鼓风机440195.90.540636=8\*GB2⑻功能试验：确定增压器有滑油进入后，试验本地启停、远程遥控手动/自动启停、过载报警及各个位置指示灯（运行、停止、过载、空间加热器等指示灯），确认功能正确无误后准备向船东、船检交验。4主机辅助鼓风机控制系统的使用维护=1\*GB2⑴船舶主机辅助鼓风机在日常使用过程中应注意以下几点：=1\*GB3①辅助鼓风机长期不用时，每隔两个月，应短时间启动一会儿。当情况不允许启动时，手动转动鼓风机叶轮，转动几圈。这样能保护轴承防止腐蚀损坏。=2\*GB3②每次备车时都要检查每台鼓风机的工作是否正常。=3\*GB3③主机辅助鼓风机一般是在船舶进出港，船舶机动用车或在主机增压器损坏的情况下使用，平时仅作为备用。但部分轮机员在实际使用中不仅进出港机动用车时使用辅助鼓风机[3]，甚至在正常航行时也要依靠辅助鼓风机来改善主机的工作状况。这种做法增加了发电机的负荷和电机的机械损耗，从而增加了油耗及备件的消耗量，进而导致运营成本增加。最严重的是在正常航行过程中，一旦需要应急使用主机辅助鼓风机时，比如低速运转或增压器损坏时，船舶又处在一个不允许停车抛锚的水域或海况时，此时如果辅助鼓风机由于平时缺乏维护或者使用过多而损坏，尤其是轴承长期使用易损坏，那必将影响船舶的营运和安全。=2\*GB2⑵船舶主机辅助鼓风机控制系统的各电器（机）的维护[4]包括以下几点：=1\*GB3①电动机：清除电动机外表污物，以保证电动机正常运转和散热；轴承每隔一段时间应添油、换油；鼓风机在运行时要观察电压、电流的大小，有无异常增大的现象，听电动机运行时的声音，特别是轴承的情况，如有不正常的现象，要及时修理予以消除，不能等到损坏后再修，以备应急情况下使用,避免可能发生的事故。=2\*GB3②自动空气断路器：清除断路器上的灰尘、油垢，以保证开关的绝缘；检查并清洁触头表面；检查脱扣器的衔铁和拉簧活动是否正常，动作是否灵活；检查紧固机构，若有松动，应拧紧。=3\*GB3③接触器：保持接触器清洁；定期检查接触器所有紧固螺丝及紧固件；定期检查调整接触器触头的压力、开距、超行程；定期手动检查接触器运行机构及线圈。=4\*GB3④电磁式继电器：保持继电器清洁，接线螺钉