船舶锚机制动器故障及处理

船舶锚机制动器故障及处理胡光明【摘要】Anchormachineisoneofthemostimportantshipnavigationequipments,whichdirectlyaffectsthesafetyofnavigation.Aftertheanchormachinebrakefailure,itcannotdropanchororcannothaulbackanchorafterdroppinganchor,whichbringspotentialriskstonavigation.Startingfromthecommonelectricwindlass,electricalcontrolsystemoftheanchormachine,andfailurereasonsandprocessingmethodofthebrakearesimplystated.Itcanprovidereferencefortheemergencytreatmentinshipnavigating,repairandmaintenanceoftheship.%锚机是船舶最重要的航行设备之一，它的好坏直接影响到船舶航行的安全性。锚机制动器失效后，不能正常抛锚或抛锚后不能起锚，给船舶航行带来了安全隐患。从常见电动锚机入手，浅述了锚机的电气控制系统、制动器出现故障的原因、处理方法。这能为航行中船舶应急处理、船舶检修、保养提供参考。【期刊名称】《机电设备》【年(卷)，期】2013(000)006【总页数】5页(P50-54)【关键词】制动器;故障;处理【作者】胡光明【作者单位】宁波大港引航有限公司，浙江宁波315020【正文语种】中文【中图分类】U664.5航行中船舶靠螺旋浆倒转减速，漂浮的船舶则靠抛锚来定位。船上锚机故障，不能抛锚，或已抛锚后不能起锚，将有船员生命和财产危险。一般船舶，船头通常都有锚机，并兼作铰缆机。在船舶靠离码头、拖带作业、航行暂停抛锚、起锚都离不开安全保障设备。锚机故障是不能出航的。锚机在航行中出了故障，特别是已抛锚的情况下，不能排除锚机制动器故障，可能要丢弃全部的锚链及锚，并为船舶继续航行带来危险，造成经济损失。本文从故障出现的原因分析入手，对制动器各种处理方法、对比情况，恢复工作，注意事项等探讨，对远离陆地的航行船舶，自己动手解决问题很有必要。目前，船上广泛使用电动三速锚机。在一定的功率、体积条件下，通过操作手柄，切换电机内部接线，抛锚、起锚各三档，包括停止档，共7档不同的起锚速度以及拉力。锚机控制原理如图1所示。主要元件及参数［1］为：三速电动机功率：11/11/7.5kW；额定电压：380V；接法:Y/YY/a；T作方式：10/30/5；ZDQ:直流制动器；吸上电压：直流110V、持续时间不大于1s；吸上电流：9A；维持电压：30V；维持电流：2.46A；闭合次数：120次/h;气隙范围：1~2mm；OJ、ZDC、ZC、FC1~3C:接触器；LYJ、1~2SJ、ZJ:继电器；1B:变压器，BK-500TH；2B:变压器，BKC-50TH；RJ:经济电阻，ZG11-150,150WX25Q；LK:主令控制器。锚机控制电路的特点为：1)1RD、2RD、3RD作控制回路短路保护，ZK作主回路短路保护；2)1EJ、2EJ作电机低速、中速档运转过载保护；3)2LH、Rfz、ZJ、2B共同作高速挡过载保护；4)LYJ、LK共同作零位保护；5)2SJ作避免高速挡直接起动；6）JA作过载强迫工作；7）电机可从第二档直接起动；8）电机从停到第一档时，由于1C通电动作，ZC或FC通电动作，电机接入电网，但ZDQ须由ZDC动作之后才能通电动作，这样电机通电时，刹车不能同时打开，延长了ZDC动作时间，即电机有这个堵转时间。9）1SJ、2SJ整定时间各为1s；10）本锚机无论正反，从第2档到第3档，都有2s保护。在台风到来前，船舶必须从锚地起锚转移，工作中，船员发现锚机冒烟，接着自动停止，不能再工作。1） 情况调查。首先向使用人员了解锚机工作情况：在故障以前没有异常现象、电机没有堵转、操作次数不是很多、工作时间不很长、有海水打上锚机、天气比较热、甲板温度较高、电机电流不详（因主令控制器上电流表坏）。2） 故障检查。根据反应的情况，电机冒烟，着重检查电机及直流制动器。电机内部接线如图2所示。低速和中速同用一组绕组，只是通过外部来控制其不同接法，达到低速三角形接法，中速双星形接法，高速具有另一独立的绕组，只是它和中速、低速不同时通电，是星形接法。用万用表测量电机各电阻，数据见表1（各点都在控制箱内）。再用兆欧表测量绝缘电阻，数据见表2。根据以上数据，直流电阻对称，对地和绕组间绝缘良好，电机估计没有问题，需待以后通电运转试验为准。打开马达接线盒，可看见马达部分定子绕组，颜色没有变化，判断马达没有烧坏。再用以上方法检查制动器，断开Z1、Z2接点头，测量ZDQ直流电阻为3.2Q，对地绝缘电阻为0MQ。根据制动器规格，吸上直流电压110V，吸上电流9A（或者维持直流电压30V，维持电流2.46A），可知线圈电阻应该为12.2Q欧左右，这样设计电阻与实际电阻出入较大，并且绝缘电阻不正常，初步判断线圈烧坏。拆开制动线圈，发现烧坏，同时发现内部有些积水，随即拆下线圈。继续检查控制箱，发现控制变压器1B烧坏、3RD熔断，ZL1-ZL4好，电阻Rf、RfD好，C1、C2好、ZDC触头好、OJ触头好。3）原因分析。根据事故情况分析其原因如下：a）环境温度高［2］。当时甲板温度可达50OC,但锚机工作时间不长，不超过20min，这在设计范围内，同样情况也经常使用，所以环境温度高、工作时间长的原因可排除。b）海水侵入。海水比淡水有更强的腐蚀和导电性，可破坏绝缘、导致短路，线圈烧坏。尝试制动器内积水无咸味，这样可判断海水没有渗入，里面积水是平时空气中冷热积累的冷凝水；再则，制动线圈放在环型铁槽内，用环氧树脂胶结，对外界是全封闭的，水是不能渗入；制动电压是直流电压，又不是很高，而且，由于水的存在，一旦制动线圈发热，水变成蒸汽，有利于制动线圈散热。所以，海水侵入原因不大。c）电压不正常。由于本船发电，电源电压基本不变，而且，ZL1~ZL4硅整流器、检查接触器触头，各个电阻、电容器、桩头、引线都很好，也不可能引起ZDQ电压的高或低，所以，可排除此原因。d）正常操作。锚机要求短时、间歇工作制。根据船员反应，没有频繁操作，没有发生堵转，没有在高速下进行刹车制动，符合使用要求。e）直流制动器间隙太小，摩擦片不均、变形，工作时产生摩擦，发出热量。根据拆下的制动片检查，发现黑色粉末、铁锈较少，不会由杂物而引起打不开，也不存在变形和不均，弹簧良好，而且以前工作一直正常，间隙不会太小，所以可排除此原因。f）直流制动器质量差。如不符合绝缘等级、局部短路。但该品牌制动器的是老厂，在船上使用的很多，很久，质量稳定，而且公司有多条同类船舶；已使用了很长时间，发生质量问题不大。g）实际工作时，1SJ是保证初始工作时，直流制动器线圈全压工作，以保证克服制动弹簧张力，将摩擦片打开，马达能够可靠转动，而后延时1s将触点动作，使OJ不工作，将RJ串入电路。使ZDQ得到30V维持电压，电流限制在2.46A，这样如果实际工作时没有及时将RJ串入电路，即没有切除OJ电源，也就是说1SJ故障时或OJ触头烧熔打不开，ZDQ将一直是全压工作，通过的电流不能从9A减至2.46A。根据制动器规格，全压工作持续时间不大于1s,且全压工作功率为110x9=990W，刹车打开后，基本上以此功率产生热量，而靠制动器来散发，所以制动器温度上升很快，而且，加上其他损耗，变压器1B次级输出功率为1.11x990=1100W，将大大超过1日容量500VA，因此，如工作时间稍长，它将是烧坏ZDQ和1B的原因。测量(13.2)点线路不通，由此判断它是烧坏的原因。该延时器型号为JSC1-2，也是锚机控制箱配套电器厂产品。原理如图3所示。工作原理为：当电源通时，380V交流电经变压器B1降为24V，经桥式整流、滤波稳压后，直流电源通过电位器W和电阻R3向C2充电、电容C2上的电压按指数规律上升，当达到单结管BG发射极峰点电压VP时，BG发射结开始导通流过电位器W和电阻R3上电流转向单结管的发射极E,当这个发射极电流Ie大于BG管的峰点电流IP时，BG管就被触发，电容C2通过E、B和脉冲变压器B2初级绕组放电，在基极B1上出现正脉冲，经B2去触发可控硅SCR1导通，(调节W就可调整延时时间)，SCR1导通后，6V电源经SCR1整流滤波后又去触发可控硅SCR2，使其导通，进而继电器J在380V电源下接通。J接通后，通过自保触头，短接了SCR2，只有电源切断后，才能瞬间释放。根据(13.2)点不通，说明电源变压器B1初级断路，经直接观察无烧过痕迹。由于该电源变压初级电压380V，次级为24V和6V，实测铁芯面积为2.28cm2，据此，查得容量为3.5VA，初级匝数为5000多匝。实测初级线径为0.075mm。由于初级线径很细，匝数多，生产过程如不注意，很容易损伤，不清洁而引起局部霉变，绕的太紧有可能因发热膨胀而拉断，遇上船上温度高，振动撞击、凝露、盐露、油汽、霉菌等原因也很容易引起线圈断裂，经检查该变压器没有船检证书，生产工艺粗糙，铁芯和线圈都没有上绝缘漆，据了解，以往其他船曾几次发生2JSC坏，检查结果都是内部电源变压器初级不通。但2SJ不工作时，在控制操作时，只影响到控制第3档无速度，对其他元件不产生影响，使用上二挡速度基本上也能满足要求，所以没有引起足够重视。以上说明，1SJ确实是一个较易坏的元件。由于制动器修理，需要绕线、烘干一定时间，故障不能及时修复。为了保证能安全起行，同操作人员协作，只有在拆除制动器后，谨慎地起锚航行。等ZDQ、1B、1SJ修好后，测量修好的ZDQ直流电阻为12Q，更换1SJ,电源变压器初级电阻为3kQ，将ZDQ、1B、1SJ装上，将锚机修复到原始状态。开机试运转，实测通过ZDQ电流为9.2A,1s后1SJ触头动作，RJ串入电路，使ZDQ电流减为2.46A，控制线路工作正常，制动器工作良好。装船使用一定时间后，了解到锚机工作正常，没有再发生以上事故，所有1SJ不工作，是烧坏ZDQ和1B的真正原因。原理相同的控制箱，一旦1SJ出问题。工作时间稍长，就会引起ZDQ、1B烧坏，刹车就不能打开，锚机（或绞盘机）就不能工作，而且，还不能在船上马上得到解决，直接影响船舶生产和船员安全，所以保证RI电阻及时串入电路。长期、可靠、方便、快捷、就地解决1SJ不工作很必要。以下解决方法，各有利弊。1） 确保1SJ质量，满足船上环境需要，或者选用质量可靠的其他型号延时继电器来满足船舶需要，如选用JS7-2A延时继电器代替1SJ工作，此继电器船上使用较多，工作可靠，这样可从根本上解决问题，简单，不影响其他方面工作。但体积、接线变化，要视控制箱内固定位置而定。2） 由于1SJ不正常，而没有及时将RJ串入电路，一直到ZDQ、1B烧坏，锚机不能工作为止，对操作人员没有任何反应。所以，如果在OJ两端即（15.2）两点并联—指示灯到主令控制器上，根据1SJ内部原理图，在SCR2两端并联一个启动按钮，也引到主令控制器上，以手动代替SCR2工作。这样当操作人员操作时，发现此指示灯不熄灭，表示1SJ没有工作，这时应及时按下起动按钮，1SJ执行继电器工作，灯熄灭可正常工作。此方法一方面可保证锚机正常工作，而不烧坏ZDQ和1B,而且可及时发现1SJ坏，及时得到修理，但布线，增加元件，也给操作者增加了麻烦。3） 选用过电流延时继电器作自我保护。由于通过ZDQ的电流吸上为9A，维护电流为2.46A，可选用儿12型过流延时继电器，继电器线圈额定电流5A，吸上电流是它的1.8倍，将其与OJ触头串联，常开触点与SCR2并联，这样，如果1SJ不动作，根据儿12继电器反时限保护特性，将延时1min之内做动作，所带常开触点闭合，使OJ断电，将RJ串入电路，同时过流继电器也切除，不再工作，起到自动保护ZDQ和1B作用。此方法在1SJ坏后，能自动起保护作用，但对操作人员没有任何反应，不易被发现，所以需定期进行检查。4） 选用热继电器起保护作用。热继电器是在船上广泛使用的保护元件，工作原理是通过电流使热元件发热，迫使双金属片变形来推动动作机构，使其触点转换位置，其结构简单，可以在电路中长期或间断作过载保护之用，工作可靠，并且具有整定电流调节机构，具有温度补偿装置。选用船上备件JR16B-20/3TH热继电器，额定电压380V，电流调节范围为2.2~3.5A，共有三个发热元件，一套动作机构，具有单点双投式组合触点，采用自动复位（自动复位时间为5min），技术数据及性能见表3。特性曲线如图4所示（冷态开始，如从热态开始，动作时间为图示时间25%）。如将热继电器设定在3.5A，这样吸上电流时为设定值的2.6倍从特性曲线上看，动作时间为30s（冷态），将热继电器三个发热元件分别串联以后再串入OJ触头，并将其常开触头并接在1SJ的SCR2的两端。当锚机工作时，正常情况下，在1s后，1SJ就动作，热继电器工作无影响。如果1SJ不工作，经过30s后，（冷态开始）热继电器自动保护动作，使1SJ的J工作，将RJ串入电路，达到保护ZDQ和1B的目的。以上时间的设定应以可靠保护ZDQ和1B为原则来设定热继电器电流值，此方法备件充足，安装方便，工作可靠，是船上广泛使用的保护方法，既简单又经济，但要注意，在正常操作下，热继电器动作，说明1SJ坏，对设备进行了保护是我们希望的，这时必须需要5min后，才能自动复位，在此之前，RJ一直串入电路，不然当手柄回零后，热继电器还没有自动复位又重新操作手柄时，OJ不能通电，而使RJ继续串入电路，使ZDQ只有30V的电压，不能打开刹车，使锚机不能工作，另一方面，如果操作太频繁，即ZDQ起动频繁，将有可能导致热继电器动作，所以希望继电器设定值大些，满足一定的实际操作频率要求，而不动作，这时，对不正常的操作可进行限制，但又不能太大，如太大，又可能对ZDQ及1B不起保护作用。以上两点及操作人员必须加以注意。同样1SJ坏，对操作者没有反应，所以也要定期检查1SJ，发现不正常，应及时检查、修理。我们经过合理的调整热继电器，是能够满足要求的。⑸采用以上(2)和(3)或(2)和(4)同时使用，也可起到自动保护，又可及时发现1SJ坏及时得到修理，而给操作者减少麻烦。以上采用(3