一起柴油机起动故障分析及处理

20世纪50年代起，中高速柴油机开始应用于船舶电站。相比陆用柴油机，船用电站柴油机运行环境恶劣，起动、停机频繁，对电站柴油机的可靠性提出更高要求。本文通过对一次船舶电站柴油机起动故障的分析及处理，阐述如何排除船用柴油机起动故障及船用柴油机起动系统的管理要点,供同仁参考。一、设备简介某船舶配备2台柴油发电机组。机组发动机为直列、水冷、涡轮增压6缸数柴油机，型号为YANMAR6N18(A）L-V(见图1)。图1

柴油机缸径180mm，行程280mm，额定功率615kW，转速1000r/min。柴油机配置气动起动马达、woodward液压调速器，使用船用轻柴油作为燃料。2台柴油发电机组为船舶提供400V三相交流电，通过船用变压器提供220V日常生活用交流电。船舶正常航行时，船舶电网的电能由2台功率为1000kW的轴带发电机提供。轴带发电机由2台推进主机通过其输出端的增速齿轮驱动。使用轴带发电机时，2台柴油发电机组停止工作，作为备用电站。轴带发电机的运用大大提高了船舶经济性。船舶还配置了1台功率为90kW的应急发电机组，其在船舶电网失电后能自动起动并合闸，为船舶的主要设备及生活设施提供应急电能。船舶锚泊期间，一般使用1台柴油发电机组供电，另外1台备用;当需要使用大功率电器时，第2台并网供电。作为电站柴油机，必须随时处于可用状态，一旦出现故障将直接影响到船舶安全及生产运营。二、故障现象及排查1、故障现象某日船舶开航前进行主机起动，以保持主机随时可以进入运行状态。主机起动前,电网已由NO.1柴油发电机组供电;主机起动时，因使用的电气设备多，需要第2台柴油发电机组并网供电，故轮机部人员在机舱控制室遥控起动NO.2发电机组柴油机，但起动失败，轮机部人员立即转至本地进行起动，起动仍然失败，连续起动数次，均未成功。起动过程中，在柴油机飞轮处能观察到飞轮转动正常。2、故障排除针对故障模式，轮机部人员开展了故障排查工作。1)检查起动马达。首先检查起动空气压力，经检查，起动空气压力均保持在23MPa以上。将起动空气瓶的压力提高至30MPa后再起动柴油机，但还是无法起动。该电站柴油机的起动着火转速为80r/min，起动过程中柴油机的转速达到80r/min左右。更换新的起动马达备件后，故障依就存在。这排除了起动马达及起动转速低的原因。2)检查预润滑油泵。该电站柴油机配备了预润滑油泵，其在备用状态时自动运行，使柴油机处于润滑状态，便于快速起动。柴油机正常起动后，柴油机自带的机油泵的压力升高至规定压力后，控制系统给出停止信号，预润滑油泵自动停止运行。如备用时的润滑油压力低于设定值0.12MPa，控制系统会给出连锁信号，禁止柴油机起动。检查预润滑压力，其为0.14MPa，无起动的连锁信号输出。3)检查调速器。柴油机配置woodward液压调速器，设定的速度信号为1000r/min，其内部配有起动助推系统。在起动过程中，起动助推系统中的控制空气进人助推气缸，通过连接机构直接推动调速器输出杆转动，增大油门开度。经检查，起动助推系统工作正常。4)检查燃油系统。燃油系统中，如果燃油滤清器阻塞或柴油中有空气或水，会使高压油泵无法正常供油而导致起动失败。经检查，所有柴油滤清器清洁、工作正常;高压油泵处放气阀处未发现有空气或水。高压油泵柱塞运动是否正常及喷油定时是否正确直接影响柴油机的正常起动和运行。经检查高压油泵底部的凸轮轴，各缸喷油定时符合要求，高压油泵柱塞运动正常，无卡滞现象。5)检查缸盖。进、排气门工作正常与否直接影响柴油机起动和运行。检查各缸进、排气气门间隙，均符合要求;盘车检查各缸气门和摇臂动作，均正常。6）检查进、排气系统。进、排气系统工作异常会直接影响柴油机的正常起动与运行。检查增压器的压气机及涡轮，均正常，检查进气管、排气管及排烟管的背压，也均正常。7)检查各种温度。经检查，机舱内环境温度为38℃，柴油温度、润滑油温度及冷却液温度都比较适合柴油机起动，不存在因环境温度低而起动困难的原因。缸高压油泵齿条刻度，刻度均在3左右，符合要求。但在检查过程中发现，气控油门限制阀（见图2)的调节螺母有松动现象。图2气控油门限位阀根据故障现象分析，判断可能是该气控油门限制阀的调节螺母松动，导致起动时高压油泵供油量未到达合适的起动供油量而造成柴油机起动失败。三、故障处理重新调整并紧固气控油门限制阀调节螺母，本地起动柴油机，一次性起动成功，转至机舱控制室遥控起动，也一次性起动成功。然后进行多次起动试验，均成功，彻底排除了故障。该故障处理说明，在故障排查初期走了点弯路，未能及时仔细检查高压油泵控制供油量的工作状态，耽误了故障处理的时间。当检查起动空气及空气马达是正常、且能正常达到柴油机起动着火转速而排除起动系统故障时，应该要想到18h停车前柴油机运行是正常的，此时应尽快考虑从起动时柴油机是否能正常得到足够燃油方面着手进行排查。柴油机出现故障时，判断思路要清晰，应根据故障现象来判断最有可能出现的故障点，才能迅速正确地找到故障原因。四、故障原因分析气控油门限制阀有3个作用:一是在起动过程中，通过内部活塞的移动量来控制油门总杆转动量，限制起动时高压油泵供油过多而造成起动时转速过大;二是在柴油机停车时，通过内部活塞的移动迅速转动油门总杆来切断高压油泵供油，使柴油机停车迅速及时;三是柴油机应急停车控制，运行过程中，某个运行参数达到设定值会触发应急停车电磁阀动作，控制空气直接进入控制阀，使内部活塞移动来切断高压油泵供油。该柴油机的应急停车控制点为:润滑油压力低，冷却液温度高及柴油机超速。柴油机旁及机舱控制室都有应急停车按钮,如有应急突发事件需应急停车时，直接按动按钮进行停车，按钮直接控制应急停车电磁阀的动作。气控油门限制阀结构如图3所示。图3气控油门限制阀结构气控油门限制阀有2个控制空气的进口:起动控制空气进口和停车控制空气进口。柴油机停机时，停车控制空气通过停车电磁阀开启进入，推动下部活塞下移并通过调节螺母直接推动油门总杆的限位挡块（见图2)，直至高压油门齿条刻度为零处，使高压油泵供油量为零，柴油机立即停车。柴油机起动时，起动控制空气通过起动电磁阀开启进入，推动顶部活塞下移，通过调节螺栓下移来推动下部活塞下移，最终使调节螺母下移。调节螺母向下移动的距离可以通过调整调节螺栓和调节螺母来控制。起动时，使调节螺母向下移动一段距离的作用是，在起动过程中，防止调速器的起动助推器输出的力矩过大，使得各缸高压油泵的供油量过大而导致柴油机起动粗暴或超速。合理控制好起动时的高压油泵供油量，可使起动过程平缓。如果调节螺母下移距离过大，会导致高压油泵起动供油时限位块过早被限位，使油门总杆过早停止转动，从而使高压油泵停止进一步增加供油量,导致起动时高压油泵供油量过小而起动失败。如果调节螺母下移距离过小，会导致起动时限位块延后被限位，使油门总杆转动角度过大，导致起动时高压油泵供油过多而造成柴油机起动粗暴。因此，需要根据说明书给出的L₁和L₂距离，正确调整这2个距离，使起动时高压油泵的供油量在一个合适的范围。从以上分析可以得出结论，当时柴油机出现起动故障时，是因调节螺母松动，导致其位置下移，从而造成了起动时高压油泵供油量未达到起动时所需的量,导致柴油机无法着火燃烧而起动失败。五、起动故障预防及管理根据故障产生的原因，在平时的管理中，需增加对气控油门限制阀调节螺栓及调节螺母的定期检查和紧固，确保L₁及L₂在一个合理的范围内。为确保柴油机能迅速有效起动，平时管理中还应注意以下几点:(1)保证燃油的洁净度,定期进行燃油系统滤清器的清洁或更换;(2)柴油机燃油系统进油管路须保持一定的正压,防止空气进入，燃油系统设备保养完成后应及时排气;(3)保证起动空气压力在正常范围内，确保起动空气及控制空气的洁净度及湿度，以防止对起动系统的设备造成损伤;(4）定期对起动马达、起动分配器等零部件进行保养，保持完好状态;(5)定期对燃油系统零部件进行保养，确保喷油器开启压力及雾