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一次船用电喷主机爆缸问题的分析和处理

新闻来源:中国船检    浏览量:611 张骁驰 2018-05-18
        FIVA阀是电喷主机中最重要的部件之一,其运行是否安全稳定,对船舶的安全航行至关重要。有一次,本人在对某船试航检验过程中遇到的电喷主机爆缸问题,至今记忆犹新,在此,把当时的事件还原,希望能给予业界以思考和启示。
        当时,我在对某船进行试航主机的时候,在主机达到额定转速工况后约20分钟,系统发出成组报警:
        Group:Illegal ELFI/FIVA Position (CCU4) (Slowdown),引发主机自动降速,增压器喘振,遂手动控制主机停车。
        随后,我们进行初步查找和排查原因,主机服务商对4缸CCU进行循环测试,4缸排气阀反馈信号显示排气阀没有关闭,各方初步认为可能是4缸FIVA阀卡滞故障。由于试航时检测条件相对较差,因此各方商议决定直接用备件对4缸FIVA阀总成进行更换。
       更换完成重新开始试验,在主机低速试车及CSR等工况下,主机正常运行。在主机达到额定转速工况约30分钟后,系统再次发出成组报警:Group:Illegal ELFI/FIVA Position(CCU4)(Slowdown),并引发主机爆缸,4缸缸盖橡胶垫片损坏,主机自动降速,手动控制主机停车。
        于是,我们再次查找原因,根据两次现象初步分析,主机服务商判断可能是4缸CCU处理系统出现问题,用备件对4缸CCU进行更换。
        重新开始试验后,在主机低速试车及CSR等工况下,主机正常运行。在主机达到额定转速工况后约20分钟,系统再次发出同样的报警。为防止再次出现爆缸等现象,造成船舶更大危险,试验终止,等待拖轮补充备件。
       接下来,继续分析、查找原因。我们考虑到,低速主机MOP系统除对FIVA阀控制系统基本情况进行实时监控外,在系统发生错误时,对错误发生时间的前后总计5秒内所有监控点的电信号形成HCU Events曲线图予以记录,通过此曲线图,可全面了解当前故障情况下,各个部件前后共计5秒时间段内的具体位置,供维护人员进行分析参考。
       将一个完整冲程曲线图放大,可以精确地反映出CCU发出控制信号后,FIVA阀、喷油泵柱塞、排气阀三者对于控制信号的反应情况,即按照FIVA阀预设值设定,CCU发出指令电流,FIVA阀位置反馈信号显示按照预设值进行动作,同时,由于FIVA阀的动作,导致排气阀和喷油泵柱塞随FIVA阀控制进行动作,并将位置反馈信号送回CCU,完成负反馈闭环自动控制。
       在停机查找原因过程中,本人将三次事件的HCU Events曲线进行了比较和分析,发现第一次事故和第三次事故发生时各个信号曲线完全一致,第二次事故在发生前的各个信号曲线与其他两次完全一致。可以判定,三次事故在发生时遇到的问题是相同的。
      我们放大第三次信号曲线发生故障时的曲线图,并与主机正常状态下的曲线图进行比较发现,在主机正常运转的情况下,FIVA阀位置反馈信号与FIVA阀理论设定位置信号曲线基本保持一致。但在故障曲线图中,横坐标约2.11秒的位置,FIVA阀位置反馈信号陡然上升,脱离理论设定位置信号曲线。从喷油泵柱塞位置曲线和排气阀位置曲线可以看出,喷油泵开始开启,排气阀开始关闭,说明FIVA阀反馈信号实际地反应了FIVA阀确实在高位,并控制喷油泵和排气阀按照预先的设置进行动作,因此FIVA阀的反馈信号并没有发生错误,FIVA阀确实卡阻在顶部。
        关注点主要集中在导致FIVA阀阀芯始终在上部的原因。并初步认定,FIVA阀是由于下部腔室压力较大,导致FIVA阀无法下落。考虑到下部腔室压力较大是先导阀始终处在下位,而先导阀位置主要由CCU给出的控制电流进行控制。因此,故障的关注点转移到了先导阀和CCU给出的控制电流上。
        由于先导阀也是FIVA阀组的一部分,同样考虑到不同新产品发生完全一样机械故障的可能性较低,因此关注点集中在了控制信号的动作上。
        通过观察故障图,我们发现,在FIVA阀位置反馈信号发生陡然上升的过程中,CCU给出的控制电流根据位置反馈信号相应给出了减小控制电流,使先导阀电磁线圈磁力减小动作,但动作并没有实际发生,因此随着电磁力持续不变,导致先导阀始终在下位,液压油始终充满主阀下控制腔。主阀按理论设置位置,本应由下位到中位持续一段时间。充满液压油的下控制腔由于持续的压力导致主阀从下位快速直接升到了上位并保持不动,随后发生了一系列故障。
        因此,故障关注点转移到是什么原因导致了CCU给出的控制电流信号没有控制先导阀电磁线圈动作上。
        此时,又将关注点转移到与另两次故障有所不同的第二次故障上。我们分析,与第一次故障和第三次故障相比,本次故障发生后,FIVA阀芯快速升到上位后始终保持不动,而第一次和第三次很快回到了下位。这个区别直接导致了本次故障发生后,喷油泵柱塞始终在高位,而排气阀始终关闭,导致了爆缸。这次与众不同的爆缸现象也启发了本人考虑一个问题:如果周围环境条件完全相同的情况下,是什么原因导致有的时候FIVA阀芯保持不动,有的时候FIVA阀芯回到下位?
       将两个问题结合起来,我猜想,CCU的控制电流接线出现了虚接的情况。回顾前两次发生故障后相关备件的更换情况,第一次更换了4缸FIVA阀组并对阀组进行重新接线,第二次更换了缸盖橡胶垫片和4缸CCU,并对CCU进行重新接线。考虑到重新接线发生相同故障的可能性较低,排除了CCU和FIVA阀组两端接线出现了问题。对CCU FIVA接线图上相关接线情况分析后,最终,焦点集中在连接CCU和FIVA阀组的端子排上。
        由于端子排产品质量问题,会导致接线发生虚接情况,考虑到环境振动影响,端子排接线会导致一定频率的震动情况下导致断路;或者也会导致信号时断时续,甚至完全断开。
        备件到货,保证主机和船舶安全可靠性后,经各方商定,对整个4缸电控系统进行重新接线。将端子排进行更换,并着重将端子排接线端子线路虚接进行逐个排查。在重新接线后,进行基本检测无问题,重新进行主机耐久试验,主机运行良好,在随后的试航过程中再没有出现相关问题,顺利完成余下全部试航试验。通过完成试验的情况,可以证明端子排接线虚接是本次主机爆缸问题的发生的诱因。
       本次事故的发生,体现了随着电喷技术的提高,主机电气部分接线的可靠性变得尤其重要,在船厂生产制造过程中,也要对接线部分慎之又慎,将此类问题发生的几率降到最小。
图中左起第一人为张骁驰

       张骁驰,毕业于大连海事大学,硕士学位,现为中国船级社青岛分社建造处验船师。具有多年船用产品检验和建造船舶检验经历。其所在的外籍油轮项目组因零缺陷通过国际大型石油公司检查而多次赢得业界的好评。
 
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