RT-flex 主機的應用及特殊電氣故障的排除

0    引言

為適應世界各國日益嚴格的柴油機排放法規要求 [1]  ，同時為了降低燃油消耗，要不斷更新柴油機技 術，改善柴油機燃油燃燒過程，而影響燃油燃燒過程的 關鍵是燃油噴射系統的性能．RT-flex 機采用共軌平臺， 用一個設置在噴油泵和噴油器之間的具有較大容積的 共軌管把高壓泵輸出的燃油蓄積起來并平抑壓力波 動，再通過各高壓油管輸送到每個噴油器上，由噴油器 上電磁閥的動作控制噴射的開始和終止，電磁閥起作用的時刻決定噴油定時，起作用的持續時間和共軌壓 力共同決定噴油量 [2]  ．高壓噴油壓力可根據工況需求 靈活調整，精確而靈活地控制噴油定時和噴油量．

1   應用

主機試驗是船舶系泊試驗中最重要的試驗之一， 在實驗及調試過程中出現的問題也很特殊，解決并處 理好這些問題對于船舶的系泊及航行試驗的順利進

行起著至關重要的作用．

以某船廠建 造 的 49000t 級 原 油 / 成 品 油 輪 所 使 用的主機 WARTSILA 6RT-flex50 為例．該柴油機為兩 沖程、單作用、可逆轉、直流掃氣、直接換向、帶有廢氣渦輪增壓器的十字頭式低速柴油機，采用電控燃油共

軌噴射系統(俗稱電噴) ．原機型 RTA 主要是靠排氣 閥驅動燃油泵、凸 輪 軸 驅 動、換 向 伺 服 馬 達、燃 油 連 桿、執行器、VIT 裝置、起動空氣分配器來起動及控制 等．而 RT-flex 主機主要是由共軌平臺、WECS 控制和 供油單元來控制．

6RT-flex50 主機共軌單元主要由燃油共軌、伺服 油共軌、噴油容積控制單元和排氣閥驅動單元組成．

燃油共軌 : 主機運行過程中，供油單元燃油泵向 燃油共軌提供燃油共軌壓力保持在 600Pa 和 900Pa， 燃油壓力根據負荷進行調節，對 于 每 個 缸 都 有 一 個ICU 安 裝 在 共 軌 上，ICU 由伺服 油通過液壓軟 管 驅 動．每個 ICU 由三個共軌閥預先控制 ( 一個噴油器對應一個共軌閥) ．在一個計算角度，WECS 發出燃油噴 射指令．燃油控制閥打開，燃油開始噴射，同時噴射量 點持續測量燃油噴射量，當一定量的燃油噴射完成， WECS 就發出一個噴射停止的指令給共軌閥．

伺服油共軌 : 包含過濾的 80Pa 到 190Pa 的高壓 伺服油，由供油單元伺服油泵提供．壓力根據負荷進 行調節，對于每個缸都有一個二位三通閥 ( VCU) 安

裝在伺服油共軌上．VCU 由共軌閥預先控制，VCU 控 制伺服油流進或流出 VCU 氣缸．WECS 起動 VCU 來 控制排氣閥．

氣缸上裝有兩個噴油器，一個起動閥、一個安全 閥和一個示功閥．噴油器通過壓力燃油控制開啟，通 過彈簧關閉，起動閥通過電動控制開或關．

排氣閥驅動單元 :  閥控制單元由共軌閥預先控 制．在一特定角度，WECS 發出一個“排氣閥打開”的 脈沖信號，伺服油通過共軌閥進入二位三通閥的下邊 并且驅動閥桿上行，伺服油便可流進伺服油氣缸．通 過 VCU 活塞中的孔，伺服油流進活塞下部并且將活 塞驅動至上止點—排氣閥打開．在另一個計算角度， WECS 發出“排氣閥關閉”的信號給共軌閥，彈簧壓力 將二位三通閥向下推動并且空氣彈簧壓力將閥控制 單元活塞向上推動，活塞下方的伺服油泄放到伺服油 回油管中—排氣閥關閉．

WECS9520 電子控制系統對 RT-flex50 功能進行 控制．主要電氣由共軌箱 ( E95．01 ~ 06，共 6 只) 、電 源模塊箱(E85) 、接線箱 E12、接線箱 E111．1 ~ 3、接 線箱 E112、接線箱 E150、伺服油電氣控制箱 ( E92) 、 曲軸角度接線箱(E96) 、增壓器接線箱(E31) 、電源及 網絡分配箱(E90) 和油霧監測器接線箱 ( E15) 組成． 箱子均由主機生產商提供，除了 E85 散裝外，其它箱 子都裝在主機本體上．

E10 是安全箱，主要是為自動停車、減速、應急停 所用，E20 箱(帶四個速度傳感器) 為測速箱，E25 為 應急操作箱，這三個箱子由主機遙控廠家提供．信號 采集箱 E110、E120．1 ~ 2、E130 為 自動化廠家配置． 這些箱子都裝在主機本體上．供油單元懸掛在機駕輸出端，由曲軸齒輪驅動， 包括燃油壓力泵和液壓油泵．

2   優越性

在共軌單元的基礎上，此機型完全實現了燃油噴 射和排氣閥執行的電子控制．根據工況需求實現噴油 壓力、噴油量、噴油定時和噴油速率的動態優化和柔 性控制．使得柴油機的有害排放、噪音排放和冷起動

性能都得到了很大改善．這樣使得 RT-flex50 具有許 多優越性 : 1)  燃油噴射和排氣閥操作更靈活 ; 2)   比傳統(如 RTA) 機具有很高的效率 ; 3)  最大程度的降 低排放 ; 4)  精確測定容積的燃油噴射控制 ; 5)  單個 噴油器的控制 ; 6)  潛在的燃油噴射率的修正和噴射 壓力的選擇 ; 7)  更低的主機穩定轉速 －10% ~ 12% rpmR1 ; 8)  部分負荷燃油消耗率降低．

3   特殊電氣故障的排除

3．1   主機運行正常，但 WECS 報警

某船廠建造 的 49000t 原 油 / 成 品 油 輪 主 機 在 系 泊實驗運行過程中，突然遇到 WECS 報警，經檢各表 指示一切正常，主機運行也正常，未有特殊的聲音或 其它的煙霧及溫度異常等現象出現．手動停機后，經 電工核實線路和接線，發現其中一個曲軸角度傳感器 的連接線脫落，經分析，當時電工接線時擰得不緊，主 機起動后產生的震動使其脫落，而本機型有兩個角度 傳感器反應實際曲軸的轉角，WECS 根據傳感器角度 信號來控制燃油噴射和排氣閥開關的角度．兩個角度 傳感器互為備用，當其中一個傳感器損壞或者線路故 障等發生，WECS 會根據另外一個傳感器的信號來控 制，主機運行不受影響，照樣正常運行，但 WECS 會產 生報警，提醒船員需檢查并排除故障．如果兩個傳感 器都損壞或線路出現故障，則主機會停車．經過電工 再連接并適當擰緊后，WECS 故障報警消除了．

3．2   WECS 界面無法顯示

該油輪在主機系 泊 調試中，WECS 界 面 無 法 顯 示．船廠電氣工作人員仔細檢查主機及主機遙控部分 的所有外部線路及接線，都與設備資料要求一致，經 判斷應該是設備內部出了問題，后經服務工程師的分 析核實，問題出在 E95 箱中 FCM 模塊中，此模塊可能 已損壞．因為 E95 箱是共軌模塊箱，也是 WECS9520 電子控制系統的核心部分．沒有它，主機電噴的實現 和信號控制都 無 法 工 作，主 機 運 行 不 起 來．后 了 解， E90 箱中有備用的 FCM 模塊，所有軟件生產廠家在 下載的時候已保存在 E90 箱的模塊中，而 E90 箱中沒 有此模塊主機照常運行，有了新的模塊后可以再安裝 在 E90 箱中即可．因此服務工程師用 E90 箱中備用的 FCM 模 塊 更 換 一 下 E95 箱 中 的 模 塊，啟 動 主 機 后， WECS 界面顯示出來了，主機也可正常運行．

3．3   主機系泊試驗時未有排氣溫度顯示

該油輪在調試階段主機起動并穩定運行后，自動 化監測電腦里增壓器前、后排氣溫度和 No．1 ~ 6 缸后 排氣溫度顯示紅色，即故障顯示，并且未有具體的溫

度數值顯 示．經 檢 查，電 腦 中 主 機 的 有 關 其 它 參 數

( 如壓力等) 都正常，主機本體上的有關壓力及轉速 等表顯示也正常，本體上也未有 異 常 的 聲 音 及 溫 升 等．經分析，問題應該出在源頭，即傳感器上，經現場檢查，此船這 8 個排氣溫度傳感器是熱電偶式(Ni-Cr-Ni) ，不是通常用的 PT100 電阻式，而本船自動化廠家 為 KONGSBERG，康士伯廠家的模塊一般不能直接接 熱電偶式的傳感器，因為此模擬量輸入模塊通常只能 接 PT100 或 4 ~ 20mA 的模擬量信號，而本船把熱電 偶信號直接接到模擬量輸入模塊通道上，相當于模塊 未采集到這 8 個排氣溫度信號，所以自動化電腦里就 顯示不出來具體溫度數值．后經服務工程師在各傳感 器旁再配一個轉換器，轉換為 4 ~ 20mA 信號后，電腦 中的排氣溫度故障顯示消除了，也顯示了具體數值．

3．4   主機接線完畢后，開通電源，主配電板上的絕緣

監測裝置報警

油輪主機接線完畢后，合上集控臺交流、直流分 電箱上有關為主機服務的開關，結果主配電板上的絕 緣監測裝置報警，表示絕緣低．電工把此兩分電箱開 關全部斷開后，再一一合上核查發現，當合上主機軸 向振動監測單元開關時，絕緣監測裝置就會報警．電 工檢查發現主機上的軸向振動監測傳感器其中一芯 直接接地．經分析，主機選用配帶的這個傳感器是有 一芯直接接地的，而傳感器又連接到主機本體上的軸 向振動監測單元控制箱上，再從 箱 子 輸 出 4 ~ 20mA 信號到監測報警系統，而此軸向振動監測單元控制箱

電源由集控臺低壓分電箱提供，低壓分電箱電源由充 放電板提供，而后者正常時由主電源提供 ( 經主配電 板聯絡開關到應急配電板上的主電源) ，所以當傳感 器絕緣低時 ( 其中一芯直接接地) ，經過 上述線路會

引起整個配電系統絕緣低，當然主配電板上的絕緣監 測裝置會探測到．后經與主機廠家協調更換其它型號 的傳感器，經重新安裝后，絕緣報警消失了．

3．5   轉速表有小幅波動，似乎主機轉速不穩

油輪在航行試驗時發現集控室轉速表指針有小 幅波動，雖然波動的幅度較小，但是仔細看還是很容 易看到，經過核實，其它如駕駛室及兩翼、船長室、輪 機長室和機旁等處的轉速表都有此現象．經過試驗人 員的多次檢查各處接線是否正確及牢固，排除了電氣 外部系統故障的可能性，在船廠電工和主機服務人員

的共同努力下，從主機的本體上找到問題的所在．此

主機測速部分是由四個 PICK-UP ( 傳感器) 探測速度， 再送到機上測速單元箱內模塊去，此兩個模塊為四個 測速傳感器所用，每個模塊接入兩測速傳感器信號， 先各兩個之間互為比較，再互為備用，兩模塊與主機

遙控單元和監測系統網絡連接，為后者提供控制、顯 示、報警(包括超速) 等所用，所以一般情況下是很少 出現問題．由于很不巧，四個測速傳感器都擰得不是很到位，而在臺架及系泊試驗時 主 機 是 在 靜 態 下 試 驗，主機震動相對好些，對測速傳感器反映就不明顯， 轉速就沒大變化．而當船舶在航行試驗時，船是動態 的，再加上海涌及其它設備的運行，振動進一步加強， 幅度也大一些，因而四個 PICK-UP 就有細小的抖動， 時間一長，PICK-UP 就越來越松，到一定時候抖動幅

度增加，達到一定的幅度時接觸不穩，所以轉速顯示 不穩(主機實際轉速還是穩定的) ，轉速表指針有小

幅波動．試驗人員對此裝置進行適當擰緊固定，抖動 問題得到了解決，轉速表上的指針就穩定了．

3．6   增壓器進口廢氣溫度約升高到 500℃ 時，監測

報警系統電腦上溫度數據顯示異常

油輪在主機系泊調試階段，模擬做增壓器進口、 出口廢氣溫度報警時，發現當進口廢氣溫度還未達到 報警數值時，監測系統電腦已顯示報警，并顯示某一 初始值．經過檢查及查閱資料，發現此溫度傳感器量 程為 0 ~ 500℃ ，而此船報警設定值為 550℃ ，所以當 溫度超過 500℃ 時已超出量程了，這樣測量出來的數 值也就不對了．但模擬做每缸排氣溫度報警及降速和 增 壓器出口溫度時，由 于 設 定 值 分 別 為 430℃ 、 450℃ 、350℃ ，都在 0 ~ 500℃ 量程內，所以做它們的試 驗時都未出現異常．經與廠商協調更換此量程為 0 ~  600℃的傳感器，更換后測試，電腦增壓器進口溫度顯 示就正常了，后來向船東船檢交驗就很順利．

4   結語

RT-flex 系列主機采用了電子化和高層次的自動 化技術，通過高壓燃油共軌燃油噴射，使其具有高度 的控制靈活性和超強的性能以及極低的排放，這必將 使其成為未來船用低速柴油機的主要發展方向，也大 大增強了柴油機的競爭力．上述幾種情況為 RT-flex 系列主機系泊及航行試驗的特殊電氣故障，當調試過 程中發生各種各樣的故障或問題時，只要認真分析、

仔細檢查，一般都能發現故障所在，并采取有效的措 施，問題也就能迎刃而解 [3]  ．

參考文獻 :

         [1]   王洪峰，徐建新，等．船用中速柴油機 NOx  排放性能優化研究．船舶工程

         [2]   方峰．柴油機高壓共軌燃油噴射系統初探 [TK] ．江蘇船舶

         [3]   李國榮，楊杰．交流發電機系泊試驗 特 殊 故 障 的 排除．江蘇船舶，