瓦锡兰电喷机燃油系统故障实例

导读

瓦锡兰公司RT-flex型电控主机广泛应用在远洋船舶上,轮机管理人员必须掌握其工作原理,熟练使用监控操作软件,并充分理解图表和数据的含义。

当主机发生故障时,电脑中的监控软件FlexView会显示相关的警报,轮机员需要结合故障现象、监控数据和性能趋势图进行综合分析,迅速找出故障原因并排除。

该型主机燃油喷射系统的核心部件一喷射控制单元( Injection Control Unit, ICU)属于故障多发部件,在日常管理过程中应予以重点关注。

笔者针对某船主机出现的启动故障,详述故障现象和处理过程,分析故障原因并给出建议,供同人参考。

一、故障现象及处理过程

1、分析对象

瓦锡兰7RT-lex58T-B型主机额定功率为1526kW，额定转速为105r/min,使用RMG380燃料油,主机累计运转约2100h。

该型主机ICU组成及原理见图1。

每个喷油器的燃油喷射均由1个共轨阀(CRV)和1个喷射控制阀( ICV )共同控制完成。

每循环喷入气缸的燃油(FQ)由FQ油缸和活塞位置确定,通过FQ传感器感受活塞的行程进行检测。

从控制系统WECS 9520给CRV发出喷射触发信号到实际开始喷射之间存在喷射延迟,实际喷射开始时刻用FQ活塞的移动进行检测。

2、故障现象

2014年6月18日,在该船前往俄罗斯Primorsk港途中出现燃油共轨压力低报警,主机可正常运转;约5h后,出现燃油共轨压力极低报警,主机自动停车;随后主机自动启动,但启动失败,共轨压力只有13MPa，且停车后压力下降较快；转至集控室操作，现象旧。

机旁操作主机可以启动，但空气消耗量较，共轨压力上升较慢。

拆检压力控制阀(PCV),发现活塞顶部存油较多,活塞卡阻在下位;拆出清洁后装复,更换新的控制电磁阀。

机旁连续正、倒车启动成功,但空气压力下降达1MPa,恢复航行。

之后又发现B1高压油泵(FOP)出口油温偏低(该机型燃油泵1组有4个FOP,分为A1、A2、B1、B2) ,齿条有卡阻现象。

抵达锚地后,整体更换PCV 及B1的FOP。

次日,机旁操车启动,消耗空气0.8 ~1 MPa后燃油共轨压力才达到53 MPa;从集控室启动主机,共轨压力只能达到23 MPa,共轨压力低报警,主机不能启动;再次转机旁操作,正倒车分别启动2次，共轨压力为50~54 MPa。

清洗伺服油滤器;拆卸燃油蓄压器至共轨管的高压油管,检查共轨进口单向阀,均正常;拆检换新PCV;更换A1、B2的FOP柱塞套筒偶件;拆检蓄压器止回阀和FOP出口管止回阀,均正常。

机旁启动主机,燃油共轨压力能上升至65 MPa左右,停车后压力下降耗时约50s(检修前耗时约15s)。

拆检共轨箱漏泄报警高压油管漏泄报警和供油单元漏泄报警装置,均正常;解体检修A2的FOP和相应的止回阀,未发现异常。

试车,现象依旧。

22日,船舶在靠泊时出现主机ICU 漏泄报警，No.3,5、7缸排烟温度偏高。

靠泊后,更换No.3、5、7缸喷油器,检查扫气箱,并将主机情况反馈给厂家，要求提供技术支持。

23日,在船舶离港时No.5缸排烟温度高,主机自动降速,船舶就近抛锚。

再次对PCV进行漏泄排查,更换No.5缸喷油器,检查高压油管状态,并更换No.5缸的ICU。

24日,No.5缸的ICU更换完毕,主机遥控启动正常,船舶恢复航行。

当主机转速加至73r/min时,No.3、7缸排温偏高;加速至88r/min ,情况稍有好转。

至此,主机启动故障基本可认定为ICU漏泄所致,但导致ICU严重漏泄的原因还需要进一步调查分析。

26日,船舶进行降速试验,主机No.3、7缸排温高,温差比离开Primorsk港时大,怀疑燃油质量存在问题。

因此通知公司尽早对油样进行精细化验,并通知租家在Rotterdam港重新加装低硫油,停用问题油,等待化验结果。

27日,船舶抵达 Rotterdam港锚地前,主机进行正、倒车试验,发现不能遥控启动,与靠泊Primorsk港的故障现象一致,紧急联系代理将ICU备件送到船上。

28日,备件上船后连夜更换主机No.3、7缸的ICV ,试车恢复正常。

启动时的耗气量明显下降,每次空气瓶压降0.1 ~0.2 MPa;主机停车后燃油共轨压力下降缓慢,6~7 min后降至2 MPa;启动时共轨压力能迅速建立。

至此,主机故障原因基本查明,故障被解决。

二、故障原因分析

1、ICU漏泄是导致故障的直接原因

ICU漏泄致使主机不能遥控启动,但能机旁启动。

原因是遥控启动设定时间短,燃油共轨压力达不到喷油器启阀压力(37.5 MPa);而机旁启动时人为增加时间,燃油共轨压力能达到40 MPa以上,主机即可发火。

拆检和换新部件能在一定程度上改善燃油系统的密封性,但没有从根本上找到故障原因。

直到出现主机ICU漏泄报警,船方向主机厂家寻求技术支持,最终选择更换No.5缸的ICU后,主机才恢复遥控启动。

在主机厂家远程技术支持下，通过查看FlexView上的喷射趋势(见图2)，可以看到 No.3、7缸的ICU喷射曲线有异常，当时已经出现No.3、7缸排温高的现象。

图2中的曲线表明, No.3、7缸的FQ活塞返回时间延长,原因是ICV早期磨损,导致过量的燃油漏泄、燃油共轨压力难以建立、启动困难。

在No.5缸的ICU更换前,其喷射趋势曲线应与其类似。

因此,在更换No.5缸的ICU后主机恢复正常,但随后No.3、7缸出现类似问题,导致主机机旁启动困难、遥控不能启动等问题。

直到更换No.3、7缸的ICV后,故障才得以彻底排除。

2、燃油质量问题是导致ICU漏泄的根本原因

在主机厂家的远程技术支持下,测量ICU的漏泄量,其结果见表1。

由表1可知,在No.5缸的ICU换新后, No.3、7缸的ICU漏泄量远高于其他缸;随后换新ICV,各缸的漏泄量才近似。

可知,No.3、5、7缸的ICU漏泄是导致系列故障的根本原因。

在Rotterdam港,主机服务工程师拆检某个缸的ICV。

可明显看见ICV滑阀已经出现明显的磨料磨损,外界混入的硬质颗粒导致滑阀出现纵向划痕,表面沟槽最终导致ICU出现过量漏泄。

统计该船近3个月的燃油化验报告,部分统计数据见表2,其中,在5月22日加装的低硫油化验报告中钠含量超标。

报告备注中认为,钠不是来源于海水,难以有效清除,钠含量偏高有可能导致燃油系统高压部件及排气阀的腐蚀。

4月18日加装的低硫油中“铝＋硅”含量偏高。

报告中也强调“铝＋硅”含量偏高,表明燃油中包含有磨料污染物,应通过有效分离减少磨料含量;建议采用分水机和分杂机串联工作的运行模式,并建议采集分油机进出口的油样作进一步化验、分析,评价燃油处理的效果。

船员未认真对待这2份化验报告中的建议,导致主机故障的发生。

三、管理建议

1、机舱资源管理的应用

目前,大部分轮机员都经过机舱资源管理(ERM)的履约培训,但船员并未很好地将ERM应用到实际工作中,仅做到部分关联研究。

主管轮机员的注意力分配存在问题,未掌握全部的重要信息，而收集的信息不完整就会导致指挥过程出现失误。

机舱资源未全部有效利用,延长发现和斩断失误链的时间。

作为轮机管理人员,一定要正确合理应用ERM,避免人为失误,为船舶安全提供保证。

2、燃油系统漏泄情况的监控

通过Flex View查看ICU的喷射趋势图,可判断其性能的好坏。

喷射趋势尾部曲线的明显偏离可作为判断ICU 漏泄的重要依据之一。

定期进行漏泄报警测试,定期拆开放残管测量ICU的漏泄量。

当出现单缸排烟温度偏差较大时,除排除常规因素外，还要测量ICU的实际漏泄情况,以便尽早解决。

另外,根据Flex View查看主机性能趋势,或通过实际观察监控主机停车后的压力下降速度,判断系统的漏泄情况。

如果主机停车后的压力保持时间少于2 min ,说明系统存在比较严重的内漏,需要进行排查。

3、FOP的监控

平常在海上运行期间,应根据主机负荷百分比与FOP排量百分比的差异,分析是FOP的容积效率下降,还是共轨系统上其他部件漏泄。

比较直观的方法是每天检查记录FOP的齿条刻度对应主机负荷的变化情况,定期检查FOP检漏点漏泄情况。

单台FOP齿条的卡阻不会严重影响其工作,只要及时发现并将其固定在刻度较大的位置,由其余的FOP排量变化保持燃油共轨压力稳定,等条件许可时及时进行检修即可。

须注意定期盘车检查凸轮与滚轮的跟随情况。

4、PCV的检查

PCV的功能有3个:

主机应急停车保护;应急释放部分油压,一旦 FOP齿条全部卡阻在最大位置,通过调整设定,泄放部分燃油,维持燃油共轨压力在50~60MPa,保证主机紧急情况的运转;超压保护，当燃油共轨压力达到105 MPa时泄压。

在正常情况下,PCV始终处在关闭位置,通过盘车和冲车观察燃油共轨系统的压力。

主机运行过程中,可通过测量漏泄回油管的温度判断是否发生漏泄。

需要说明的是,PCV拆解大修后,其压力设定和测试务必在瓦锡兰授权工厂进行。

5、加强燃油管理

尽量避免燃油混装,确保燃油分油机状况良好,选择适宜的分油机运行模式。

新加装的燃油要等化验结果出来后再使用。

如果常规化验合格,但钒、钠、“铝＋硅”等含量偏高,要格外引起注意并及时向船公司汇报。

定期对分油机进出口的燃油取样,并送专业机构化验分析。

不能单纯依据化验报告,简单判明加装的燃油基本符合使用要求,而忽视其中的某些指标偏高可能带来的损坏,以及忽略燃油化验报告中的提醒和建议。

6、燃油系统例行的保养

每天比较油门刻度、负荷指示和输出油门指令,以判断整个燃油系统的漏泄情况;每月截取喷射趋势图以比较判断ICU的漏泄情况。为防止 PCV卡阻,建议每3个月进行1次功能试验;每2~3年解体检查1次FOP、出油阀和缓冲器上的止回阀;在无明显异常的情况下,每5年或每运转30 000 h换新1次ICV。

另外,对于7RT-flex 58T-B型主机,建议在船上长期保有1套FOP总成备件、3~4套柱塞套简偶件、1套PCV备件、1~2套ICU总成备件、5~7套ICV备件。

四、结束语

本次主机启动故障的直接原因是ICU内部漏泄,导致燃油共轨难以建立压力,但其根本原因还是燃油质量和燃油管理问题。

轮机管理人员由于对电控主机的结构部件、操作以及维护保养不熟悉或缺乏足够经验,在故障处理过程中走了很多弯路,导致人力资源、备件资源出现浪费,并且船舶动力装置的可靠性和船舶航行安全性阶段性地处于极大的风险中。

燃油管理过程中也存在较大的疏漏,对燃油的处理建议未引起足够重视。

各航运公司应加强人员培训,使其熟悉新设备、新技术,并努力提高管理人员发现问题和解决问题的能力;广大轮机管理人员应加强船舶机电设备的日常管理和监控,提早预判故障出现的征兆并采取有效措施,避免紧急或危险情况的出现,保证船舶的航行安全。

本文原创作者系：大连海事大学 赵龙文（工程师）

大连远洋运输公司 赵祖斌 （轮机长） 贾信福 （轮机长）