隨著船舶柴油機技術(shù)的發(fā)展和全球環(huán)境保護的日益加強，越來越多的遠洋船舶采用電控型柴油機，目前主要有MAN B&W公司的ME和WARTSILA公司的FLEX等2種機型電控柴油機。由于采用了高度智能化的控制單元，電控柴油主機具有高度靈活的控制功能，可實現(xiàn)很高的噴射壓力，達到極佳的燃油霧化效果，并實現(xiàn)靈活精確的噴油定時控制和理想噴油過程的壓力控制，達到各個工況下最佳經(jīng)濟性或最低有害排放，還可實現(xiàn)對液壓排氣閥、氣缸注油器以及起動和換向的靈活控制。電控柴油機采用電控單元取代傳統(tǒng)的凸輪軸驅(qū)動機構(gòu)，使柴油機的運行可靠性有了很大的提高，同時也表現(xiàn)出與常規(guī)柴油機不同的運行特征和管理特點[1,2,3,4]。本文收集了近十年來發(fā)生的船舶電控柴油機典型機損案例101件，從故障類型、事故原因和故障部位等方面對機損案例進行統(tǒng)計分析，揭示遠洋船舶電控柴油機的工作運行和維護管理特點，為今后維護管理提供參考。1 典型機損案例某船主機型號為HYUNDAI-MAN B&W 12K98 ME7,額定功率為72 240 kW,轉(zhuǎn)速為94 r/min。2015 年11月5 日，該船從歐洲返航擬靠泊上海洋山港，引航員登船前主機正倒車試驗均為正常。船舶航行至泊位前，駕駛臺發(fā)出1 個倒車車令，主機No.10 缸突然發(fā)出FIVA 閥反饋信號故障警報，主機安保系統(tǒng)啟動，自動減速，無法加車。輪機人員立即對No.10 缸進行復(fù)位操作，警報消除并復(fù)位。主機正常運轉(zhuǎn)時未出現(xiàn)該警報，但啟動時又會偶爾出現(xiàn)。因此，將No.10 缸FIVA 閥隔離，封缸運行，確保主機正常運轉(zhuǎn)，使船舶安全靠妥碼頭。經(jīng)理論分析，可能導(dǎo)致FIVA 閥反饋信號故障報警的原因有：FIVA 引導(dǎo)閥故障、FIVA 閥反饋探頭故障、CCU-10 板輸出信號異常和FIVA 閥反饋信號電纜故障。為了確定故障的具體位置，按以下步驟逐一進行了排查。1)檢查FIVA閥反饋信號電纜線路和接頭是否松脫或接觸不良，切斷電源，拔出CCU-10 板上的插頭檢查線路是否存在絕緣不良等現(xiàn)象，均未發(fā)現(xiàn)明顯異常。2)將FIVA先導(dǎo)閥換新，并在MOP上進行HCU功能測試，測試未能通過，故障未被消除。3)將FIVA閥整體換新，再進行上述測試，試驗值在參考范圍內(nèi)，認為故障可消除，但當(dāng)船舶離港時，該故障再次出現(xiàn)。4)船舶到達天津港后，將該缸CCU-10板換新并進行HCU功能測試，試驗值在參考范圍內(nèi)，但當(dāng)船舶離港時，該故障依然存在。經(jīng)分析比對，將故障目標鎖定在CCU-10板至接線盒處的電纜線上。該FIVA 閥反饋信號電纜線和接頭以及絕緣等情況均為正常，但可能受到其他線路的電磁信號干擾，導(dǎo)致No.10缸FIVA閥反饋信號超出范圍而報警，使主機自動減速。為證實該故障因素，臨時采用1根4 芯屏蔽線從No.10 缸CCU-10 板接至接線盒處，且不與其他線路固定在一起的方式處理，此后，在船舶數(shù)次進出港時，主機再未出現(xiàn)報警，故障消除。后經(jīng)仔細檢查，在隱蔽處發(fā)現(xiàn)該缸FIVA閥反饋線路與另一電纜束垂直交叉緊靠在一起，2組電纜交叉相碰發(fā)生磨損，外部絕緣層和金屬屏蔽層由于船舶振動而磨破，但導(dǎo)線絕緣層尚未磨穿，因此絕緣值測試量為正常，但卻導(dǎo)致No.10 缸FIVA 閥反饋信號受到其他線路的電磁干擾。這種情況在傳統(tǒng)的二沖程柴油機上很少發(fā)生。近幾年，船舶電控柴油機得到越來越多的應(yīng)用，大大改善了船舶油耗和排放情況，但其事故的表現(xiàn)和處理與傳統(tǒng)柴油機相比卻有不同的特點[5,6,7,8,9]。本文通過收集整理的101個船舶電控柴油機機損案例，對各個事故的發(fā)生現(xiàn)象、故障部件、故障類型、發(fā)生原因、機型、故障部位和排除措施等進行了詳細分析，找出與常規(guī)二沖程柴油機不同的故障特征。部分案例分析見表1。2 機損案例分析在101個機損案例中，ME機型71個，F(xiàn)LEX機型30個。由于ME機型裝船量明顯多于FLEX機型，因此，并不能說明ME機型的故障率高于FLEX機型。以下做具體分析[10]。2.1 故障類型從機損事故的故障類型來看，臟堵或臟污14例、油水氣泄漏8例、異常關(guān)閉2例、銹蝕或咬著4例、松動或脫落12例、失效或失靈4例、設(shè)置錯誤或其他3例、磨損或破裂20例、孔徑不同2例、卡阻12例、斷路或接線錯誤2例、短路或燒損3例、堵塞5例和電磁干擾10例(見圖1)?？梢姡p或破裂故障發(fā)生率最高，加之松動或脫落、卡阻、銹蝕或咬著等共71例，與傳統(tǒng)柴油機故障類型非常相似。由于船舶設(shè)備的工作環(huán)境十分惡劣，長期處于高溫、高壓、強腐蝕和強振動等不良條件下，才會出現(xiàn)較為頻繁的金屬疲勞事故。要提高船舶設(shè)備的運行可靠性，必須加強設(shè)備狀態(tài)檢測和故障診斷技術(shù)的推廣應(yīng)用，盡早發(fā)現(xiàn)故障，避免引發(fā)重大機損事故。此外，臟堵或臟污、油氣水泄漏和堵塞的故障率也較高，共29例，表明設(shè)備日常維護的重要性。因此，應(yīng)做好定期檢測并加強維護，確保高壓管件的密封和油水氣通道的通暢。另外，還發(fā)現(xiàn)斷路或接線錯誤、短路或燒損和電磁干擾故障18例，這在傳統(tǒng)柴油機故障中很少有，也體現(xiàn)出電控柴油機的故障特征。由于電控柴油機控制線路多，處于船舶振動環(huán)境中，易造成線路松動、接觸不良、屏蔽層磨損和電磁干擾等故障。因此，日常應(yīng)加強控制線路檢查和維護，以確保電控柴油機的正常工作。
2.2 故障原因從故障發(fā)生原因看，異物卡塞7例、橡膠老化2例、未知24例、維修過失1例、設(shè)計不合理4例、日常維護不到位22例、其他5例、金屬疲勞4例、加工不良3例、管理失誤7例、操作不當(dāng)5例、材質(zhì)不佳2例和安裝不正確16例(見圖2)。
圖2 機損事故的不同故障原因 除不明原因之外，由于設(shè)計不合理、日常維護不到位、加工不良、管理失誤、操作不當(dāng)或安裝不正確等造成的機損案例共58例，占整個機損案例一半以上，再次證明人因失誤是船舶機損事故的主要原因。因此，加強輪機人員的技術(shù)技能培訓(xùn)，提高日常維護和操作管理水平，是減少船舶機損事故的有效措施之一。2.3 故障部位從機損事故的故障部位來看，阻尼或油量活塞4例、油路1例、遙控系統(tǒng)3例、伺服油系統(tǒng)5例、掃氣道1例、軟件1例、蓄壓器1例、燃油噴射泵5例、氣缸注油器4例、起動閥2例、噴油器3例、排氣閥9例、濾器3例、流量控制閥2例、控制線路8例、角度編碼器4例、機帶液壓泵2例、高壓油管1例、電源系統(tǒng)1例、電磁閥4例、傳感器3例、MPC板6例、MOP1例、ME-V閥及活塞3例、ICU1例、HCU3例和FIVA閥10例(見圖3)。由圖3可見，在所有的機損事故中FIVA閥、排氣閥和控制線路的故障率最高，其次伺服油系統(tǒng)、燃油噴射泵、MPC板、阻尼或油量活塞、氣缸注油器、角度編碼器和電磁閥的故障也較高，這與傳統(tǒng)柴油機的故障特征有很大的不同。盡管電控柴油機取消了常規(guī)的凸輪軸驅(qū)動機構(gòu)，使柴油機的啟動、換向故障大大減少，但電控單元和線路故障則有所增加，如FIVA閥、MPC板、角度編碼器和控制線路等部位易發(fā)故障。如果將阻尼或油量活塞、角度編碼器都作為傳感器的話，則傳感器故障高達14例，說明控制模塊的故障率較高，因此應(yīng)確保關(guān)鍵器件有足夠的備件。同時，機械故障，特別是液壓排氣閥、燃油噴射泵和伺服油系統(tǒng)等故障也較多，應(yīng)對機械部件維護保持足夠的重視。
總之，船舶電控柴油機在經(jīng)濟性、排放物低害性和可靠性等方面優(yōu)于常規(guī)二沖程柴油機，但由于其在實船應(yīng)用時間不長，仍需長期應(yīng)用經(jīng)驗的積累。一方面輪機人員應(yīng)不斷提高電控柴油機的操作和維護管理技能，不斷豐富實踐經(jīng)驗，充分利用電控系統(tǒng)提供的豐富信息，迅速查找和排除各類電氣故障；另一方面應(yīng)設(shè)法進一步提高電控柴油機的運行可靠性，如設(shè)計更加友好的人機界面，加固線路的接頭連接和屏蔽保護，采取狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷等手段及時發(fā)現(xiàn)故障，避免事故進一步擴大，以保障船舶柴油主機的運行安全。3 結(jié)束語船舶電控柴油機具有與常規(guī)船舶柴油機不同的故障易發(fā)部件和機損特征，因此提出了不同的管理要求。除了傳統(tǒng)的機械故障外，還應(yīng)注意斷路、接線錯誤、短路或燒損以及電磁干擾等電氣故障。在船舶機艙的日常運行管理中，除了觀察常規(guī)的“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象外，還要特別注意電氣線路的接線、短路和電磁干擾等現(xiàn)象，以保障電控柴油機的運行安全。[1]胡以懷,高雨頎,郭磊等.船舶電控柴油機的典型故障統(tǒng)計分析[J].航海技術(shù),2023,No.260(02):44-48.
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