某船柴油机紧急停车故障分析及排除
谭健 罗玲 王伟强
摘 要：柴油机是船舶动力装置和电站的原动机，柴油机安全可靠运行对船舶航行安全起着举足轻重的作用。为了避免柴油机发生重大事故，威胁船舶航行安全，现代船舶柴油机设置了操控系统、监视系统、安保系统;对柴油机重要的技术参数进行监测，超过整定值时发出声光报警和启动紧急停车保护动作。因此，船舶轮机管理员和船厂工程技术人员熟悉掌握柴油机安保系统项目和柴油机故障排除方法，尽快排除故障，恢复柴油机正常运行，对保证船舶航行安全具有重要意义。
关键词：船舶柴油机;紧急停车;滑油压力
中图分类号：U664.121 文献标识码：A
Case Analysis and Troubleshooting of Emergency Stop of
Marine Diesel Engine
TAN Jian， LUO Ling， WANG Weiqiang
（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.， Ltd.， Guangzhou 510715 ）
Abstract：
Diesel engine is the prime mover of ship power plant and power station. The safe and reliable operation of diesel engine plays an important role in the safety of ship navigation. In order to avoid major accidents of marine diesel engine and threaten the safety of ship navigation， modern marine diesel engine has set up control system， monitoring system and security system. The important technical parameters of the diesel engine are monitored. When the setting value is exceeded， the sound and light alarm will be issued and the emergency stop protection action will be started. Therefore， the ship engineer administrator and shipyard engineering technicians should be familiar with the diesel engine security system and diesel engine troubleshooting method， as soon as possible to troubleshoot， restore the normal operation of diesel engine， which is of great significance to ensure the safety of ship navigation.
Key words：
Marine diesel engine; Emergency stop; Lubricating oil pressure
1 前言
柴油機广泛应用于船舶工业中，作为船舶动力装置和电站的原动机。柴油机的安全可靠运行对船舶航行安全起着举足轻重的作用。船舶柴油机系统，通常由柴油机、控制系统及其辅助系统构成：柴油机主要运动部件有气缸、活塞、曲轴和连杆等;控制系统主要包括操控系统、监视系统、安保系统;辅助系统主要包括润滑油系统、燃油系统、冷却系统和空气增压系统等。由于柴油机系统的复杂性，引起柴油机故障有多种多样。这些故障轻则影响柴油机的经济性，重则导致柴油机发生重大事故，严重威胁船舶的航行安全。
2 柴油机的安全保护
为了避免船舶柴油机发生重大事故，威胁船舶航行安全，现代船舶柴油机设置了操控系统、监视系统、安保系统;对柴油机的技术参数进行监测，超过整定值时发出声光报警;对一些特别重要的技术参数超过整定值时，除发出声光报警外，还会启动紧急停车保护。
船舶柴油机紧急停车保护项目包含但不限于以下几种：超速、润滑油压力过低、润滑油温度过高、轴承温度过高。另外，控制系统本身的故障也会引起紧急停车保护动作。
2.1 超速紧急停车保护
柴油机超速运行是极其严重的故障，会使柴油机旋转和支承部件承受超出设计范围的离心力作用，轻则导致旋转和支承部件产生变形、裂纹使强度下降，重则导致旋转和支承部件断裂脱落，引发重大事故。所以为了保障柴油机安全运行，超速紧急停车保护是大功率柴油机必须设置的主保护，该保护在监测到柴油机转速达到报警整定值时发出声光报警，进一步上升至紧急停车保护整定值时触发紧急停车保护动作。
柴油机组超速的原因有：调速电控系统故障;柴油机快速卸载;燃油系统故障;控制系统被电磁干扰导致失控。
2.2 润滑油压力过低紧急停车保护
润滑油系统是柴油机组重要的辅助系统之一，该系统主要作用是润滑柴油机各运动部件，并具有一定的冷却、清洁和密封等作用。润滑油系统是否正常运行，直接关系到柴油机的安全稳定运行，该系统常发生的典型故障是润滑油压力降低，这会导致柴油机运动部件润滑不足过热损坏，对柴油机组产生致命的伤害。所以润滑油压力过低紧急停车保护，也是柴油机必须设置的主保护。该保护在监测到柴油机润滑油压力下降到报警整定值时发出声光报警，进一步下降至紧急停车保护整定值时触发紧急停车保护动作。
柴油机组滑油压力降低的原因有：润滑油系统泄漏;润滑油系统滤器堵塞;润滑油箱油位过低;润滑油温度过高;润滑油泵故障等。
2.3 轴承温度过高紧急停车保护
轴承是柴油机的重要支持和定位系统，保证柴油机稳定地输出功率。轴承按其作用可分为支持轴承和推力轴承。柴油机正常运行时，轴承的温度在设计范围内，异常振动或者润滑油系统故障会导致轴承温度异常升高，严重时引发轴瓦烧毁的严重故障，所以功率较大的柴油机设置轴承温度过高紧急停车保护是十分必要的。该保护在监测到柴油机轴承温度升高至报警整定值时发出声光报警，进一步上升至紧急停车整定值时触发紧急停车保护动作。
2.4 控制系统故障紧急停车保护动作
控制系统控制着柴油机启停、加速、减速、定速运行和故障紧急停车。由于控制系统基本属于电控系统，其主要部件均为电子设备，在实际运行过程中难免发生故障导致柴油机失控，使转速、润滑油压力、轴承温度等重要参数大幅偏离正常范围，最终导致柴油机紧急停车。控制系统故障主要有：主控制器故障;控制系统电源故障;外部电磁干扰;相关电子元器件故障等。
3 柴油机紧急停车实例分析
3.1 某船柴油机紧急停车事故概况
某船推进系统为双主机推进系统，由控制系统、两台柴油机、轴系和螺旋桨等组成。柴油机为双列、四冲程、水冷式柴油机，额定功率3 680 kW。柴油机发生紧急停车前，柴油机功率为2 051 kW、转速752r/min、船舶航速13.8 kn。在航行过程中控制系统发出声光报警和左柴油机紧急停车，右柴油機单机运行，船舶航速降至6.2 kn。
通过查询控制系统报警记录发现，引起柴油机紧急停车的原因是柴油机润滑油压力过低：润滑油供油压力从9：30：32开始快速下降，9：30：38降至报警整定值3.5 bar，并在3 s内继续降至1.5 bar，触发润滑油压力过低紧急停车保护动作，柴油机紧急停车。
3.2 润滑油压力过低原因分析及故障排除
该柴油机润滑油系统设置了两台供油泵，一台为电动预供泵，一台为机带主油泵。柴油机正常工作时，机带主油泵运行，电动预供泵停止，润滑油供油压力为4.6 bar。润滑油压力过低紧急停车保护逻辑：实际压力低于停车保护动作的整定值并延时2 s，润滑油压力低报警和停车保护动作的整定值是柴油机转速的函数，如图1所示。
柴油机润滑油系统图，如图2所示。润滑油系统主要由润滑油箱、润滑油泵、滤器及润滑油冷却系统组成。柴油机润滑油压力过低的原因，可能是：润滑油系统泄漏;滤器堵塞;润滑油油箱油位过低;润滑油温度过高;润滑油泵故障等。
柴油机运行过程中，由于振动、管路和密封件老化等原因会导致润滑油泄漏。如果是轻微渗漏不影响润滑油压力，柴油机可维持正常运行，择机进行处理即可;如果是泄漏量较大，则可能导致滑油压力急剧下降至停车保护整定值引发紧急停车。经对柴油机润滑油系统进行全面排查，未发现泄漏现象，且柴油机润滑油箱油位处于正常位置;进行管路排气检查也未发现系统内有空气渗入。
润滑油温度是影响润滑油压力的一个重要因素。润滑油温度过高会使滑油粘度和密度下降，压力也会相应下降。控制系统显示润滑油温度为 52.3 ℃，和柴油机运行工况相匹配，说明润滑油冷却系统工作正常，并非润滑油温度高导致压力过低紧急停车。
润滑油压力反馈系统故障也会造成控制系统的误动作引发紧急停车。压力反馈系统由压力传感器、模拟量模块、PLC主控模块组成，任何一个部件故障均会导致压力反馈异常。测量反馈线路绝缘电阻正常;技术人员在压力传感器（压电式）接线端注入4～20 mA模拟电流信号，系统显示压力均正常;使用手持压力泵对传感器进行实际加压试验，传感器压力反馈也正常。
润滑油系统管路不畅通也会导致柴油机润滑油压力过低引起紧急停车。润滑油滤器的作用是过滤润滑油中的杂质颗粒，保证润滑油品质，因此必须定期清洗滤器以保持油路畅通。紧急停车后对滤器进行拆检，发现滤器较为清洁，无较多杂质异物。
通过以上检查，均未发现导致润滑油压力过低的原因，因此技术人员分析极有可能是润滑油泵本身发生了故障。进一步对电动预供泵和机带主油泵及其进出管路和阀门进行检查，发现电动预供泵出口单向阀阀芯卡涩在全开位置。从图2可知，电动预供泵与机带主油泵并列运行，柴油机正常运行时仅机带主油泵工作。当电动预供泵出口单向阀阀芯卡涩在全开位时，机带主油泵输出的润滑油一部分流经电动预供泵出口单向阀和电动预供泵返回润滑油箱，使润滑油压力急剧降低从而导致紧急停车。单向阀修复后，重新启动柴油机试运行，润滑油压力正常，柴油机正常运行。
修复电动预供泵出口单向阀后，柴油机润滑油压力曲线如图3所示：
4 结束语
鉴于船舶柴油机系统构造的复杂性，引起船舶柴油机故障有多种多样。这些故障轻则影响柴油机的经济性，重则导致柴油机发生重大事故，严重威胁船舶的航行安全。因此，船舶轮机管理员除做好日常管理工作外，熟悉掌握柴油机安保系统项目和柴油机故障排除方法，尽快排除故障，恢复柴油机正常运行，对保证船舶航行安全具有重要意义。
参考文献
[1] 母忠林. 柴油机维修典型案例240例[M]. 北京：化学工业出版社， 2011.
[2] 傅克阳， 周美荣.船舶柴油机[M].上海：上海浦江教育出版社， 2013.
[3] 林业春.船舶电气及控制系统[M].上海：上海交通大学出版社， 2015.
[4] 阮礽忠.船舶电气设备维修技术[M]. 北京：机械工业出版社， 2018.