無(wú)論是采用定速可變螺距槳型船舶，還是可變速定距槳型船舶，主機(jī)轉(zhuǎn)速都是至關(guān)重要的一項(xiàng)參數(shù)。轉(zhuǎn)速傳感器作為主機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集元件，對(duì)主機(jī)轉(zhuǎn)速控制及超速保護(hù)都有著舉足輕重的作用。轉(zhuǎn)速傳感器故障會(huì)影響主機(jī)安全，而轉(zhuǎn)速失控則可能會(huì)引起嚴(yán)重的機(jī)損事故。大多數(shù)船舶采取配置多個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器的方式來(lái)提高主機(jī)轉(zhuǎn)速控制的安全性、可靠性。某遠(yuǎn)洋救助拖船采用瓦錫蘭W9L32型四沖程定速主機(jī)，額定功率2×4 500 k W，主機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)為750 r/min，控制系統(tǒng)采用UNIC2系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中的主控模塊(Main Control Module,MCM)單元集中了主機(jī)轉(zhuǎn)速控制程序，即電子調(diào)速器功能。現(xiàn)將工作中遇到的關(guān)于主機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的故障案例分享，供同人參考。1 故障現(xiàn)象2021年1月19日，某船由煙臺(tái)至海南執(zhí)行拖航任務(wù)期間，機(jī)艙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)報(bào)警顯示:左主機(jī)安全模塊(Engine Safety Module,ESM)系統(tǒng)(見(jiàn)圖1)故障報(bào)警，并頻繁消警報(bào)警。值班人員立即檢查左主機(jī)各項(xiàng)參數(shù)及集控臺(tái)儀表顯示情況，發(fā)現(xiàn)主機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，各油壓、溫度顯示正常，各參數(shù)均正常，機(jī)旁巡視檢查沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常聲音。因其頻繁報(bào)警并立刻消警，但主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，各參數(shù)也正常，故首先判斷為輸出“ESM系統(tǒng)故障報(bào)警”的接線松動(dòng)導(dǎo)致的誤報(bào)警，但5 min后出現(xiàn)ESM系統(tǒng)故障報(bào)警后，同時(shí)出現(xiàn)超速停車(chē)報(bào)警，軸帶發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)脫扣。值班人員迅速啟動(dòng)停車(chē)應(yīng)急預(yù)案，告知駕駛臺(tái)，左主機(jī)故障需檢修，現(xiàn)單車(chē)航行狀態(tài)。
2 故障分析ESM系統(tǒng)集成了與主機(jī)安全運(yùn)行有關(guān)的全部項(xiàng)目，主要功能有22個(gè)報(bào)警項(xiàng)目，例如模塊電源故障顯示、正常停車(chē)、故障自動(dòng)停車(chē)及手動(dòng)緊急停車(chē)控制、自動(dòng)停車(chē)越控、自動(dòng)停車(chē)功能閉鎖、柴油機(jī)啟動(dòng)閉鎖控制、超速停車(chē)控制、測(cè)速傳感器故障檢測(cè)報(bào)警、與自動(dòng)停車(chē)相關(guān)的壓力、溫度傳感器檢查報(bào)警，停車(chē)控制回路斷開(kāi)檢測(cè)(包括主機(jī)曲軸箱油霧濃度高停車(chē)回路、齒輪箱滑油壓力低停車(chē)回路、緊急停車(chē)按鈕回路等)、停車(chē)控制電磁閥回路斷開(kāi)檢測(cè)報(bào)警，但這些報(bào)警項(xiàng)目只是對(duì)停車(chē)安保項(xiàng)目的工作情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)報(bào)警，且產(chǎn)生此類(lèi)報(bào)警時(shí)，相應(yīng)報(bào)警LED燈常亮。雖然這些故障項(xiàng)目可以導(dǎo)致ESM系統(tǒng)故障報(bào)警，但并不能直接使主機(jī)自動(dòng)停車(chē)，且停車(chē)時(shí)各儀表顯示參數(shù)正常，并未發(fā)現(xiàn)相關(guān)報(bào)警，故可以排除例如停車(chē)回路、停車(chē)電磁閥、傳感器等斷線故障的可能性。經(jīng)查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致ESM系統(tǒng)故障報(bào)警且主機(jī)停車(chē)的報(bào)警項(xiàng)目有以下6個(gè)，包括:(1)超速停車(chē);(2)滑油壓力低停車(chē);(3)曲軸箱油霧濃度高停車(chē);(4)齒輪箱滑油壓力低停車(chē);(5)緊急停車(chē);(6)消防炮齒輪箱滑油壓力過(guò)低停車(chē)。故障報(bào)警顯示超速停車(chē)，而主機(jī)機(jī)旁與集控臺(tái)主機(jī)轉(zhuǎn)速表并未發(fā)現(xiàn)異常。為防止誤判，在確定實(shí)際并未超速的情況下，機(jī)艙人員決定再次啟動(dòng)主機(jī)，查看相關(guān)各參數(shù)。啟動(dòng)主機(jī)升速后，ESM系統(tǒng)報(bào)警出現(xiàn)，且頻繁消警報(bào)警，檢查集控臺(tái)各參數(shù)仍然正常，轉(zhuǎn)速表顯示正常，查看機(jī)旁控制箱內(nèi)ESM系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)Engine Speed Pulse指示燈(圖1中Pulse2)異常，輕微閃爍，懷疑主機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器異常。而此型主機(jī)所安裝的轉(zhuǎn)速傳感器就有4個(gè)，分別是ST196P、ST196S、ST173、ST174，安裝位置參考圖2。
查閱主機(jī)圖紙發(fā)現(xiàn)ST196P和ST196S為MCM主控單元的電子調(diào)速器提供轉(zhuǎn)速信號(hào)，ST196P為主，ST196S為輔。用于主機(jī)負(fù)荷控制，在主機(jī)負(fù)荷變化時(shí)，通過(guò)調(diào)速器來(lái)控制主機(jī)油門(mén)大小，使主機(jī)轉(zhuǎn)速恒定在750 r/min左右。其故障時(shí)在集中檢測(cè)的各處計(jì)算機(jī)有“第一傳感器ST196P失靈”或“第二傳感器ST196S失靈”報(bào)警顯示，實(shí)際情況并未出現(xiàn)此報(bào)警，故可排除ST196P、ST196S故障。故障應(yīng)為ST173或ST174其中1個(gè)。繼續(xù)查閱資料得知ST173與ST174是專(zhuān)用于ESM安全單元的超速保護(hù)的轉(zhuǎn)速信號(hào)采集器件。將其所探測(cè)的頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為與轉(zhuǎn)速成比例的模擬電壓，電壓信號(hào)用于觸發(fā)ESM系統(tǒng)中的內(nèi)部超速行程電路。2個(gè)傳感器的超速限制均固定為額定發(fā)動(dòng)機(jī)速度的115%(即862r/min)。ST173不僅具有超速保護(hù)功能，還為各處提供轉(zhuǎn)速參數(shù)信號(hào)，此傳感器失靈將導(dǎo)致主機(jī)各處轉(zhuǎn)速表失靈，而實(shí)際故障時(shí)轉(zhuǎn)速顯示為正常，故可排除ST173故障，應(yīng)為ST174故障。但在主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，檢查ST173及ST174傳感器，2個(gè)傳感器指示燈均常亮(見(jiàn)圖3)，似乎并無(wú)異常。為進(jìn)一步確認(rèn)故障點(diǎn)，將ST173及ST174在ESM安全模塊上的接線對(duì)調(diào)，再次啟動(dòng)主機(jī)，發(fā)現(xiàn)主機(jī)轉(zhuǎn)速顯示波動(dòng)，而主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)際正常，故而判斷ST174故障。ST174所測(cè)量的轉(zhuǎn)速值(錯(cuò)誤值)與ST173測(cè)量的轉(zhuǎn)速值(準(zhǔn)確值)之間存在誤差，根據(jù)說(shuō)明書(shū)介紹，其誤差大于額定轉(zhuǎn)速的5%時(shí)，會(huì)觸發(fā)轉(zhuǎn)速誤差大報(bào)警，但這個(gè)報(bào)警并不指令柴油機(jī)自動(dòng)停車(chē)。當(dāng)ST174檢測(cè)到的錯(cuò)誤轉(zhuǎn)速大于115%額定轉(zhuǎn)速(即設(shè)定的停車(chē)轉(zhuǎn)速)時(shí)，ESM系統(tǒng)會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為主機(jī)超速而發(fā)出主機(jī)停車(chē)的錯(cuò)誤指令，導(dǎo)致正常運(yùn)行的主機(jī)自動(dòng)停車(chē)。
圖3 轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)際安裝位置3 故障處理確定故障傳感器為ST174，機(jī)艙人員開(kāi)始解決這個(gè)問(wèn)題。根據(jù)此型主機(jī)控制原理，確定2種解決方案:(1)拆下故障傳感器ST174，由ST173傳感器代替其工作。這種方案將導(dǎo)致轉(zhuǎn)速表沒(méi)有指示，并且萬(wàn)一ST173也發(fā)生故障，此時(shí)設(shè)置在ESM系統(tǒng)中的柴油機(jī)超速自動(dòng)停車(chē)功能將不復(fù)存在，風(fēng)險(xiǎn)太高。(2)更換新的轉(zhuǎn)速傳感器ST174備件，使主機(jī)恢復(fù)正常。這種方案時(shí)間較長(zhǎng)，在拖航狀態(tài)下有各種不可預(yù)估的風(fēng)險(xiǎn)，如何快速準(zhǔn)確安全的更換故障傳感器，對(duì)機(jī)艙人員素質(zhì)有很高的要求。經(jīng)與輪機(jī)長(zhǎng)商議，跟駕駛臺(tái)溝通，考慮天氣風(fēng)浪及航行狀態(tài)等各種情況后，決定立刻更換故障傳感器。ST174型轉(zhuǎn)速傳感器為Magical Pulse Speed Pick Up磁脈沖式轉(zhuǎn)速傳感器，其工作原理為安裝在距離齒輪1.5～2.5 mm位置(見(jiàn)圖4)，根據(jù)齒牙旋轉(zhuǎn)輸出高低電平，形成脈沖信號(hào)，主控板通過(guò)計(jì)算得出轉(zhuǎn)速信號(hào)。更換時(shí)應(yīng)注意轉(zhuǎn)速傳感器與齒輪距離，太近的話齒輪容易對(duì)傳感器造成損傷，太遠(yuǎn)會(huì)造成轉(zhuǎn)速差。裝復(fù)后啟動(dòng)主機(jī)試驗(yàn)，主機(jī)恢復(fù)正常。
圖4 轉(zhuǎn)速傳感器安裝要求(x=1.5～2.5 mm)4 結(jié)束語(yǔ)在傳感器發(fā)生故障，而不是柴油機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)際升高的情況下，ESM系統(tǒng)突然保護(hù)性停車(chē)是非常致命的設(shè)計(jì)缺陷，尤其是對(duì)機(jī)動(dòng)性能有更高要求的海上救助專(zhuān)用船舶來(lái)說(shuō)。所以有必要對(duì)于該類(lèi)型柴油機(jī)的安保系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，減少因傳感器故障誘發(fā)主機(jī)意外停車(chē)事故的發(fā)生。建議提升傳感器質(zhì)量，增強(qiáng)傳感器使用的可靠性，或者對(duì)ESM系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，增加邏輯判斷，最大限度減少誤報(bào)警、誤動(dòng)作。船舶電機(jī)員應(yīng)加強(qiáng)電氣控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，多與主管輪機(jī)員進(jìn)行研究，弄清楚設(shè)備工作原理，并將學(xué)習(xí)成果進(jìn)行固化，這樣在處理突發(fā)故障時(shí)才能快速準(zhǔn)確找到原因，排除故障。故障排除后總結(jié)故障原因及查找過(guò)程，可得到如下啟示:(1)工作中要深入了解各個(gè)傳感器的功能，每個(gè)傳感器出現(xiàn)故障后的現(xiàn)象(尤其是1個(gè)參數(shù)由多個(gè)傳感器測(cè)量的);(2)出現(xiàn)故障時(shí)仔細(xì)檢查分析故障現(xiàn)象才能做到準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，為恢復(fù)船舶正常工作提供有力保障。參考文獻(xiàn)： [1]唐世正.船舶主機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器故障分析及處理[J].航海技術(shù),2021(04):33-35. 作者簡(jiǎn)介： 唐世正，電子電氣員，北海救助局
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