【船机帮】某船发电柴油机高温水故障停车案例
船机故障心莫慌，遇事不决船机帮
导读
柴油机冷却水温度是船舶重要状态参数之一， 水温过高影响柴油机的散热效果，导致柴油机零部件热负荷升高、部件强度降低，同时使滑油温度升高 、黏度降低,润滑效果恶化，加大运动部件的磨损。
长时间在超过最高允许温度条件下运行，还会出现密封件老化、缸套漏水，甚至出现拉缸、轴瓦烧损等严重事故。
本文主要阐述YANMAR6EY18LW型发电柴油机高温水控制系统的工作原理，分析髙温水故障停车原因并提出解决措施，为轮机管理人员处理类似故障提供参考。
一
高温水工作原理
某远洋救助拖船配备3台YANMAR 6EY18LW 型发电柴油机，单台功率为500 kW，高温水高温报警值为95℃，高温水停车保护值为 100℃。
某日，在3台发电柴油机运行20000h 的大修保养后，对1#发电柴油机进行磨合与负荷试验，当空载试验和 25%及50%负荷试验时，发电柴油机高温水温度、滑油温度、滑油压力等参数均正常；
当负荷达到400kW左右时，高温水温度在极短的时间内迅速上升，相继触发高温水高温报警和高温水温度高保护停车，全船失电。
试验 2#、3#发电柴油机时均发现有此现象。
图1 YANMAR 6 EY18L W 型发电柴油机冷却水循环系统
YANMAR 6EY18LW型发电柴油机的高温冷却水循环系统（见图1)采取二级温度控制：
当柴油机低负荷时，高温水采用一级水温控制，温度控制在 (85±4) ℃，避免高温水温度过低造成缸套及缸头冷却腔的低温腐蚀；
当柴油机高负荷时，高温水采用二级温度控制，气动阀3(以下简称“阀3”）动作，高温水温度控制在（60±4)℃ ，使柴油机在重载的情况下减少热负荷，增加滑油黏度，减少运动部件的磨损。
1.柴油机低负荷
(1) 当高温水水温<55℃时 ,55℃恒温阀1(以下简称“阀1”）不动作，出机高温水经阀1、节流孔6 、机带高温水泵4进入机体，形成机内闭式循环，此循环属于快速暖机模式。
(2) 当55℃高温水水温<81℃时，阀1逐渐开启，81℃恒温阀2(以下简称“阀2”）不动作。
一 部分高温水按（1)模式工作；
另一部分出机高温水经阀1、阀3、阀2和节流孔6后通过高温水泵4进入机体，此时高温水循环仍是机内闭式循环，属于快速暖机模式。
(3)当高温水水温≥81℃时，阀1全开，阀2 逐渐开启，开启开度随着温度的上升而增加。
一部分出机高温水按（2) 中第二部分方式闭式循环；
另一部分出机高温水经阀1、阀3、阀2出机体至经冷却器7冷却后，再经过机带高温水泵4进入机体，这部分高温水属于开式外循环，内、外循环的流量分配由阀2开度来实现，使高温水温控制在(85±4)℃。
2.柴油机高负荷
图2 高负荷模式电磁阀（控制阀3)控制原理
当柴油机高负荷时，电磁阀具体动作原理（见图2 )为:
在网发电机的配电屏程序控制器（PPU)采 集发电机在网信号及负载信号，向柴油机程序控制器SMR输出发电机主开关合闸信号和发电机负荷达到额定负荷(75±5)% 的信号。
图3 发电柴油机高温水二级温度控制逻辑图
由高温水二级温度控制逻辑图（见图3)可知：
柴油机运行并在网 30min情况下 ,负荷达到输出功率的（75±5) % ，延时10s,柴 油机程序控制器SMR输出信号使继电器VX得电，使其辅助触点P2-35闭合，电磁阀MV得电，为阀3提供气源，阀3动作;
此时，出机高温水全部经阀1、阀3 出机体至经冷却器7冷却后，再经过机带高温水泵4 进入机体，高温水全部走外循环，使高温水温度维持在（60±4)℃。
二
故障分析
3台柴油机经多次试验，发现以下规律:
在主机未运行（主机低温水泵未开启）时，发电机负荷在390kW以下，柴油机各项参数正常，高温水出机温度不超过89℃；
当负荷增加至400kW左右，此时高温水显示温度达100℃,触发柴油机冷却水高温停车保护。
结合原理图分析，造成高温水高温保护停车的可能原因包括以下几点：
(1) 低温冷却水温度控制器故障或低温水冷却器脏堵。
低温水温度控制器设定温度为32℃，如果低温冷却水温度控制器故障或低温水冷却器脏堵, 会使低温冷却水系统温度无法恒定在32℃，整个低温水系统温度偏高，致使柴油机高、低温水泵进口温度偏高，造成柴油机高温冷却水高温停车。
(2) 高温水温度显示传感器、高温报警传感器和高温停车控制器故障。
高温报警传感器和停车温度控制器反馈的温度高于实际温度，导致停车保护装置提前介入使柴油机停车。
(3) 长时间运行，发电柴油机高温水泵内部部件出现一定的磨损，造成高温冷却水压力不足、流量降低，冷却效果不佳。
说明书规定高温水泵出口压力为0.15 ~0.40 MPa，而本机压力为 0.17 MPa,符合说明书规定值但偏低。
(4) 阀1或阀2出现故障或装配错误，无法正 常开启，高温水出机温度无法长时间维持在（85± 4)℃。
(5) 阀3故障不动作。
如果控制电磁阀的电气控制系统故障或阀3卡阻，当负荷达到输出功率的(75±5)% 时 ，阀3不动作，高温水系统低负荷高温模式未能及时切换到高负荷低温模式，导致高温水温度快速上升。
三
故障排查及解决措施
1.故障排查
(1) 低温水温度控制器设定32℃，在主机和发电柴油机都在高负荷运行情况下，板式淡水冷却器出口温度恒定在32℃，排除低温冷却水温度控制器故障或低温水冷却器脏堵。
(2) 校验高温水温度显示传感器、高温报警传感器和高温停车控制器。
使1#发电柴油机空车运转，依次拆下各传感器和温度控制器的感温探头。
将标准水银温度计探头和温度显示传感器探头一起放入容器内加热，比较两者显示温度基本无差别。
将温度显示传感器、高温报警传感器和高温停车控制器的感温探头容器内加热：
当高温水温度显示95℃时，柴油机高温报警；
当温度达到100℃时，柴油机高温停车。
排除温度显示传感器、高温报警传感器和高温停车控制器故障。
(3) 拆检高温水泵，检查叶轮、泵壳，未发现明显磨损。
同时测量叶轮吸入口外径与泵壳之间的径向间隙，测量结果为0.85mm，在标准值范围 (0.78~0.87mm)内，结合工作压力0.17MPa也在正常范围内，排除高温水泵内部磨损超限。
(4) 拆检高温水控制阀模块，仔细检查阀1 和阀2的装配情况，未发现异常。
考虑在本次大修中阀1和阀2均换新改型备件，只是外观稍有差异。
决定重新对2 个新阀做功能试验，
首先检查阀2,将新旧2个阀放在水中加热：
当温度为79℃时，旧阀开始动作；
当温度为81℃时,新阀开始动作。
新旧阀2未动作时测量图4中的A值 (A值的变化量就是阀的开度）均为46.5mm(见图 4 )。
图4 新的81℃恒温阀结构
阀开度随着温度的增加而增大：
当水温86℃时，测量旧阀2的A值54.0mm、新阀2的A值49.3mm;
当水温达95℃时，旧阀2的A值56.6mm、新阀2的A值55.7 mm。
这符合说明书规定的“当温度大于95℃时 ，A总长度≥55.5 mm”的要求。
同样测试阀1亦正常。
排除阀1或阀2出现故障或装配错误。
( 5 ) 检查阀3(见图5) 动作是否正常。
图5 阀3工作原理
试验发现:
在正常情况下，逐步增加1#发电机负荷，当负荷增加至390kW(大约为额定负荷78 %) 时，阀3动作，此时导杆长度为8mm，阀3不动作时导杆长度为28mm,与说明书规定值一致,排除阀3故障。
由上述分析可知，整个高温水系统找不出明显的故障。
在故障排查中观察主机低温水对发电柴油机高温水的影响规律。
主机低温水泵不运行时，发电柴油机高温水压力1.58kPa,负荷达到380kW时，高温水水温88℃，当负荷达到390kW以上，阀3动作，柴油机短时间内高温停车。
如果拆除阀3控制电路，使阀3始终不动作，当发电机负荷400kW时，高温水水温 89℃；
当负荷达 470 kW时 ，高温水温度维持在93℃。
在主机低温水泵运行时，发电柴油机高温水压力1.91kPa,发电柴油机高温水系统存在以下规律:
当发电机负荷290kW时，高温水温度89℃;
当发电机负荷增加至350kW时（阀3未动作），高温水温度 93℃。
可知：
在主机低温水泵开启时，发电柴油机高温冷却水背压升高0.33kPa,高温冷却水流量减少,冷却效果变差，高温水温度偏高;
在主机低温水泵未开启时，当发电机负荷达到400kW时，柴油机发生高温停车现象，与此时水温偏高（88℃）和阀3正好动作有关。
再次分析冷却水系统图，经冷却器的低温冷却水进机后分为3路:
1路经主机低温水泵供往主机，
另1路通往发电柴油机低温水泵，
第3路通往发电柴油机高温水泵。
当主机低温水泵运行时，主机低温水泵排量达200m³/h，使整个低温板式冷却水系统背压升高，流经发电柴油机高、低温水泵的水流量减少。
发电柴油机高温水在低负荷高温模式运行时, 部分出机高温水经阀2回到高温水泵，部分出机高温水经阀2去低温水冷却器。
具体流量分配由阀2 的开度决定。
当负荷增加至高负荷时，阀3动作，瞬间将经阀2回到高温水泵的水流切断，所有的出机高温水都经阀3通往低温冷却器，此时发电柴油机高温水泵进口流量全部来自于冷却器的低温冷却水分支，由于高、低温水泵型号相同且高温水泵位于进机管系的远端，高、低温水泵之间存在“抢水”现象， 短时间内，相比阀3未动作时高温水泵流量有所降低,冷却效果变差，此时如果立即增加柴油机负荷，高温水温度快速上升。
在正常条件下，当发电柴油机负荷增加至 390kW时，此时高温水温度88℃左右，阀 3延时10s动作，柴油机进入高负荷低温模式，如果继续增加负荷，高温水温度持续上升，直到高温报警停车，如果此时降低负荷至340kW 以下等待1~2min后（根据图3可知，即使短时间内柴油负荷降至设定负荷之下，阀3动作时间将持续30min，高温水一直执行高负荷低温模式），再持续加负荷至高负荷区间，高温水温度先上升至90℃左右 ,然后缓慢下降，最终恒定在 62℃左右。
四
解决措施
本案例故障主要原因在于当柴油机高温水温度偏高，低负荷模式切换高负荷模式时，高温水泵短时间流量不足，而流量不足有以下几个方面的原因：
本船受救助拖船布置的局限性，低温膨胀水柜设置高度过低,使发电柴油机低温水和高温水静压不足;
主机低温水泵排量达200m³/h,使整个低温板式冷却水系统背压升高，流经发电柴油机高、低温水泵的水流量减少;
本次柴油机大修更换阀2,新阀与旧阀在80~90℃开度存在明显区别，新阀开度比旧阀小3mm左右，使高温水去冷却器的流量偏小。
综合考虑，可以采取以下措施解决本次故障。
(1) 适当降低冷却器的设定温度，使冷却器出口温度恒定在30℃以下。
本船主机、发电机等设备共用低温板式冷却器，当外界环境温度较高与主机负荷较高时,冷却器旁通阀全关的情况下，冷却器出口温度也只能维持在32℃。
当冷却器热负荷比较大时,在冷却器出口温度基本上在32℃ 以上，所以采取降低冷却器出口温度的方法来解决此故障不合适。
(2) 增加发电柴油机高温水泵的初始压头，将低温水系统膨胀水箱加高或者在低温冷却器至发电柴油机高、低温水进机管路上单独加装1个水泵，以此提高冷却水进机压力；
增加冷却器至机体的冷却水管径。
上述方法均可以增加进高温水泵的流量，强化冷却效果，使低负荷高温模式切换至高负荷低温模式时水量充足，减少高低温水泵之间的“抢水” 现象，但对整个系统改造比较大，实施起来较复杂且周期较长，这些措施只能作为备用方案。
(3) 在发电柴油机冷却水低负荷高温模式阶段 ，适当增加阀2开度（见图4) ，使高温水回低温冷却器水量增加，以降低高温水温度。
经反复试验，在记忆合金和推杆中加装与推杆材质相同的厚度为3mm的小垫块。
试验成功后，定做加长3mm的推杆。
当水温大于79℃时，改装好的新阀开始慢慢打开 ,85℃时阀2的A值为51.1mm，95℃时 阀2的A值为56.2 mm,满足“说明书值≥55.5 mm”的要求。
(4) 在符合说明书规定的范围内，降低柴油机高负荷低温模式的负荷设定值，相比原来的设定值高温水第二级控制阀3动作提前，使柴油机提前进入高负荷低温模式。
在阀3动作期间，高温水泵存在“抢水”现象。
在冷却水流量不稳定期间，适当降低负荷设定值使柴油机总体热负荷降低，在高温水温度没有上升到极限前，高温水泵流量已趋于稳定。
随着冷却水效果增强，高温水温度逐渐降低直至稳定。
查阅配电板相关图纸，得知图3中GEN LOAD (75±5)% 的开关量由PPU中1030 over current 2 set point这个参数设定，进入发电机操作屏PPU设置菜单，原参数为7 8% ,即负荷达390kW，阀3开始动作。
经过多次试验，对于本机来说，将该参数设置为70%(350kW)较为合适。
将3台发电柴油机PPU中 GEN LOAD参数重新设置为70%。
发电柴油机高温水系统经过上述（3 )和（4 )措施调整改造后，进行多次负荷试验:
在高温水第二级切换之前，即柴油机负荷在350kW以下，柴油机高温水水温稳定在85 ℃左右；
当负荷增至350kW后，大约延时10s高温水第二级控制阀3动作，高温水水温在上升至1 个峰值后迅速下降，并最终稳定在62℃左右，整个过程耗时大约80s。
后期对其他2台柴油机也进行同样改造和调整，3台柴油机多次进行350~500kW负荷试验，高温水最高峰值为89℃，距离高温水报警和高温停车余量较大，高温水高温停车故障得到解决。
五
结束语
YANMAR 6EY18LW型发电柴油机高温水系统有高低负荷2种模式，结构与原理较复杂，且影响高温水温度的因素较多，需要多种方法并用。
由于本船在设计上的局限性，低温膨胀水箱位置偏低，发电柴油机高、低温水静压偏小，为该故障的根本原因。
在暂时无法改变膨胀水箱位置的情况下，采取对高温水系统中的新阀2推杆进行改造和降低发电机高低负荷模式转换设定值使阀3提前动作等措施，最终使发电柴油机高温停车问题得以解决，保障船舶运营安全。
本文原创作者系：
东海救助局 何天浪 朱佳波
END
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