ME-C系列船用电喷柴油机运行常见问题和管理要点（二）

  ME-C系列船用电喷柴油机运行常见问题和管理要点（二）

本文同时发表在大连海事大学《世界海运》2016年8月第40卷，总第254期， 转载请注明出处。

在ME电喷主机中关于电气系统常见的故障，本文将分控制单元，执行机构，传感器，人机交换界面，电磁噪音和地绝缘，以及检测诊断系统来逐一介绍。

 

这里所说的控制单元指的是ME电喷主机ECS (Engine Control System)中用到的MPC(Multi-Purpose Controller),

根据不同的控制功能被分为:

ACU (Auxiliary Control Unit)，辅助控制单元，控制副主风机和伺服液压油泵

CCU( Cylinder Control Unit),气缸控制单元，控制单缸的喷油/排气阀/注油器等

ECU ( Engine Control Unit),柴油机控制单元，ME主机的调速器

EICU(Engine Interface ControlUnit) , 柴油机通讯控制单元，负责和除ECS以外的系统进行通讯和数据交换

SCU(Scavenge Control Unit)，扫气控制单元，控制EGB， VTA等改善扫气压力

CWCU（CoolingWater ControlUnit），冷却水控制单元，控制前面提到的LDCL 系统

 

执行机构单纯的指ME电喷主机ECS (Engine Control System)中的执行元器件。比如说FIVA电磁阀，气缸注油器，液压泵的斜盘等等。

 

传感器指的是ECS系统中用到的各种用来检测转速，位置，温度，液位的探头。常见的如：FIVA的位置反馈信号，排气阀的位置反馈信号，高压油泵的反馈信号，液压泵斜盘位置反馈信号，气缸注油器的液位传感器等等。

 

人机交换界面就是我们说的ECS系统中的两台MOP(Main Operating Penal)。

检测诊断系统指的是MAN Diesel & Turbo 自己研发的用来检测主机工况和诊断的CoCoS -DS （Computer Controlled Surveillance– Engine Diagnostics System）和PMI

（Pressue Monitoring Instrument）系统。

 

 

2.1 控制单元常见问题

 

目前ME电喷主机上出现过两种不同的MPC，如下如所示：Fig 11可以用于所有不同的控制单元，Fig 12 的MPC 10 只能用作CCU，并且这两者不可以互换的。不管是MPC，还是MPC10，安装在船上的时候，是安装在防护等级为IP66的密封电气控制柜里，控制柜一般装在主机机旁控制侧的机架上，见Fig 13.

MPC 是主机制造设计厂商MAN Diesel & Turbo 公司自己研发设计的，试验温度在

– 70 ℃ ~ +140 ℃，所以，即使机舱的温度大部分时候都不低，但是也不会影响其工作性能。下图统计了不同的制造厂商，不同的三个船东从2008年到2011年统计出现的故障率

从上图来三个客户XYZ来分析MPC在造机厂的故障率（绿色），船厂（黄色）以及装船之后使用时候的故障率（红色）。

Y 客户在主机制造厂家的时候故障率是最高的，这段时间出现问题最主要的原因是由于MPC在制造的过程中本身就存在缺陷，或者是主机制造厂家在安装的过程中出现了损坏。

Z客户在船厂时候故障率最高，说明MPC 在安装的过程中损坏的比较多，或者本来Z客户选择的主机制造厂家电缆布线的工艺，制造工艺不够过关。

 X客户在交船之后使用过程中故障率最高，再看绿色和黄色部分，虽然不是最高，但是，都相对比较高，说明主机在造机厂船厂都没有很好的被对待。整个工艺和施工质量是最差的，到最后才导致极高的故障率。

下图是一些常见的在主机厂家，船厂和用户手上MPC出现过的问题：

目前大部分造机厂都可以很好的按照厂家的施工工艺进行布线和安装，但是，有些船厂就不一定了，施工质量层次不齐，尤其是沙滩造船兴起的时候。这种问题不仅仅出现在中国船厂，连韩国船厂也一样。

针对上述统计数据，作为船东和用户我们可以从以下几个方面加强控制以减少后期运营成本

• 新船监造人员在造机厂，造船厂监造的时候，尤其是电缆敷设的时候就需要开始注意监造质量了，一旦所有电缆敷设完毕，后面出现问题想整改都很困难，有时候甚至问题在哪里都找不出来。下图中MPC接线出现在刚刚出厂不久的船上，不用说IP66的等级了，就是刚刚交船的时候MPC上面已经被积灰覆盖了。尤其是EICU， EICU 是装在集控室的，这一部分布线和安装是造船厂负责的，有很多船是直接把MPC装在集控柜的里面，连EICU柜子都省了，下图Fig 16就是典型的例子。

   

• 所有的电缆敷设均需要遵循设计厂家的生产图纸工艺规范要求，正确的敷设屏蔽线，使用符合规范要求的电缆盘根，电缆扎带，清晰明确的标示电缆。这些不起眼的小问题往往最后带来大的灾难。

   



• 在船电机员要定期（每个月一次）检查所有ECS控制柜的接线，清洁控制柜，尤其是金属粉尘，如果出现会导致MPC短路，出现控制故障。建议，购买一只小型的真空吸尘器用来清洁内部灰尘。需要特别提醒的是，在出厂的时候，每个控制柜里会放一包干燥剂，有些船上发现这些干燥剂放了5年之久，由于受潮，MPC控制柜已经开始腐烂，生锈了。所以，在船电机员在检查的时候，需要清除了控制柜里不必要的其它物品。

• 另外，电机员/轮机员在船更换MPC的时候，一定不要带电操作，在拆的时候，一定最先切断电源，装复后最后接通电源。避免在操作的过程中损坏MPC。

    

  2.2 ECS系统执行机构FIVA（Fuel Injection Valve Actuation）常见故障

   

  ECS 系统中执行机构很多，比如气缸注油器，机带液压泵，各种电磁阀，其中故障最多也最频繁的就是控制燃油喷射和排气阀动作的FIVA电磁阀。在ME主机进入市场的早期，可能出现过由于FIVA本身的先导阀控制电路部分故障导致的问题，但是，随着后期设计的改进和经验的积累，这部分故障基本上不存在了。根据最近10年的服务经验，在所有出现的故障中，绝大多数是因为液压油脏引起的FIVA电磁阀先导阀卡阻，导致不能正常工作。还有一部分是由于FIVA使用时间超过25000小时以上时，产生的正常磨损，会出现内漏，这个时候会引起（Exhaust Valve Stroke Low）排气阀开启行程过低等报警。脏污的液压油也会造成机带液压泵的控制阀故障。

   

  很多FIVA甚至在试航的时候就会出现卡阻，交船后的前半年也是FIVA故障高发期，最主要的原因是整个液压管系中没有被投油带走的污染物在主机运行过程中，经过振动，会从焊缝，法兰接口等出来进入液压系统，此时，如果系统中的6μ滤器工作状况不好的话，很容易就会出现上述描述的各类问题。见下图主机在车间试车的时候，液压油的清洁等级会达到ISO 4406 16/13，或者NAS Code 7，但是这是在机器静止不运转的情况下进行的投油检测的结果，当柴油机开始运转，以及试航的时候，所有设备都开始运行的时候，振动会比投油的时候更加剧烈。

   

因此，在试航和试车台试车的时候，5μ 的”Running –in  Filter” 会装在FIVA，液压泵的控制电磁阀上，有的甚至在试航之后还会使用一段时间。

 

在整个柴油机的生命周期里，对于此类故障的管理重点就是保证工作介质-液压油的清洁，无论是在造机厂，船厂还是交船以后。对于液压系统和主机滑油系统合在一起的ME主机，日常的精细管理更为重要了。

 

MAN Diesel & Turbo 现在已经推出可以在船上检修FIVA的维修包了，如果FIVA主阀芯磨损严重，只能进行换新。现在新的FIVA从原来的”Plug Type” 改成了“Tail Type”，根据实际使用经验，”plug type”在主机运行的过程中会由于振动造成接触不良导致故障。需要提醒的是，在从“Plug Type” 换成”Plug Type”的时候注意接线图纸，一般会有一张新的图纸随着新的FIVA一起送到船上，电机员在接线的时候需要注意。有时候还会出现“Tail Type” 的线不够长，无法直接从FIVA直接接到CCU，中间需要加装接线盒的，这些细节都需要考虑到。

 

FIVA换新之后，一定要在MOP – Maintenance – Function Test –HCU 界面做功能测试，以确定接线正确，并且保存测试结果。

 

至于液压泵，气缸注油器，故障率是很低的，即使有，一般也很容易解决。这里就不赘述了。

 

2.3 ECS系统中传感器常见故障

 

ECS系统中有很多用来检测液位，感应位置的传感器。比较典型的就是气缸注油器的液位传感器，反馈信号传感器，排气阀位置传感器，高压油泵位置传感器，角度编码器装在飞轮上的MSA传感器，扫气压力，启动空气，控制空气压力传感器。这些传感器有一个共同的特点就是，它们都不能像其他系统用的传感器一样自己来调零点。如果损坏，只能换新处理。好处就是它们都不需要标定，是傻瓜式的“Plug n play”.

 

这些传感器最常见的问题可以概括为以下几类：

 

• 传感器本身的故障，比如设计缺陷，质量问题。这些问题在最早期的机器上出现过，比如气缸注油器的液位传感器会导致ECS系统地绝缘故障，排气阀和高压油泵位置传感器由于在生产的过程中出现缺陷，会导致使用缺陷等。这些问题在2010年之后基本上就不存在了。

   

• 传感器探头脏污，或者液位传感器探头的安装部位有空气；还有固定不牢靠，由于振动影响产生的不连续，不规范的反馈信号，或者与传感器连接的电缆出现短路，造成假的信号。ECS系统中采用了很多相互冗余备用的传感器，可以时刻相互监视，出现偏差时系统会自动报警，给故障排除带来了很多便利。

建议在船轮机员/电机员加强日常巡视，发现问题及时处理，如松动的紧固件，电缆扎带，定期清洁裸露的传感器，做好保养记录。

 

2.4 ECS 人机交换系统（MOP?）和监测测量系统（PMI-CoCoS EDS）常见故障

ECS系统有两台相互冗余的人机交换系统Main Operating Panel A /B (MOP A /B), 用来显示ME主机在工作时候的参数，以及供轮机员操作主机，调整主机工况，处理报警。两台MOP 同时工作，相互冗余，即使两台都不工作，主机照样可以运转，并且负荷不受限制。MOP其实就是两台船用电脑，触摸屏的。MOP电脑的操作系统还是Windows XP，只不过是特殊的定制系统，没有家用电脑Windows XP系统的很多功能，最重要的是没有安装杀毒软件。真个电脑里只安装了ME主机的控制系统软件– ME-ECS SW，同时有所有MPC 控制单元的备份软件/参数。

PMI （Pressure Monitoring Instrument）也就是我们说的电子示功仪，用来测量主机工况的工具。根据不同的配置，分成Offline PMI, Online PMI 和Auto Tuning PMI. 其系统图分别如下图所示。

Fig 22: Offline PMI 的标准配置图

Offline PMI 只配有一个测量缸内压力的探头，因此需要轮机员手动的一个缸一个缸进行测量，全部缸测量完成之后，数据传到PMI PC，形成完成的主机工况报表，包括单缸的PV图，PT图，偏差值。机务/轮机员可以根据测量的数据对主机工况进行手动调整，以平衡主机单缸工况，达到降低排放，节省燃油的目的。同时，各缸负荷一至也可以减少主机的机械故障，如缸套磨损，轴承损坏，等等。

Fig 23: Online PMI 的标准配置表

Online PMI 是在Offline 的基础上升级而来的，所以它具备Offline的一切功能，但是，由于，Online系统给每个缸配备了一个检测压力的传感器，永久的安装在示功考克上，所以Online PMI 可以实时在PMI PC上检测主机工况参数，只要主机开始运转。如果轮机员发现需要对主机参数/工况进行调整，可以随时手动的进行调整，调整后的主机参数/工况继续实时的被Online PMI 监视，行程由操作者参与的闭环控制系统。

Auto Tuning PMI 的硬件和Online PMI的硬件基本是一样的，区别在于，Auto
Tuning PMI 实时采集的主机工况数据同时被送到MOP电脑ME-ECS
软件中，ME-ECS软件中的Auto Tuning 功能会对主机的实时工况进行实时调整（每10转调整一次），保证主机永远一直处于最佳的工作状态中。保证最经济，排放最低。

Fig 24：ECS SW 中的Auto Tuning PMI 界面

CoCoS -EDS （Computer Controlled Surveillance– Engine Diagnostics System）是用来收集和记录/分析主机参数的一种程序。是一种功能非常强大的类似于主机大数据平台，如果按时备份，它可以记录主机一生所有的参数，并且可以用不同的形式将这些参数呈现出来，比如说柱状图，趋势图，线性变化，等等。

CoCoS – EDS的软件是和PMI的软件安装在同一个电脑上的，所有这台电脑又叫PMI-CoCoS EDS PC。在早期，这台电脑是由船厂/造机厂提供的，MAN对其没有规定和要求，因为只需要普通的电脑就可以满足要求，所以，一段时间里出现了百花齐放的景象，各种品牌，各种型号，各种操作系统的电脑都出现在船上了，有的电脑里有各种照片，各种电影，各种病毒…..全部是老外的船上用的电脑是中文操作系统。这种乱象，直到MAN开始提供标准的一台普通电脑开始结束了。

MOP, PMI – CoCoS –EDS系统一般有下列常见故障和问题：

• 操作系统被病毒感染，导致正常的操作文件丢失，系统不能正常工作。对于这样的问题，建议轮机员如果需要从MOP 拷贝文件出来的时候首先把要连接的USB格式化，再使用，并且只用于MOPB，一旦出现问题，最起码还有MOP A 。对于PMI – CoCoS –EDS 电脑，也建议如此，并不要存储其它文件和当做日常工作电脑来用。建议船上/机务收集每条船的MOP A/B 的Windows XP系统备份，ME-ECS SW 的安装软件备份，SPAF 参数备份，以及PMI – CoCoS –EDS软件，数据备份。万一出现问题，轮机员可以在MAN Diesel & Turbo远程指导下自行完成安装，恢复系统。

   

• MOP 电脑触摸屏故障，鼠标会自动回到固定的屏幕位置，不受控制。这种故障出现在EC-MOP一体机上，主要原因是MOP在空运的过程中受到挤压被损坏，以后将不用纸盒子包装，改为木头箱子了。如果万一出现这种问题，请用户联系MAN Diesel & Turbo。

   

• 对于Online PMI 和Auto Tuning PMI 来说，由于传感器是一直固定在示功考克里，需要每三个月用便携式探头做一次标定，以避免出现测量偏差。同时，传感器也有可能积碳造成误报警，或者假的Sensor Failure.  使用Auto Tuning PMI的用户，需要注意修改MOP中的FQA设定。

   

结束语

本文以作者实际工作经验对于ME电喷主机常见的故障和管理要点进行了总结和分享，不当之处，请各位读者指正。工作交流请联系作者。

 

《世界海运》（World Shipping），著名航运杂志，1978年10月创刊。主要在中国大陆地区发行，香港和台湾地区有少量订户。国际标准连续出版物号ISSN 1006-7728，国内统一连续出版物号CN 21-1284/U，邮发代号：8-32，由交通运输部主管、大连海事大学主办，国内外公开发行。该刊办刊宗旨：交流海运信息，传播海运知识，服务海运发展。主要栏目包括航运经济与管理、航海技术、船舶机电技术、海事管理、海事公约与法规动态、海商法评论、航海手记等。^[1]  是国内发行量最大的航运科技类杂志。刊载内容一部分为学术性文章，更多则是知名专家撰写的讨论航运市场、管理和技术的实务性文章。国内航运界比较知名的专家吴兆麟、吴恒、东昉、初北平等经常在该刊发表文章。 （ 来源于中国知网）

愚蠢的地球人.杨永东

18-05-2016

新加坡