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某大型集装箱船主机型号为 MANB&W 10K98MC，缸径为980 mm，冲程为2 400 mm，额定功率为 45 100 kW，额定转速为 97 r/min。该船配备 6 台 ALFA LAVAL S 型分油 机， 具体配置情况见表 1。分油机控制单元为EPC-50。
1 故障现象 按照操作习惯，该船用于主机燃油净化的 3 台 SA875 型分 油 机 中，No.1 和 No.2 常用于分离重油，No.3用于分离轻油 （可通过更改 EPC-50 参数转换为分离重油）。 根据该船主机说明书的数据，全负荷下主机燃油消耗量（Specific FuelOilConsumption，SFOC）为 162 g/（kW·h），重油密度按照 985 g/L 计算，则分油机的工作容量达到7 417.46L/h（计算公式为45 100 kW×162g/（kW·h）÷985 g/L）即可满足要求。因此，只要 1 台分油机工作在额定容量（7 500 L/h）就可满足日常需求。分离量过大会造成分离效果降低，不利于主机的良好工作。为达到更好的分离效果，平时多为 2 台分油机并联使用，每台分油机的工作容量都设置为较低值。 2 台分油机的工作条件基本一致， 但 No.2 分油机工况一直不稳定，间歇性出现 Bowl Speed-Low 警报；报警复位后一切恢复正常，但很快该警报再次出现。由于没有其他故障现象，不得不停机后清洗分离筒，把密封令换新后重新启动；运行一段时间后故障依旧复发，无法彻底排除。 频繁地停机、拆装和清洗，导致 No.2 分油机的工况时好时坏，有时能运行 10 ～ 15 天，有时仅能维持几小时。总结故障特征如下： （1）故障具有间歇性和随机性，报警间隔时间无规律，宏观判断应属于软故障。 （2）多次拆装、清洗均未解决根本问题，在拆装过程中也未发现明显异常。 （3）Bowl Speed-Low 警报几乎全部在排渣过程中出现。 （4）分油机控制系统本身功能未受影响。 2 故障排查过程 分析总结产生 Bowl Speed-Low 警报的原因， 归纳如下： （1）皮带打滑。因 ALFA LAVAL S 型分油机的传动机构由早期的蜗轮蜗杆传动改为皮带传动， 故皮带打滑成为导致分离筒低速的原因之一。经仔细检查，确认皮带松紧度正常，工作状态良好，且传动带已换新，排除此原因。 （2）马达与皮带轮之间的摩擦片过度磨损。检查后发现 3 块摩擦片状态良好，为保险起见，按照说明书要求摩擦片全部换新；启动分油机运行不到半天，BowlSpeed-Low 警报再次出现，故排除此原因。 （3）未正确安装分离筒。分离筒各个部件都具有防错设计，锁紧环（LockRing）能安装到位，故排除此原因。 （4）分离筒未完全关闭。分离筒结构见图 1，在排渣期间活动底盘下行，杂质高速甩出，分离筒机械负荷增加，马达电流增加。若排渣口长时间打开，一方面导致马达过载，另一方面转速下降，因此在拆洗分离筒时换新修理包（Inspection Kit），仔细检查清理导水孔和喷嘴以确保通畅，检查分离筒并确认未过度磨损，检查并确认操作水（主要是密封/补偿水）供给流量正常。结合“分离筒低速报警仅出现在排渣程序中” 这一现象，可知分离筒并未在运行时间非正常开启。
此外，频繁地拆装清洗仍找不到原因，以致一度怀疑修理包中的各备件尤其是密封令品质不过关。根据以往经验， 密封令的品质好坏将直接影响分油机的工作性能， 尤其是为缩减成本而采购的第三方备件容易引起一些软故障。为此专门致电公司机务询问，但答复是密封令绝对为原厂提供。 （5）马达电源频率波动。 分油机马达转速与电源频率成正比，如果电网波动导致频率短时降低，可能导致马达转速下降引发报警。进而观察 Bowl Speed-Low 警报与船舶电网工况没有相关性， 当该船在大洋定速航行、电网无大功率冲击负荷且电网频率一直稳定时，照样会出现报警，故此原因也可排除。 （6）马达及分离筒轴承损坏。 分油机轴承损坏，摩擦阻力增大，可能导致分离筒转速降低。在排查过程中用手转动分油机，发现分离筒和马达转动正常无卡阻；拆下马达后分别转动马达及分油机，发现转动平稳灵活；通过查看分油机检修记录得知， 轴承换新后仅运行不到 1 000 h；此外，如果轴承发生故障，那么分油机要么转速上不去，要么频繁报警，与“报警间隔无规律，有时能运行 10 ～ 15 天”的现象不符，故排除轴承损坏的可能性。 该船 No.2 分油机在近 3 个月的拆装过程中，已逐条排除上述原因，但故障依旧。虽然原因尚未明确，但在检查分油机轴承拆装马达时， 触摸马达感觉余温较高，怀疑马达出现问题。重新启动分油机后耐心值守，当出现 Bowl Speed-Low 警报后立刻检查分油机马达，用手触摸发现马达温度很高，明显感觉马达过载；继续排查接线盒、 控制箱等供电回路， 当检查启动控制箱时，发现主回路接触器（Main Contactor）一路触点烧损，换新主接触器后运转，再未出现 Bowl Speed-Low 警报。由此得出，故障原因是主接触器工况不稳定，导致接触不良。 3 故障机理 接触器触点的损坏导致分油机马达供电回路接触不良， 时断时续的过程相当于频繁启动， 造成马达过流，转速下降，引发报警。但常见的疑问是，为何过载时热保护继电器一直没有动作， 且报警仅发生在排渣过程中。 根据说明书描述，如果速度降大于同步转速（无滑失率的转速）的 10%且持续 1 min 以上，或速度降大于同步转速的 15%且持续 5 s 以上，则 EPC-50 给出 BowlSpeed-Low 警报。在排渣过程中，分离筒外缘的杂质被高速甩出，消耗大量动能；分离筒中央的低速液体向分离筒外缘的高速区域补充，在运动过程中不断被加速，吸收大量动能。这导致分离筒机械负荷骤然增加，马达电流突然增大。此时，主接触器三相触头中某相性能不稳产生断路，引起马达缺相运行或接触不良单相欠压，动力不足，导致转速降低到额定转速的 85%以下，该过程只要持续 5 s 以上就可触发 Bowl Speed-Low 警报并引起整个系统跳脱（Trip）。 热保护继电器的动作原理是靠过流引起发热，等热量积聚引起温度变化导致双金属片变形后才能触发跳脱， 该过程耗时较长， 导致低速报警先于热保护动作。因此， 对分离筒低速报警复位后可直接启动分油机。实际上， 分油机马达在报警时是工作在过载状态的，由此推断分油机在启动时由于电流较大，时而工作在缺相或单相欠压状态， 但因启动过程中延时检测转速，故并未报警。当启动电流下降、马达转速正常后，只有在排渣、马达电流增加时，烧损的接触器触点才间歇性表现出故障。至此，可解释所有故障现象。该故障的顺利排除可避免马达继续在不稳定的缺相状态下运行，有效防止马达的过载烧毁。 4 控制电路改进 热保护继电器一般以温度变化为基础， 按照反时限原理设计，即过热程度越严重，跳脱所需时间越短。如达到额定电流的 105%，2 h 跳脱；达到额定电流的120%，20 min 跳脱。但不管电流多大，热保护动作的时间取决于温度升高的快慢；而温度属于典型的大惯性物理量，此特点决定热保护动作的不及时性。因此，热保护继电器从来不用做短路保护， 而且其工作特性也容易受到环境温度（如环境温度较低，则动作时间相应延长）和整定值不精确的影响，进而影响过载保护的可靠性。 笔者曾在日照港修理某船空调， 空调送风马达意外烧毁，检查后发现马达接线盒中 1 根电缆从接线柱根部断开，导致马达单相运行，再次启动时发生堵转而烧毁，此过程中热保护继电器也没有动作。鉴于此，常规电路设计中利用热保护兼缺相保护的做法可靠性欠佳。 在与公司机务协商后， 决定将本船 3 台功率最大的 SA 875 型分油机加装单独的缺相保护电路。改进后的主电路和控制电路见图 2， 图中 KA1，KA2 和 KA3为欠电流继电器线圈，其触点串联接入接触器自锁回路。
分油机马达控制电路改进后示意见图 3。欠电流动作值按略低于分油机马达稳定运行电流调整， 因为马达在启动、 排渣等其他工况时的电流都比稳定运行时大。某相电流一旦低于动作值，欠电流继电器即弹开自锁回路停止马达运行。实践证明， 该 方 法 动 作 迅速、简 单 实 用，利用原有热保护与缺相保护相结合，彻底杜绝马达缺相过载故障的隐患，确保马达安全可靠运行。
5 结束语 本案例虽然出现在 ALFA LAVAL S 系列 分 油 机上，但也适用于其他系列或其他马达驱动的设备上。排查机电设备故障应拓宽思维， 当故障不明时要检测确认动力电源的稳定可靠， 在日常管理过程中应将马达和电气控制箱纳入设备维修保养计划，按期执行、落实到位，尤其对大功率、频繁吸合（断开）的接触器，更应增加保养频次，具备条件的可单独加装缺相保护电路。此次故障虽简单， 但找到原因并采取改进措施却不易。这也是所有自动控制系统故障的共同特点，很多疑难故障最后的原因往往是一个老化的密封圈、 一个被堵塞的节流孔、一根接触不良的导线等，这就需要主管轮机员勤于学习、不断积累，细致管理设备，认真开展工作。 来源：航海技术 |
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