【船机帮】某轮全船失电故障的原因分析与排除

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导读

全船失电是指船舶电站突然中断对船舶设备及系统的电力供应，导致其无法正常运行的故障情况，是船舶时有发生的一种紧急情况。

全船失电可导致包括主机停车、舵机失灵、助航设备无法使用等现象，造成船舶失控，严重时甚至造成船舶发生碰撞等严重后果。

本文主要介绍了一起船舶发生全船失电的故障事例及故障的排除过程，希望能对防止类似问题再次发生起到一定的参考作用。

一、故障现象

某散货轮，37670DWT，日本船厂建造，1991年下水。

船上配有 3 台日本 DAIHATSU 发电柴油机，发电柴油机采用 WoodWard UG-8 液压调速器。

值班机工起动3号发电机并检查运行正常后与 1 号发电机进行并车，在并车过程中发生并车失败，造成全船失电。

后应急发电机自动投入运行，二管轮重新起动 1 号发电机入网恢复船舶供电。

再起动 3 号发电机后发现转速波动很大，无法再进行并车操作。

约 2h 后，2 号发电机起动成功并顺利并网，船舶恢复正常进港。

二、故障排除经过

1、故障原因初步分析查找与排除

通过分析，此次出现全船失电，主要是发电机在并车操作过程中由于3号待并发电机转速波动较大造成发电机频率不稳，在并车操作瞬间出现较大逆功率，从而造成并车失败自动停车，进而造成全船失电。

从原因分析中可见，造成此次全船失电的原因一方面是值班机工操作不娴熟，另一方面是柴油机转速波动过大，但柴油机转速波动过大是造成此次故障的主要原因。

船靠码头后，轮机长组织轮机部门的人员对发电机转速波动过大的原因进行了深入的分析。

通过分析得出发电机转速波动过大主要有两大原因：

一是发电机原动机(柴油机)工作不正常；

二是发电柴油机调速系统，特别是调速器工作不正常。

根据故障现象，通过查阅说明书等资料得出具体导致转速波动大的可能原因是：

1）原动机运转不平稳，补偿调节不正确；

2）调速器油不干净或油位太低，空气进入混

入油里，产生泡沫；

3）生成了可以导致内部零件卡滞的亮点物；

4）连杆或喷油泵松动，连杆或喷油泵卡滞；

5）调速器行程很短就能使供油达到最大；

6）供油连杆系中的弹性连接弹簧太软；

7）工作油压低。油泵的单向阀损坏，或蓄压

室弹簧太软；

8）动力活塞卡滞，供油系统设置错误；

9）连杆机构安装不正确，调速器输出轴行程

和原动机功率输出之间不正确的非线性关系；

10）负荷限制指示器与铭牌磨擦或负荷限制轴变形；

11）静速差调速旋钮调为 0 时，稳定调速率为负，调速器磨损。

为了确定故障的具体部位，针对可能出现的原因轮机部进行检查分析判断：

首先通过检查调速器与喷油泵齿条之间的连杆系，发现正常；

其次通过检查分析排除柴油机本身的问题。

具体排除方法：

保持柴油机怠速稳定运转，固定柴油机燃油手柄、调速器的输出轴及供油连杆的位置(注意决不要把调速器的输出轴固定在会导致停机的位置)。

当把调速器的输出轴固定时，如果转速波动还存在，说明问题在原动机。

如果去掉固定，转速波动又重新出现，说明问题主要出在调速器上。

通过上述检查分析后，发现故障原因极有可能为调速器问题。

为了进一步确认，我们对调速器的结构、工作原理、检查调整、故障原因与排除等方面进行具体分析。

2、WoodWard UG-8 调速器的结构与工作原理

（1） WoodWard UG-8 液压调速器的结构

UG-8 液压调速器的结构如图 1 所示。

图 1 UG-8 液压调速器的内部结构图

主要由驱动机构、感应结构、油路控制机构、燃油量调节机构、弹性反馈机构、速度降(静速差)调节机构、调速机构等组成。

（2） WoodWard UG-8 调速器的工作原理

UG-8 调速器工作原理示意图如图 2 所示。

图 2 UG-8 调速器工作原理示意图

1）柴油机稳定运行时：

飞重产生的离心力与调速弹簧力平衡，动力活塞和输出轴处于静止状态；

2）柴油机负荷减小时：

负荷减小，柴油机在原供油量情况下转速升高；转速升高，飞重张开，提起调速导杆和浮动杠杆的内端 A，同时提起控制滑阀，打开了套筒的控制口；

控制口被打开，动力活塞的下部与调速器油池相通，动力活塞由于上部仍受高压油的作用而向下运动；

动力活塞下降，带动输出轴朝减油方向转动；动力活塞下降，大补偿活塞就上升，小补偿活塞被吸下，小补偿活塞的上弹簧受到压缩，浮动杠杆外端 C 被拉向下，同时带动控制滑阀下移；

动力活塞、大补偿活塞、小补偿活塞和控制滑阀继续动作，直到套筒上的控制口被控制滑阀的圆盘封住；

一旦控制口被封住，动力活塞和输出轴就停止运动，使之停留在柴油机于减少负荷的情况下仍然维持原来转速所需的供油量位置上（燃油供给量减少了）；

因为燃油供给量减少，所以转速就相应降低，使柴油机向原来的转速回复，同时飞重也向原来的正常位置回复，这时在调速弹簧的作用下，调速导杆也向正常位置回复；

小补偿活塞在上弹簧的回复力作用下，以与调速导杆相应的复位速率向正常位置回复，使套筒上的控制口在这一复位运动过程中始终保持被控制滑阀的圆盘封住的状态，也就是说控制滑阀在这一过程中保持不动，当小补偿活塞向上运动时，活塞下部的油是通过补偿针阀流入的，所以小补偿活塞复位的速度取决于补偿针阀节流的大小；

经过以上一系列动作，飞重、调速导杆、控制滑阀和小补偿活塞均处于原来的正常位置。

而动力活塞和输出轴相应的处于柴油机负荷减少、但转速仍维持恒定的位置。

3）柴油机负荷增加时：

与负荷减少时的动作原理类似，这里不再赘述。

在动力活塞带动输出轴进行增油或减油的动作中，同时带动了静速差机构。

在有静速差的情况下，当负荷减少，输出轴向减油方向转动时，静速差机构使调速弹簧稍有压紧，于是新的稳定转速就稍高于原来转速；

当负荷增加，则新的稳定转速就稍低于原来转速。

3、故障原因查找

首先，对调速器油位进行检查，不管柴油机在停机状态还是运转状态，油位均正常。

其次，对调速器进行换油、清洁操作，并检查放出的油液中是否含有金属颗粒物和其他杂质，及油液是否出现氧化变质，经检查后未发现异常。

再次，对调速器油进行驱气操作，具体方法有：

起动柴油机怠速运转。

补偿针阀旋出几圈，人为使柴油机产生大幅度的转速波动约 2min，迫使油道内的空气从出气孔中挤出。

逐渐关小补偿针阀至原来开度。最后，检查调速器的静速差设置情况，发现静速差旋钮设置在 40格左右，符合说明书 30~50 格的要求。

通过上述检查未发现问题后，轮机部怀疑问题可能出现在调速器补偿设置不当上，决定对补偿设置进行检查调整原则是在尽可能小的反馈指针刻度下，保证补偿针阀开度符合说明书要求。

补偿设置调节步骤如下：

1）调速前的准备：

使柴油机在无负荷下空车运转，当柴油机转速和调速器的滑油温度上升到正常值时，方能进行调节。

这时须有专人掌握燃油杆，以备人工切断供油然后进行调速器滑油驱气；

2）无负荷调整：

反馈指针置于刻度“3”处；

人为地使柴油机转速波动并逐渐关小补偿针阀，直至柴油机转速波动消失为止，检查此时针阀的开度（可将针阀慢慢关死并记住至全关死的圈数，然后返回原来位置）。

如其开度符合说明书 1/2～3/4 转的规定，则调节完成；

如调节中波动不停或针阀开度不符合要求，说明反馈作用不足，此时应将反馈指针向“最大”方向增加两格，重复以上调节；

如果反馈指针达到“7”格时还不稳定，则应调节速度升降机构，适当增大稳定调速率δ2，再重复以上调节，直至满意为止；

3）有负荷调整

使柴油机承受负荷，在所需要的各种转速下，检查调速器的稳定性。

调整步骤与无负荷时相同。

一般只需稍许调整一下反馈指针或补偿针阀开度即可达到满意的调节。

调节完毕后，应记录反馈指针位置、针阀开度和速度降数值。

锁紧反馈指针位置后不要随便移动；

通过检查调整，未能消除转速波动。

疑为调速器液压油压力不足，决定检测调速器油压。

具体方法为：

首先拆下调速器左侧面下方基座上的管堵，

如图 3 所示，装上 0~2MPa 的压力表。

图3 调速器压力表连接位置图

然后起动柴油机，使调速器运转，当油温达到工作温度时，测取油压为 810kPa 左 右 ( 符合说明书要求的758~827kPa 的正常范围内)。

通过油压检测发现正常，遂疑为调速器内部问题。

但因船上无调速器备件，且调速器内部较为复杂精密，不宜对调速器进行拆检。

为了判断是否为调速器内部故障，通过轮机部讨论后，决定使用 2 号发电机的调速器装在 3 号发电机上进行测试。

但此方法存在一定的风险(调换调速器的操作万一造成 2 号发电机也工作不正常，将使船上只有 1 台发电机能正常工作，这将影响船舶的适航性)，于是决定先报公司同意。

在公司同意后进行测试，发现转速波动有所减小，但波动并未消除。

至此怀疑为调速器传动伞齿轮故障。

根据调速器的构造可知，如图 4 所示，调速器的传动由柴油机凸轮传动轴经伞齿轮传动，调速器轴通过花键与伞齿轮上端花键套连接实现传动。

拆出伞齿轮后，发现齿轮(从动轮)磨损严重，如图 5 所示。

但船上无备件，只能紧急申请备件。

约一个月后，船回国内，齿轮备件供船更换后，发现转速波动现象明显减轻，但并不能彻底消除。

2、3 号发电机调速器对调后，发现 3 号发电机转速波动消失，但 2 号发电机出现转速波动，据此判断 3 号发电机调速器内部已损坏。

报公司同意后，决定申请一台新的调速器。

新调速器供船换上后，转速波动消除，至此故障完全消除。

三、故障经验教训

1、故障造成的损失及风险

此次全船失电事故虽未给船舶带来严重的不良后果，但却极其危险。

全船失电时，船舶正处于港区外的繁忙水域，来往货船及渔船很多，航道狭窄，水文条件复杂，稍有不慎就存在撞船、搁浅等危险。

后来据驾驶台反映，当时船舶正在避让一条当地渔船，若非应急发电机能快速自动投入使用，且值班驾驶员处置得当，特别是能快速把舵机切换到 2 号应急舵机，使船船航向得到及时控制，否则极有可能会撞到渔船，后果将不堪设想。

2、对故障的几点反思

通过此次故障，我们进行了深刻的反思。

从故障原因来看，此次故障绝非偶然。

对于船舶来说，全船失电是一种较为危险的紧急事故，特别是在特殊水域或特殊气象条件时，则更为危险。

为了能减少类似事故的发生，下面从几个方面谈谈一些个人的建议。

1）从故障原因来分析，显然此次全船失电主要是由转速波动过大引起的。

通过了解得知 3 号发电机转速波动大的问题已经很久，期间几任二管轮也都对故障原因进行过查找分析，但均未彻底消除。

而每次在并车时，只要多加小心，也都能并车成功。

同时船上也曾多次报请公司派专业技术人员上船修理，均未及时予以安排。

因此造成该问题一直拖而未决。

在船上调速器是一个较为复杂精密的设备，且发生故障的概率较小，很多轮机员可能都未曾有过拆检调速器的经历，造成船上轮机员对解体维修调速器存在一定的畏惧心理，且缺乏经验，因此一定程度上存在不敢下手的问题。

而目前因航运不景气，船公司经营困难，在开源困难的情况下为了维持船舶的运营只能不断节流，缩减船上的维修成本。

做为船员应不断提高敬业精神与工作责任心，充分发扬中国船员良好的职业道德，多理解公司的难处，对船舶设备的故障多争取自修，尽量减少岸修，尽可能缩减船舶维修费用，与船公司共度时艰；

2）加强船员培训，不断提高船员工作业务水平和应急能力。

虽然此次全船失电主要是由转速波动过大引起的。

但值班机工并车操作不娴熟造成并车出现较大逆率进而使运行机因瞬时冲击负荷过大而自动停车也是造成此次全船失电的一个重要原因。

通过了解得知，该值班机工是一位刚担任工作 1 个多月的持证三管轮，其在并车操作时应对待并机频率不稳的这种情况显然经验不足，同时在应对全船失电时也表现出了慌张、手足无措的情况，从中也反映出年轻船员应急应变能力也亟待提高的问题。

公司与船舶领导应切实加强对年轻船员业务能力及应急应变能力的培养， 严格按照相关规定开展业务培训和船舶应急应变演习，不断提高船员的业务水平和应急能力；

3）轮机员应加强学习，不断提高安全意识与情景意识。

做为二管轮，在此次故障中也反映出了对风险评估能力不足，对突发情况处置不当，缺乏安全意识与情景意识的问题。

做为值班轮机员确保轮机值班安全是其首要职责。

而二管轮在备车期间面对 2 号发电机无法起动的问题时，对于是先解决 2 号发电机故障还是先确保备车操作安全的判断决定上恰好忽视了这一点，出现处置不当，特别是对 3 号发电机转速波动大易造成并车失败的风险评估不足，指派经验不足的值班机工而非自己亲自去进行并车操作，说明其缺乏安全意识与情景意识。

因此为了确保船舶的安全，应不断加强船员的安全意识与情景意识，不断减少人为因素对船舶安全的影响；

4）切实加强部门领导对轮机员的技术指导与业务监督的职能。

3 号发电机转速波动长期存在，这一现象也从侧面反映出了部门领导在对轮机员的技术指导与业务监督方面存在欠缺。

船上机械设备繁多，各种故障层出不穷，出现一些疑难问题一时解决不了也在所难免，但做为部门领导面对疑难问题时不能放任不管，应切实加强对轮机员的技术指导与业务监督。

当个人能力有限时，必须充分发挥轮机部团队的作用，大家集思广益共同解决问题。

这样不但有利解决问题，而且还有利于增强大家的团队意识和业务水平。

四、结束语

全船失电是船上时有发生的一种应急情况，而调速器故障对于船员来说是相对比较少遇到的一种故障。

希望通过此次故障的分析查找，能够对解决类似的问题起到一定的参考作用。

参考文献

[1] 黄步松等.船舶柴油机[M].北京：人民交通出版社. 2009

原创作者系：

福建船政交通职业学院

王必改 黄步松

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船机帮/ShipTechHelper

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