对一起主机正车启动故障的分析

李建森

1 故障现象

某轮为1995年下水的改造集装箱船，主机型号为SULZER 6RTA-48，转速142RPM，功率5647kW，各缸发火顺序为1-5-3-4-2-6，正车启动角为上死点后1°到100°曲柄转角。集控、机旁操纵。平时主机正倒车启动都正常，偶尔会发生集控室操车正车不来现象，但倒车启动两三次后又会恢复正常，故船上轮管人员也一直未引起重视，未报告公司机务人员。

某航次中午，船从张家港开航。12：00备车，集控室正倒车试验正常。12：30左右船舶离港，接驾驶台第一个正车指令，未能启动；立即转到机旁应急操纵，正车启动成功，并联系驾驶台，试验了一下倒车，也启动成功。轮机长向船长作了汇报。因助泊拖轮已就位，船长未中断离港操作。主机转机旁操作，轮机长、各轮机员都进入机舱值班，大管轮操纵主机，12：40主机微速进，12：45主机进一，12：50主机停车。12：56驾驶台车种令主机进一，未能启动，马上电告驾驶台，征得同意后倒车启动，也不能启动，进而再进行正车启动，还是不能启动。至此，主机失去动力，船舶只能由两条拖轮拖带至锚地抛锚检修。

2 控制系统概述

图2

图2.2 正倒车换向及启动模块

这里仅就主机正倒车启动控制单元展开分析，对燃油凸轮换向、启动油门限制、低速保护、转速越控等单元不作讨论。 RTA-48主机启动控制系统为气动控制，共有两种控制空气气源，一种为0.8MPa 的低压控制空气，一为3.0MPa的高压空气。其中0.8MPa的控制空气通过集控室正倒车换向及启动单元、逻辑阀单元最后作用到机旁操纵台上的启动阀49HA、正车换向阀49HB、倒车换向阀49HC的控制端，实现对这三只阀的控制；但如在机旁操纵，则由操纵杆来执行此项功能。而3.0MP a的高压控制空气经过盘车机连锁阀等待在启动阀49HA、正车换向阀49HB、倒车换向阀49HC的1号接口，在正车或倒车启动状态下（即49HA、49HB动作或49HA、49HC动作），一路空气经49HA、主启动阀先导阀打开主启动阀，同时另一路经49HB（或49HC）、131HE（或131HF）、空气分配器的换向活塞、129HA作用在215HA的控制端，使等待在215HA前的3.0MPa的主启动空气经空气分配器打开缸头启动阀，实现正车或倒车启动。故不难发现，当主机在机旁操纵时，参与工作的仅为3.0MPa的高压控制空气，而与0.8MPa 的低压控制空气无关；所以，在排查启动故障时，可不用考虑集控室及逻辑箱内的气动阀件。

3 故障排查

3.1船舶自查自检。船舶轮管人员在公司机务指导下进行了初步故障排查。故障判断：主启动阀工作正常，缸头启动阀没打开。

3.1.1 阀129HA、215HA拆检。船舶抵锚地后，轮机长组织机舱人员进行了故障排查。清洗了控制空气滤器，检查了控制空气压力，正常；主机进行了盘车，但无论机旁还是集控室操车，正倒车仍不能启动。经现场查看，发现无论是正车还是倒车启动，主启动阀处及启动空气总管处有振动，主空气瓶压力表指针有波动，但压力没下降，拆开#1缸缸头启动阀前进气法兰，在启动时有高压空气喷出，故判断主启动阀工作正常，这同时也说明了3.0MPa控制气源正常。故障原因应为缸头启动阀不动作。考虑到正倒车都不来，首先拆检正倒车换向的共轨阀件129HA及215HA。

129HA拆检情况：正常，且受控于slow down的电磁线圈已拆除，该阀其实一直处于受控状态，拆检装复后进行了吹通验证，正常（#2、#3口长通）。

215HA拆检情况：工况不佳。尼龙活塞有高温烧蚀现象（说明缸头启动阀及主启动阀不止回，有回火），密封圈老化。船上有备件，更换修理包，效用试验，正常，装复。试车，正倒车还是不能启动。

3.1.2阀49HB、49HC拆检。因主启动阀正常，也因此可确定启动阀49HA正常。故对正倒车换向阀49HA、49HB进行了拆检。拆检发现其活塞、密封圈工况良好，对两阀进行外部效用试验，各接口通断正常。装复，试车，主机仍不能启动。

图4.3 正倒车换向控制阀

3.1.3 阀131HE、131HF拆检。两阀分别控制正、倒车换向控制空气的通断。已验证49HB、49HC正常，那问题可能出在这两个阀上。但因这两个阀安装在机旁操纵台后，拆检难度很大，故通过查看这两个阀的输出端口空气来进行验证两阀的工况。两阀的输出空气管分别接在空气分配器换向活塞外壳的#2口和#1口上。将机旁操纵手柄放在正车启动位置，使49HB、49HA受控，松开#2口上空气管，有大量空气冒出，说明阀131HE工作正常；随后将操纵手柄放在倒车启动位置，使49HC、49HA受控，松开#1口上空气管，同样有大量空气冒出，说明阀131HF工作正常。而后，将#1、#2口空气管重新接妥后，又松开阀215HA的控制空气端口，当正倒车启动时，有空气冒出，这也证明了正倒车换向及启动单元似乎并无问题。

3.1.4 空气分配器及缸头启动阀拆检。控制系统检测正常，问题似乎出在这两个部件上了。盘车，将#1缸活塞盘到上死点后10°曲柄转角位置（即#1缸处在正车启动位置），松开双气路控制的缸头启动阀上下控制空气管，发现无论是开阀还是关阀气路都无空气冒出；同理，又检查了#3缸缸头启动阀情况，情况相同。故判断故障原因为空气分配器故障，无控制空气输出。打开空气分配器侧面小道门，盘车，发现分配器传动及定时齿轮连接转动正常；脱开盘车机后进行正倒车换向，也清晰地观察到分配器传动轴向后、向前移动，说明分配器换向正常；最后，对该柱塞式分配器的6只柱塞滑阀进行了拆检，更换了部分老化密封圈，装复后，再次进行试车。但故障依旧，主机仍不能启动。

此时，船舶已停航近16小时，轮机长觉得该拆检的都已拆检，实在无能为力了，电告公司求助。公司机务于第二天中午带相关专业人员坐交通艇赶到船舶现场。

3.2公司排查

3.2.1强制开启阀215HA，判断出空气分配器及缸头启动阀工作正常。公司机务到船后，通过正倒车试车及相关拆检，确认了船方的判断（主启动阀工作正常）和对部件的拆检结果。同时意识到，必须对故障原因进行分类排查，看故障究竟是在执行机构（即空气分配器、缸头启动阀）还是控制系统上（49HA等阀件）。而连接这两者的就是阀215HA。拆检215HA，根据其内部结构，拆除复位弹簧，在控制空气端加装垫片，使215HA始终处于受控状态。装复，试车，主机正车启动正常，倒车启动也正常。这说明空气分配器、缸头启动阀是正常的，问题还是出在215HA或其前的控制阀件或管路上。

3.2.2重新解体阀215HA，拆除垫片，装复弹簧，并在外面进行功能试验，通断正常。装复，试车。正倒车又不能启动了。215HA已拆过多遍，且效用试验也正常，应该是没有问题。顺理成章地，怀疑的重点就集中到了215HA的控制空气端，是否有受控信号？松开215HA的控制空气端口，正车及倒车换向，该接口都有空气喷出，说明正倒车控制系统动作正常，但感觉压力偏小，手指可按压住——该控制空气为3.0MPa的高压气源。于是在该接口处装上测试压力表，在气源压力达2.5MPa情况下，该处压力正车换向时为0.5MPa，倒车换向时为0.6MPa，压力明显低于正常工作压力。

综上所述，可以得出以下结论：主启动阀工作正常、空气分配器及缸头启动阀功能正常，各控制系统阀件49HA、49HB、49HC、131HE、131HF、129HA、215HA也处于良好工况。但因阀215HA控制端控制空气压力过小，造成215HA不动作，致使空气分配器不能输出启阀空气，缸头启动阀不能打开。

4故障原因

空气分配器换向活塞密封圈老化，正倒车换向腔室串通。

图4.1 空气分配器换向活塞气控图

那么是什么原因造成215HA控制端压力过小呢？首先 那 那么是什么原因造成215HA控制端压力过小呢？首先重新清洗了控制空气滤器，确保气源压力正常。然后将操纵手柄放分别放在正车启动和倒车启动位置，在各阀件受控的状态下进行系统查漏。经过认真仔细地听、摸，未发现接头漏气现象，但在现场试验查看的过程中，发现了一个不正常现象，从而确定了故障原因。当正车启动时，倒车控制阀131HF泄放口（#3口）有空气冒出；而在倒车启动时，正车控制阀131HE泄放口（#3口）也有空气冒出。根据控制系统图可知，正常情况下，正车换向启动时：控制空气经49HB、131HE（受49HA操控）、到达分配器换向活塞#2气口，进入换向活塞右侧将活塞推向左侧后，控制空气再经129HA到达215HA的控制端；待正车启动结束，该路控制空气经已不受控的131HE的#3气口泄放大气。换句话说，在正车启动时，131HF处在不受控状态，其泄放口不可能有空气泄放。唯一的解释，就是当正车换向控制空气进入空气分配器换向活塞的右侧后（见图4.1），由于换向活塞上的密封圈老化（图4.2件11），控制空气漏入左侧，再通过#1气口回到131HF的 #2气口通过#3气口泄放大气。同理，在倒车换向启动时，倒车换向空气从空气分配器的换向活塞左侧漏入到右侧，经#2号口回到131HE的#2气口经#3气口泄放大气。由于内部漏泄，这也就造成了215HA控制端压力的下降。为了验证这一推理，在维持气源压力2.5MPa的情况下进行了压力测试。发现正车换向时空气分配器换向活塞上的#2气口（131HE的输出）压力为2.0MPa ，而215HA控制端则只有0.5MPa；倒车换向时空气分配器换向活塞上#1气口（131HF输出）压力也为2.0MPa，而215HA控制端则为0.6MPa。至于为什么正车换向比倒车换向的输出空气压力还要低，原因在于正车换向空气除了通过换向活塞漏泄到左侧外，还有一部分沿轴向向右漏入到传动齿轮端（图4.2中件10）。

5 故障排除

5.1 盘车，使主机#1缸活塞处在上死点后1°曲柄转角（#1缸启动提前角）。打开空气分配器下部小道门，做好分配器凸轮传动轴齿轮及与其啮合的凸轮轴齿轮间的标记。然后打开分配器后端盖，根据说明书要求，依次拆出换向活塞、气缸、传动轴等部件。检查结果显示，凸轮、传动齿轮等工况良好；但各密封件老化严重，特别是换向活塞上密封圈（图4.2中件11）及活塞杆与气缸间的密封圈（图4.2中件10）老化严重。更换各道密封圈（有些密封圈找不到备件暂以尺寸近似的代用），对妥拆检前做好的定时标记，将各部件按序装复。试车，正倒车启动均取得了成功。查看131HE泄放口，在倒车启动状态下不再有空气冒出，而131HF泄放口在正车启动状态下也没有空气泄漏。进而转入集控室控制，正倒车启动也均取得了成功。

5.2启动定时调整。在实际工作中，有些轮管人员在没做好定时标记的情况下就匆忙地拆检空气分配器，造成装配时需要重新进行定时校正。其实分配器的定时校正很简单，简述如下。

（1） 将更换好备件的分配器装复。不用考虑定时。

（2） 将压缩空气与分配器换向活塞右侧的#2口连接，使分配器凸轮处在正车位置。此时可打开分配器下方的小道门进行查验。

（3） 拆除分配器上#1缸的柱塞滑阀，观察凸轮处于基圆位置（如不是则盘车调整）；在该孔中装入深度尺或千分表，调整至零位。

（4） 慢慢往正车方向盘车，当深度尺或千分表刚偏离零位时就停止盘车。此时应为#1缸缸头启动阀开启时刻。

（5） 在分配器下部小道门内做好分配器传动齿轮与凸轮轴齿轮的啮合标记。

（6） 打开分配器后端盖，将分配器传动轴连同活塞一起朝外拉，直到传动轴齿轮与凸轮轴齿轮分开。

（6） 正车盘车，直到#1缸活塞在上死点后1°曲柄转角。

（8） 对准分配器传动齿轮与凸轮轴齿轮的啮合标记，将分配器传动轴推入，将分配器各部件安装到位。定时调整结束。#1缸的正车启动提前角为活塞上死点后1°曲柄转角，其余各缸也相应为其活塞上死点后1°曲柄转角。

6 经验教训

该起启动故障其实早有先兆，只是一直没引起轮管人员的重视。该轮从1995年投入营运至今，从来没有解体过空气分配器，致使其内部密封件老化失效。以往几次正车启动不来，其实就是部件内部泄漏，造成控制空气压力降低所致。因为当正车换向启动时，空气不但会从换向活塞的中间密封圈处（图4.2件11）漏入倒车腔室，还会通过活塞杆密封（图4.2件10）漏到传动齿轮处，在漏泄量大而气源压力较低的情况下，所以有时会造成压力过低215HA不能动作。而倒车换向时，空气只有一个漏泄处（换向活塞中间密封圈图4.2件11），故在故障初期，漏泄量不是很大，215HA还能受控动作。但随着时间推移，漏泄量的增大，正倒车都不能启动就成了必然。所以作为轮管人员，一定要见微识著，不放过产生事故的蛛丝马迹，及时整改，消灭事故隐患。就此次启动故障而言，所幸的是在离泊拖轮到位的情况下发生，否则，后果将不堪设想。