某船柴油机转速波动故障的分析与研究

刘 珍，张玮玮

● （中船重工第704研究所，上海 200031）

某船柴油机转速波动故障的分析与研究

刘 珍，张玮玮

● （中船重工第704研究所，上海 200031）

文章根据船东提供的关于该船柴油机转速频繁波动的故障现象及随机资料，对在分析产生故障的原因和采取的处理方案、达到排除故障的结果等方面进行了论述。

柴油机；转速波动；处理方案

0 引言

在一百多年前，人类一直生活在没有人造电磁辐射的自然环境中。那时，自然界产生的电磁辐射主要是太阳的光辐射、宇宙射线、地球磁场辐射和地球热辐射等。随着社会的进步与发展，电气和电子设备已广泛应用于国民经济的各个方面，而且还在积雪般迅速地扩大和发展。随之电磁干扰现象也逐渐增大并日趋严重，它不仅在通信领域中对信号的产生、传播和接受造成了极大的影响，而且给人类社会的生产与生活带来了不容忽视的危害。

本文将谈谈电磁干扰在船舶柴油机控制系统中产生的危害。船舶柴油机控制系统受到电磁干扰时，可能出现失控、误控或者误动作，使控制系统的可靠性和有效性降低，并危及安全。

1 控制模式

某型船采用双机双桨推进装置，其桨即是调距桨装置，调距桨可以按照船舶航行的要求，在保持柴油机转速与转向不变的情况下，通过调节螺距角度，就可改变船舶的航向与航速，具有较高的可靠性和操作性，经济效益良好。该船控制模式有机旁操纵模式、备用控制模式、恒转速模式以及机桨联控模式，其控制原理[1]简图如图1所示，机桨联控模式主要是通过操控手柄到不同的位置，使柴油机转速和调距桨螺距根据联控曲线做相应动作。在日常使用过程中，都是通过操纵手柄采用联控模式航行。其机桨联控曲线初始设计如图2所示。

2 故障现象

2013年7月26日至30日，该船柴油机、调距桨出现以下故障：7月26日17:00时，该船出海返航过程中，从空车位置慢慢拉至高速过程中发现拉至进四工况时，转速达不到车令表对应的转速（1530rpm）。而只能到达1300rpm左右。整个过程中调距桨螺距按联控曲线变化。此时转至分控控制、恒转速控制、备用控制等模式，现象均与上相同，转至机旁操纵柴油机，柴油机操纵正常。

图1 某船控制原理简图

图2 机桨联控曲线初始设计图

7月27日13:00时，该船在港外航行时，两机均无故障，联控操纵模式正常，转速可以达至1800rpm（进五工况）。13:20左右进港时，手柄拉至空车时，发现两机转速不能降至怠速（760rpm），最低只能降到960rpm。转入机旁模式时，两机转速均回到怠速状态。

8月1日，通过排查，最后查出故障现象根源：当船内部电话有人拨电话而对方未接时，出现上述故障。对方电话有人接听或者己方挂断后，柴油机、调距桨系统均恢复正常。我们将故障复现，柴油机遥控时空车转速为760rpm，当拨打电话时，转速迅速升至 960rpm，然后慢慢推手柄至进四，转速从960rpm慢慢升至1300rpm。当有人已接听时，转速恢复至车令表上对应的转速（1530rpm）。

该船于2006年交付船东，使用七年来未出现调距桨、柴油机控制与调节异常的情况。根据故障现象与排查原因，初步分析转速波动现象是由电话线路对转速造成电磁干扰引起。查询该船的随机资料知，该船的电话参数：待机48V/10mA，摘机6V/1.25mA。当有电话呼入时，电话线电压上升至48V，话机即响铃。当对方接听应答后，电话线电流将至6V。

3 故障分析

3.1 电磁干扰

电磁干扰（Electro Magnetic Interference，EMI）是干扰电缆信号并降低信号完好性的电子噪音，EMI通常由电磁辐射发生源如马达和机器产生的。电磁干扰有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合（干扰）到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网络。在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。

3.2 故障原因分析

根据电磁干扰的危害我们知道当信号线受到电磁干扰时，干扰会引起信号工作异常、甚至导致信号间互相干扰，引起公地系统总线回流，造成逻辑混乱，误动作等故障。目标信号在电路中的传输总是以双线方式传输，习惯上称为信号回路。但就干扰信号来说，它进入电子设备传输就有可能出现两种传输情况：一种情况是与目标信号一起沿正常回路串入工作单元，形成差模干扰；另一种情况是以传输目标信号的双线作为一线，又以地为另一线索构成的传输回路，让干扰信号进入工作单元的工作模式形成共模干扰[2]。此船是由电话线路对柴油机给定信号产生干扰，由于在集控室内的电话线路与柴油机信号线排布距离较近，拨电话时对柴油机信号产生传导干扰。任何通过导线传导的干扰都可以分为两种方式：差模（differential mode）方式和共模（common mode）方式，根据差模与共模干扰原理知道如图3所示的电流关系[3]:

图3 电流关系图

式中，I实机为受干扰后的实际柴油机电流；I实通为受干扰后的实际通信电流；I机为理论柴油机电流；I通为理论通信电流；IDM=(I通-I机)/2为差模电流。

空车时，柴油机为怠速 760rpm，对应的电流是 I机=5.6mA，当有电话呼入时，电话线电压上升至48V电流为I通=10mA，根据上面公式得到干扰后的电流为I实机=I机+IDM,=7.8mA，7.8mA对应的是转速为960rpm。

进四工况：柴油机转速为1500rpm。对应的电流是I机=15.54mA，电话进来后产生干扰，干扰后的电流为I实机=I机+IDM=12.77mA。对应转速是1310rpm。

从空车拉至进四过程中，主机转速从 760rpm升至1500rpm。当有电话呼入产生电磁干扰时，根据以上公式得到干扰后的电流为I实机=I机+IDM，I实机从7.8mA 慢慢升至12.77Ma,对应转速从960rpm升至1310rpm。正好与故障现象相吻合，这样就找到了问题的根源。

4 故障解决

根据故障分析我们知道，故障是由电话通信线路对柴油机信号产生电磁干扰，我们检查电话线路与柴油机线路后发现在集控室两者的线紧靠一起，而且两者触碰部位有轻微磨损。那么我们根据电磁干扰抑制方法做了如下步骤解决故障[4、5]：

1）将柴油机与电话信号的传输线改成双屏蔽的双绞线；两者独立走线，使用各自的屏蔽层。

2）利用接地技术消除电磁干扰，将柴油机各控制箱、接线盒及相关线路良好接地；电话接线箱及传输线路良好接地。连接到柴油机的任何电子控制设备都要与其共地，共地时使用短和粗的导线。

3）利用布线技术改善电磁干扰，柴油机信号电缆应独立于其它电缆走线，同时应避免柴油机电缆与其它电缆长距离平行走线，以减少外部线路输出电压快速变化而对柴油机产生电磁干扰。

通过以上几个步骤的完成，我们不断打电话试验，连续试验4小时,，不再出现上述故障。船维修后继续使用，到目前为止一直未再出现此类故障。此柴油机波动故障得到解决。

5 结束语

通过上述分析与采取解决故障的措施，柴油机转速波动故障得到有效的解决。但是电磁干扰问题会随着空气湿度、周边环境的变化而出现。因此，我们在生产电气、电子设备时，一定要采取好防干扰措施。

[1]杨晓丹.调距桨的一种机桨联合优化控制方法[J].船舶工程, 2003(1): 33-36.

[2]赵金奎.共模干扰与差模干扰及其抑制技术[J].电子质量, 2006(5): 72-76.

[3]闻映红,周克生,等.电磁场与电磁兼容[M].北京:科学出版社, 2010.

[4]李锐海.电子设备的防雷及防电磁干扰[J].云南电力技术, 1998(2): 10-13.

[5]陈涛,候振义.开关电源的干扰及抑制[J].电源技术应用, 2005(11): 55-58.

CCS与挪威GEXCON公司签署技术合作框架协议

近日，中国船级社与挪威GEXCON公司在北京CCS总部签署了技术合作框架协议。双方由此拉开了在LNG定量风险评估业务领域优势互补、共同发展的序幕。

CCS副总裁孙峰和挪威GEXCON公司总裁Sturle Harald Pedersen分别代表双方在协议书上签字。

挪威GEXCON公司是一家全球知名的气体、粉尘和火灾爆炸安全咨询机构，在安全和风险管理方面提供全方位的技术咨询服务。该公司开发的三维CFD软件FLACS，代表着国际爆炸模拟仿真领域的行业标准，在全球油气行业的风险评估中得到广泛应用，也是目前唯一在美国获得联邦法规批准的用于陆上LNG工厂设施选址过程中所要求的全部LNG蒸汽扩散场景模拟的CFD软件。通过和GEXCON的合作，CCS将提升在油气领域的定量风险评估服务能力。

GEXCON大中国区副总裁谢镔和CCS有关人士等人参加了签字仪式。

（中国船级社）

Analysis and Research of Engine Speed Fluctuation on One Ship

LIU Zhen, ZHANG Wei-wei
(No.704 Research Institute, CSIC, Shanghai 200031, China)

Based on the symptom and random data provided by the ship-owner about frequent engine speed fluctuations, the causes of faults, the treatment options and the expecting results etc.are discussed.

diesel engine, fluctuation of speed, treatment options

U664

A

刘珍（1985-），男，硕士，助理工程师。研究方向：船舶特种推进、控制理论。