某型船柴油机发电机组飞车故障原因分析

某型船采用3台某型号柴油机用于该船电力推进系统主机组，在某次出海执行任务备航期间，该船突然发生了全船失电故障，在失电期间，又发生了3# 柴油机发电机组飞车故障，随后立即对3#柴油机盘车检查，已无法盘车。

进一步拆检勘验，确认柴油机曲轴抱死，轴瓦损坏，无法现场修复。

发生故障后，柴油机厂家服务工程师与该船机电部门相关人员进行沟通，了解了故障时现场处理及监控数据情况，具体情况如下：

8：00分，分别将主副发电机组启动至怠速状态，柴油机预热水温、油温度达到40 度。 

8：10分，将三台主发柴油机的转速升至 1500 转/分，并将1#机组投入到工作状态，在码头进行带载运行。 

8:22分，机舱的DC24V充放电板#1蓄电池低电压、机舱DC24V 充放电板#2蓄电池低电压和机舱的DC24V 充放电板故障先后报警，在此期间该船机电人员立即对报警故障进行了处理，但仍然报警，马上将1#发电机和辅机解列。 

8:26分，机电人员将3台机组降低至怠速状态，并到电工间进行排查，此时3号主发电机转速、声音异常，通过调阅监控系统发现：

8:28分20秒，1#机组转速从怠速开始下降，8:28分27秒，发电机频率为0，正常停机。 

8:28分31秒，2#机组转速从怠速开始下降，8:28分37秒，发电机频率为0，正常停机。 

8:28分40秒，3#机组转速从怠速开始下降，8:29分14秒，发电机频率为0，异常停机。 

在全船失电期间，1#、2# 机组和辅机机组先后自动停车，但3# 机组未停车且声音异常。

8:29:08秒，集控室历史数据记录曲线显示 3#机组转速为1620 转左右，8秒后，柴油机转速0。

查阅发电机监控数据，期间发电机最高频率达到60Hz（超过60Hz 时不在监控的记录范围内），对应转速1800 转/分。

机电人员听到声音异常后，迅速从电工间跑至3#机组旁并将3#机组的B列风门切断，同时发电机的转速在下降。

关闭B列风门后机电人员立即到3#机组控制箱旁检查时，控制箱来电、看到A列风门自动切断，此时控制箱电压不稳（各指示灯闪烁），没过几秒柴油机停车。

停车后，机电人员迅速组织人员进行盘车，此时已经盘不了车。

服务工程师按照柴油机检测要求对3#机柴油机进行了现场拆检勘验：

①故障柴油机盘不动车，拆发电机与柴油机连接铝圈，依然盘不动车。

拆检柴油机观察孔盖板，未发现异常情况；

检查曲轴轴向间隙，无轴向间隙；

拆高压油管、喷油器回油管、缸盖罩，检查摇臂、挺杆、过桥无异常，喷油器拔出后，未发现异常。 

②拆全部气缸盖，检查活塞顶部、气缸套表面均无拉缸现象；

盘车检查，依然盘不动车、无轴向间隙；

拆高压油 泵传动齿轮盖板，未见异常。 

③拆减震器、淡海水泵、低压燃油泵，拆前端盖检查齿轮，发现曲轴与曲轴传动齿轮有碰撞痕迹（见图1），其它无异常。

图1 曲轴与曲轴传动齿轮有碰撞痕迹

④机电部门协助柴油机厂家服务工程师对集控室监控系统报警记录做了检查，发现控制箱有报警故障。

对该机曲轴、连杆、连杆瓦可见部分进行了检查，检查连杆轴向摆动间隙，见表1。

⑤对主轴瓦和连杆瓦瓦边进行检查，第七档主轴瓦有挤出现象，B4 连杆瓦有挤出现象（见图2，图3），

图2  主轴瓦有挤出

图3  连杆瓦有挤出

拆 B4 连 杆瓦盖，发现 B4 连杆瓦已被烧坏（见图4），B4 连杆轴颈已变色发黑（见图5）。 

图4  连杆瓦已被烧坏

图5  连杆轴颈已变色发黑

⑥止推环可见部分进行检查无异常，盘车曲轴依然盘不动车，曲轴无轴向间隙。

对高弹联轴器进行检查，发现橡胶齿顶有烧熔现象（见图6）。

图6  对高弹联轴器进行检查

⑦对发电机进行检查，发现发电机风扇下平衡块脱落（见图 7）。

对增压器进气口进行检查，增压器转动灵活、无刮蹭现象。

⑧对机油泵衬套进行检查无异常（见图8）。

图8  机油泵衬套良好

对过渡双联齿轮进行检查，衬套无异常。

⑨对控制箱停车按钮和紧急停车按钮进行检查，停车电磁铁无动作（齿条），紧急停车电磁阀正常（断气门），对高压油泵进行检查，齿条无卡滞现象，但发现齿条复位弹簧头部断裂，无复位作用。

通过对现场勘查、零部件排查和柴油机停车原理的分析，认为3#柴油发电机组飞车的故障原因是：

在怠速运行过程中发生柴油机控制箱供电DC24V 电源失电，导致柴油机电子调速器失电，调速失控，此时如复位弹簧状态完好， 通过弹簧的回复力，可将高压油泵油量齿条拉回至供油零位，使柴油机正常停机。

但由于调速器复位弹簧挂钩断裂，齿条油量位置失去控制，受手动停车手柄重力和高压油泵工作特性的影响，齿条向高供油量方向运动，使过多的燃油喷入燃烧室参与燃烧，引起柴油机转速异常升高。

同时由于机旁控制箱失电，安保系统失去对柴油机的保护作用，超速保护装置未正常工作，最终导致柴油机飞车。 

故障发生时出现A列断气阀为自动关闭、B列断气阀为手动关闭现象，分析认为在柴油机飞车初期，DC24V 供电电源不稳，产生波动，控制箱电源时通时断，柴油机安保 系统曾起作用，但由于断气阀生产制造的差异，使两断气阀动作时间不完全一致，导致控制箱得、失电期间出现B列断气阀动作而 A 列断气阀未动作的现象。

为了对故障原因进行验证，该船机电人员协调生产厂家工程师，选取一台柴油机在试验台架上进行模拟弹簧断裂和控制箱失电的试验：

起机前取下调速机构复位弹簧，在柴油机正常运行时切断控制箱电源。

切断控制箱电源后，在2-3 秒时柴油机声音异常，转速急剧升高，停车手柄向下（油量升高方向）移动，且相关停车保护功能均无动作，迅速手动停机。 

通过两次台架试验的结果表明，在复位弹簧断裂和控制箱失电同时发生的情况下，会发生柴油机转速急剧升高的飞车现象。

通过故障原因的分析和故障复现工作的开展验证，可以认为：

导致该船3#机组飞车的原因是：

高压油泵齿条复位弹簧首先断裂，备航时全船失电。

技术规格书要求控制箱需要不间断控制电源，外部电源失电造成柴油机控制箱失电，失去对执行器、电调等外围电路的控制，柴油机油泵齿条无法复位，齿条向下运动，柴油机油量急速供给，导致柴油机飞车抱轴。

END