大功率電控柴油機的設(shè)計審圖及檢驗

CCS青島分社 張萬鵬

大功率電控柴油機的設(shè)計審圖及檢驗

CCS青島分社 張萬鵬

低速二沖程電控共軌噴射柴油機改變了原有柴油機的控制結(jié)構(gòu)和模式，在節(jié)能、可靠性、安全性、靈活性及環(huán)境保護等方面均有較大優(yōu)勢。因此，電控共軌噴射柴油機取代傳統(tǒng)柴油機已是大勢所趨。

Wartsila電控共軌系統(tǒng)

Wartsila電控共軌系統(tǒng)簡圖見右圖，可分為機械部分和電子部分。

機械部分主要包括燃油共軌和伺服油共軌兩部分。燃油共軌負責(zé)燃油的供給和噴射，伺服油共軌系統(tǒng)負責(zé)燃油噴射控制閥的驅(qū)動和排氣閥的驅(qū)動等。

電子部分負責(zé)燃油噴油、排氣閥和起動閥的定時和控制等，主要包括轉(zhuǎn)速、曲軸轉(zhuǎn)角、噴油量、排氣閥行程和共軌壓力等傳感器，現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)、共軌閥等執(zhí)行機構(gòu)，以及WECS控制系統(tǒng)等。各部分組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，同時電控系統(tǒng)還具有系統(tǒng)內(nèi)部故障檢測和保護功能。這里對Wartsila的電控系統(tǒng)WECS主要功能做一個詳細介紹：

WECS系統(tǒng)是整個控制系統(tǒng)的核心，負責(zé)對整臺機器的運轉(zhuǎn)控制，是柴油機的“大腦”，其主要功能如下：

1、存儲和處理柴油機調(diào)試后基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

經(jīng)過調(diào)試后符合技術(shù)要求及排放要求的參數(shù)均使用專業(yè)化軟件寫入WECS系統(tǒng)中，且經(jīng)過輸入和調(diào)整后未經(jīng)授權(quán)無法更改。這些參數(shù)主要包括供油壓力的拐點設(shè)置、噴油定時和伺服油定時的基礎(chǔ)參數(shù)等。

2、計算和處理可變數(shù)據(jù)

系統(tǒng)負責(zé)對VIT(Variable Injection Timing )、VEC (Variable Exhaust Close Timing)和 VEO(Variable Exhaust Open Timing)等定時參數(shù)的計算。計算基于設(shè)定的基礎(chǔ)參數(shù)、柴油機的遙控系統(tǒng)及調(diào)速系統(tǒng)給定的信號進行，同時具有不同情況下的補償及燃油品質(zhì)補償?shù)裙δ堋?/p>

3、燃油和伺服油共軌壓力調(diào)節(jié)和監(jiān)測

根據(jù)不同的負荷自動進行燃油和伺服油共軌壓力的檢測和調(diào)節(jié)，通過對供油系統(tǒng)供油泵的啟停調(diào)節(jié)共軌壓力。

4、噴油控制

噴油控制是WECS的核心功能，WECS系統(tǒng)根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角和上死點傳感器的反饋計算噴油定時并做出噴油指令，通過電磁閥控制共軌閥的動作，進而控制噴油時間達到控制噴油量的目的。同時，根據(jù)不同的負荷，WECS對共軌壓力進行不同的調(diào)節(jié)。另外，每缸配備3只噴油器，WECS可在低負荷時停掉一個或兩個噴油器，并且可控制各噴油器定時輪換噴油。

5、排氣閥控制

系統(tǒng)可以計算排氣閥的定時，并通過伺服油電磁閥控制排氣閥的開關(guān)，可以實現(xiàn)排氣閥開關(guān)可變定時（VEO和VEC），從而提高經(jīng)濟性。

6、WECS內(nèi)部監(jiān)測

系統(tǒng)可以進行內(nèi)部功能檢測并在內(nèi)部功能出現(xiàn)故障時給出報警信號，這些故障包括電源監(jiān)測，系統(tǒng)數(shù)據(jù)校驗錯誤等。

7、通信接口

系統(tǒng)提供了和外部的調(diào)速、遙控系統(tǒng)的接口以及和應(yīng)急控制面板的通訊，這些通訊基于冗余的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，系統(tǒng)可提供多種數(shù)據(jù)通訊接頭，實現(xiàn)和不同接口系統(tǒng)的兼容性。

8、系統(tǒng)冗余

整個電控系統(tǒng)的傳感器、控制模塊、網(wǎng)絡(luò)和控制油泵、伺服油泵等均是冗余的，在一個部件損壞時，不影響機器的正常運行。

電控柴油機審圖注意事項

根據(jù)《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》的要求，電控系統(tǒng)的設(shè)計原則是“電控機的設(shè)計應(yīng)使其不低于非電子控制柴油機的要求”，在審圖中對電控系統(tǒng)的主要要求應(yīng)特別注意以下方面：

1、共軌機械部分

☆ 燃油和伺服油的共軌管和蓄能器等應(yīng)按照規(guī)范的要求進行強度計算且應(yīng)具有超壓報警保護裝置；

☆ 燃油和伺服油的高壓系統(tǒng)等應(yīng)設(shè)有安全閥且有計算書；

☆ 燃油和伺服油供油系統(tǒng)的泵應(yīng)為冗余配置；

☆ 燃油和伺服油的壓力泵和噴油器之間的所有管路應(yīng)設(shè)有套管或等效保護裝置，且設(shè)有報警裝置；

☆ 若高壓燃油和伺服油管系只設(shè)有一套，應(yīng)提交疲勞分析計算書；

☆ 應(yīng)驗證機器設(shè)有防止因控制閥故障而導(dǎo)致燃油持續(xù)噴入汽缸的設(shè)施。

2、共軌電控部分

☆ 電控系統(tǒng)應(yīng)具有故障自診斷和安全保護功能，出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)能進行故障診斷并啟用安全保護功能，且能維持柴油機正常工作；

☆ 電控系統(tǒng)重要的傳感器和控制器應(yīng)冗余配置；

☆ 電控系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)為冗余配置，且可以自動切換；

☆ 電控系統(tǒng)應(yīng)由兩套獨立電源經(jīng)兩條獨立線路分別供電，且能自動切換，其中一套應(yīng)為蓄電池供電；

☆ 應(yīng)設(shè)有應(yīng)急停車的裝置或措施；

☆ 應(yīng)設(shè)有機旁和集控室或駕駛室的應(yīng)急控制面板；

☆ 電控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有檢查通訊端口，用于檢測和維修。

電控系統(tǒng)型式試驗及出廠檢驗

根據(jù)《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》的要求，一般情況下電控系統(tǒng)的各個部件在經(jīng)過型式試驗后應(yīng)安裝在柴油機上進行型式試驗，試驗主要包括如下范圍：設(shè)計柴油機安全運行的項目，只能于柴油機一起驗證的項目，控制系統(tǒng)的軟件功能驗證。

電控系統(tǒng)的出廠試驗及注意事項如下：

☆ 軟件版本的驗證：一般情況下，通過專用軟件讀出軟件的版本參數(shù)，以及IMO標(biāo)識的參數(shù)和數(shù)據(jù)校驗等參數(shù)，同時驗證NOx技術(shù)案卷中是否記錄了正確的電控系統(tǒng)軟件版本號和IMO標(biāo)識號。

☆ 燃油噴射控制閥及排氣控制閥的功能驗證：在低速情況下，通過專用軟件讀得控制閥的動作情況和動作時間，驗證是否和調(diào)試數(shù)據(jù)一致。

☆ 單缸控制模塊電源故障：機器運轉(zhuǎn)過程中，拔掉單杠的控制模塊電源，驗證系統(tǒng)的電源自動切換和報警功能。

☆ 緊急停車裝置功能：進行緊急停車操作，驗證緊急停車電磁閥的動作情況，并記錄停車時間。

☆ 曲軸轉(zhuǎn)角傳感器故障：機器運轉(zhuǎn)過程中，拔掉一只傳感器，驗證電控系統(tǒng)的報警以及機器的正常運轉(zhuǎn)，當(dāng)兩只傳感器均出現(xiàn)故障時，柴油機應(yīng)能在某一轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。

在電控系統(tǒng)的出廠試驗時，應(yīng)特別注意驗證在各個負荷下電控系統(tǒng)的工作是否和調(diào)試中設(shè)定的相關(guān)控制模式一致。

大型低速機具有優(yōu)秀的低負荷性能和低排放能力等優(yōu)點，在船上的使用會越來越普及，相關(guān)的檢驗任務(wù)也會越來越多。因為電控系統(tǒng)的加入，對只有傳統(tǒng)機械系統(tǒng)檢驗資歷的人員是一個新的挑戰(zhàn)，只有深入了解大型電控機的功能和特點，才能更好地指導(dǎo)審圖和檢驗工作。