船机故障心莫慌，遇事不决船机帮
导读
根据船级社规范的要求，船舶试航期间需在主机磨合结束后进行耐久试验，即：使主机在对应于正常持续功率的转速下运行至少 2h；在额定转速下运行至少 4h；在 1.032 倍额定转速下运行 0.5h，通过该试验可检验相关系统的设计和主机的调校是否满足主机的多工况需求。
相关方根据耐久试验中主机的运行参数和主机遥控系统反馈的信息判断主机的调校是否满足船舶未来的航行需求，若试航期间发现的主机问题未得到有效解决，则表示主机还没有完全调整好，船舶未来航行可能存在安全隐患，船厂必须解决这些问题。
本文主要研究与主机相关的诸多问题中比较有代表性的燃油限制问题，该问题常见于首制船，如应对不当，会造成试航时间延长和燃油大量消耗，继而导致建造成本增加。
一、问题描述
某大型矿砂船所选主机型号为Wärtsilä 6RTA84T-D，最大持续输出功率为 25200kW，额定转速为76r/min。
在首制船试航期间进行耐久试验时发现，当主机转速增至73.4r/min 之后继续提速变得极为困难，且此时主机遥控系统控制板中的扭矩限制指示灯和扫气限制指示灯闪烁；同时，若指示灯稳定亮起，则还会激发机舱报警监测系统的报警。
对此，相关方提出异议，认为限制指示灯闪烁意味着主机还没有完全调校好，船舶未来航行存在安全隐患。
然而，主机服务商认为主机已调校好，限制指示灯在临近额定转速时频繁闪烁是因为不可见的瞬间海况、海流情况和用舵等都能使限制指示灯闪烁或稳定亮起。
由于意见不统一，只好暂时抬高相关限制值，确保耐久试验顺利完成。
二、主机燃油限制特性
主机燃油限制特性是指限制主机在各转速下的最大有效功率，使主机的负荷不超出为保证其可靠工作而设定的允许范围，即预防主机超负荷和失速。
当主机按该限制特性工作时，喷油泵在不同转速下每个循环的供油量需根据限制条件作相应的调整。
随着增压度不断提高，现代主机的机械负荷和热负荷已接近可靠工作所允许的临界值。
因此，用限制特性来限制主机在各种运转条件下的负荷显得尤其重要。
限制特性通过利用主机调速器限制燃油注入量来实现，即通常所说的主机燃油限制，包括扭矩限制、扫气限制、最大油门限制和最小油门限制。
1、扭矩限制和扫气限制
扭矩限制的作用是使柴油机在各转速下的扭矩值都等于或小于标定转速和标定功率下的转矩，以免柴油机曲轴因机械负荷过大而损坏。
扫气限制则是考虑到船用主柴油机的增压度较高，对热负荷加以限制。
两者的限制值均在主机遥控系统上设定。
2、油门限制
油门限制包括最大油门限制和最小油门限制，其中：
最大油门限制用于预防主机超负荷运行，通过设置调速器上的机械限位来实现；
最小油门限制用于预防主机在大幅降速时失速，使最小油门始终不低于设定值。
3、螺旋桨特性曲线
螺旋桨的扭矩Mp与其转速 n 的平方成正比，桨所吸收的功率 Pp 与转速 n 的三次方成正比（见图1 和图2，图中 C，C2，λp 均为常数）。
图1 螺旋桨特性曲线
图2 不同阻力系数下螺旋桨特性曲线
由图2可知，随着航行阻力的增加（λp变小），螺旋桨特性曲线逐渐变陡。
四、原因分析
通过对主机燃油限制特性和螺旋桨特性曲线进行分析发现，导致主机扭矩限制和扫气限制的原因可能是主机厂台架试验的局限性以及受实际海况的影响。
1、主机台架试验的局限性
主机台架试验限制曲线见图3。
图3 主机台架试验限制曲线
从图3中可看出：
在72.2~79.2r/min转速区间内，扭矩限制点为8.7，即油门刻度为8.7；在最大扫气压力为288kPa时对应最大持续输出功率，油门刻度为9.2。
通过查阅主机资料可知，最大油门机械限位位置为9.3，满足常规机械限位比主机遥控限位小1~2个刻度的要求，这也是防止机械负荷超标的终极保护措施。
由以往经验可知，主机台架试验几乎是在负荷稳定且没有外界干扰的情况下进行的，近乎理想状态，而实船运行（尤其是在高转速下运行）时，随着航行阻力的突然加大（如图2所示），转速会迅速下降，电子调试器探测到该变化，自动加大油门，大幅增加供油量。
台架试验未充分考虑该情况，燃油限制范围的设定值偏低。
2、实际海况的影响
船舶在航行时会受到空气和水对船体的反作用力，其中与船舶运动方向相反的流体作用力称为船舶阻力。
与本文研究的内容相关的因素有：
瞬间逆向、侧方海流；突如其来的大风；规避前方船舶或其他因素导致的舵角突然变化。
船舶在受到上述因素的多次瞬时干扰以后，为维持既定的航向或转速，需频繁加大油门，若燃油限制范围设定值较低，则会造成限制指示灯闪烁。
五、解决措施及预防
通过分析发现，造成主机燃油限制的原因主要有主机台架试验设定值偏低、试航时所用重燃油的热值偏低和浅吃水航行时阻力的变化。
在充分考虑这些因素的影响之后，试航时采取以下措施：
1) 与主机服务商和船东等有关各方达成共识：鉴于受诸多因素的影响，主机台架试验燃油限制设定值需适当提高，以满足实船需求。
2) 通过模拟多种工况，实测出燃油限制值，具体见表1。
根据实测结果和主机各负荷参数，经主机服务商校核及船东等有关各方的同意，通知主机遥控服务商将最大扭矩限制设定在9.6（油门刻度），将最大扫气限制设定在 9.65（油门刻度）。
同时，主机服务商将最大油门机械限位设定在 9.7（油门刻度）。
3) 试航之后，与主机厂、Wärtsilä及Man B&W等进行沟通，得知国外船厂的常规做法是将燃油限制值在主机台架试验限制值的基础上抬高3%~4%。
预防措施：
试航前，将燃油热值等信息提交给主机服务商，由其根据相似船型或经验进行调整；将调整后的燃油限制值提交给主机遥控服务商，以尽早进行预调整，在试航期间主机磨合阶段进行验证并调整到位，为后续试验创造条件和争取时间。
六、结 语
限制控制是使船舶推进系统在动态工况下保护主机的有效手段，良好的主机燃油限制可减小机械冲击负荷，减少故障率和机损，提高使用寿命。
本文通过对某矿砂船的主机燃油限制问题进行分析，找出了影响因素，并制订了解决和预防措施。
在对该首制船的主机燃油限制值进行调整之后，后续船均按此调整，再未出现类似情况。
该研究可为同类问题的解决提供借鉴。
本文原创作者系：
大连船舶重工集团有限公司
刘永歆，柯小磊，刘清江，王家支
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