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圖解康明斯發(fā)電機組調速器常見(jiàn)故障維修案例 |
摘要：康明斯發(fā)電機公司在下列文章中介紹了6BT5.9-G1康明斯發(fā)動(dòng)機調速系統的組成結構和工作原理，并通過(guò)對一例康明斯柴油發(fā)電機組調速器故障典型案例的深入分析，幫助專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員在實(shí)際工作中作出正確判斷和處理，同時(shí)供大家后期維修工作用于參考借鑒。
發(fā)動(dòng)機電子控制已成為提高發(fā)電機組性能的重要手段。KC75GF是75kW柴油發(fā)電機組，原動(dòng)力是6BT5.9-G1康明斯柴油機，額定轉速1500 r/min。為實(shí)現柴油機的啟動(dòng)、停機和故障保護，特別是為了保證發(fā)電機組的頻率特性，康明斯柴油機采用了較為先進(jìn)的電子控制系統并實(shí)現了電子調速。但其電子調速系統并非全電子控制，而是在原有的機械調速器的基礎上，增加了電子轉速控制器。而使用操作人員對機械調速器和電子調速控制器的組合結構、工作方式和安裝特點(diǎn)多不甚了解，出現問(wèn)題也無(wú)從著(zhù)手。本文作者對該發(fā)電機組的調速系統進(jìn)行了詳細分析，并結合一個(gè)具體案例，說(shuō)明在該系統的結構特點(diǎn)下故障的分析和處理方法。
一、調速系統組成及工作原理
該發(fā)電機組采用的B系列柴油機所用噴油泵為A型柱塞式噴油泵，并帶有RSV機械調速器。為實(shí)現電子調速，在發(fā)電機組中裝配有ESD5500E電子轉速控制器，磁電式轉速傳感器及ADB225型電磁執行器。
ESD5500E型電子轉速控制器及其接口電路如圖1所示。柴油機的實(shí)際轉速由裝于飛輪齒圈部位的磁電式轉速傳感器ZSG測取，該信號由ESD5500E的C、D端口輸入，在與電子轉速控制器內部的轉速設定值比較后，得到柴油機實(shí)際轉速與設定轉速的偏差量。偏差經(jīng)運算處理后，由A、B端口輸出控制信號至電磁執行器，電磁執行器使發(fā)動(dòng)機噴油泵供油齒桿向減小轉速偏差的油量調節方向運動(dòng)，從而控制發(fā)動(dòng)機在設定轉速下穩定運行。轉速控制器e、f端口接受蓄電池供電，若失去供電電壓或檢測不到轉速傳感器的信號，轉速控制器輸出回路會(huì )關(guān)閉送往電磁執行器的電流，在執行器復位彈簧作用下，柴油機會(huì )停止運轉。
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康明斯柴油機電子調速器電路接線(xiàn)圖 |
ADB225型電磁執行器為轉動(dòng)式比例電磁執行器。當電子轉速控制器的驅動(dòng)電流輸出至電磁執行器線(xiàn)圈時(shí)，在磁場(chǎng)力作用下，其中的銜鐵受轉動(dòng)力矩作用轉動(dòng)，并通過(guò)轉軸輸出。直到轉動(dòng)力矩與銜鐵復位彈簧產(chǎn)生的力矩平衡在某一位置為止。轉軸轉動(dòng)的角度與線(xiàn)圈中通過(guò)的電流成線(xiàn)性關(guān)系。
由于該電子調速系統是通過(guò)操控RSV機械調速器來(lái)實(shí)現油量的調節和轉速控制的，因此，電磁執行器與機械調速器的連接方式是其實(shí)現的關(guān)鍵。在該型發(fā)電機組中，電磁執行機構的輸出軸是通過(guò)帶有2個(gè)關(guān)節軸承的桿系與RSV機械調速器的停車(chē)手柄連接，如圖2所示。而機械調速器的操縱桿則固定在高于標定轉速的位置（例如1650 r/min轉速位置，用作超速保護）。這種連接方式的工作機理可通過(guò)RSV機械調速器的結構加以說(shuō)明。
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燃油泵調速器原理結構圖 |
RSV機械調速器是一種典型的機械離心式全速調速器，可與康明斯C系列的P型泵、B系列的A型泵配套，用途十分廣泛。RSV調速器采用雙杠桿結構，一根調速彈簧，轉速感應元件為飛錘。主要由操縱桿、停車(chē)手柄、飛錘、丁字架、調速彈簧、調速杠桿、浮動(dòng)杠桿、支持桿、齒桿行程限制螺栓等組成，其構造如圖3所示。
飛錘通過(guò)丁字架推動(dòng)調速杠桿，調速彈簧則掛在調速杠桿中部的凸耳上。在調速過(guò)程中，飛錘離心力與調速彈簧彈力通過(guò)調速杠桿相互作用，同時(shí)使丁字架發(fā)生移動(dòng)。
而支持桿的上端掛在軸銷(xiāo)上，下端與丁字架相連。支持桿的下端有一小軸，上裝有浮動(dòng)杠桿，浮動(dòng)杠桿的下端通過(guò)銷(xiāo)釘插入停車(chē)機構撥叉的槽中，其上部通過(guò)聯(lián)接桿與供油齒桿相連。因此，丁字架的移動(dòng)將使支持桿以上端為支點(diǎn)擺動(dòng)，支持桿又借助小軸帶動(dòng)浮動(dòng)杠桿以最下端為支點(diǎn)擺動(dòng)，并通過(guò)聯(lián)接桿帶動(dòng)供油齒桿移動(dòng)從而改變供油量，實(shí)現轉速調節的目的。
從以上結構分析可知，當執行器通過(guò)桿系拉動(dòng)停車(chē)手柄時(shí)，停車(chē)手柄將通過(guò)其上的銷(xiāo)釘使浮動(dòng)杠桿最下端移動(dòng)（圖3），并使浮動(dòng)杠桿以小軸為支點(diǎn)轉動(dòng)，從而可直接控制供油齒桿的移動(dòng)，實(shí)現油量調節和停機功能（當到達停油位置時(shí)）；而將操縱桿置于高于標定轉速的位置，此時(shí)調速彈簧張力很大，調速杠桿下端與行程限制螺栓接觸，飛錘因離心力張開(kāi)一定程度，使丁字架與調速杠桿下端接觸壓緊后，在調速器正常調速范圍，飛錘將無(wú)法推動(dòng)調速杠桿而不起調速作用，不會(huì )對電子調速器產(chǎn)生干涉。但當電子調速器因失控造成飛車(chē)時(shí)，機械調速器將把轉速限制在設定范圍內而起到超速保護作用。
在安裝傳動(dòng)桿系時(shí)，必須保證
① 電磁執行器輸出軸的轉動(dòng)及桿系擺動(dòng)方向必須使供油齒桿的移動(dòng)與減小轉速偏差的方向一致；
② 執行器輸出臂的相位角大小必須與停車(chē)和滿(mǎn)負荷相對應。
③ 運動(dòng)桿系的運動(dòng)應靈活。
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電磁執行器與調速器的連接圖 |
二、執行器裝配不當導致動(dòng)力不足的案例分析
1、故障現象
KC75GF康明斯柴油機發(fā)電機組大修后，空載時(shí)轉速正常，但加負荷后轉速低，無(wú)法升至標定轉速。
2、故障查找分析
空載時(shí)轉速正常，但加載后轉速下降，直接的原因應該是供油不足。停機狀態(tài)，測量執行器A、B端電阻，阻值在5Ω左右；工作狀態(tài)，測量執行器A、B端電壓在6~8 V左右，可知執行器基本正常。檢查執行器控制桿系無(wú)卡滯現象。打開(kāi)A型泵側蓋板，觀(guān)察油量控制套筒上可調齒圈轉動(dòng)情況，從空載至30 kW負荷，轉速維持正常，可調齒圈向加油方向轉動(dòng)，但繼續加至50 kW時(shí)，可調齒圈抖動(dòng)，無(wú)法繼續向加油方向轉動(dòng)，用手直接扳動(dòng)可調齒圈，轉速可恢復，因此懷疑供油齒桿在工作中無(wú)法達到滿(mǎn)油位置。詢(xún)問(wèn)維修人員，在拆卸噴油泵時(shí)，將控制桿系拆下但沒(méi)有作記號，裝于旋轉式電磁執行器輸岀軸上時(shí)，也未注意角度。由于執行器輸出臂的相位角必須與停車(chē)和滿(mǎn)負荷相對應，當錯誤的安裝導致輸出臂的相位角無(wú)法達到滿(mǎn)負荷位置時(shí)，加負載時(shí)油量上不去，使發(fā)電機組轉速下降，頻率無(wú)法滿(mǎn)足工作要求。
在排除故障過(guò)程中，維修人員也嘗試將操縱桿扳向更高位置，希望通過(guò)提高彈簧預緊力來(lái)提高轉速，這種方法不能解決問(wèn)題。因為在大負荷轉速下降情況下，調速杠桿下端已與齒桿行程限制螺栓接觸，加大彈簧預緊力不會(huì )對轉速調節有任何影響(彈簧預緊力只有在中等負荷、調速杠桿下端離開(kāi)行程限制螺栓時(shí)才起作用)。在故障分析過(guò)程中，必須對RSV調速器的構造、工作過(guò)程及工況理解透徹，才能在故障診斷和排除中做岀正確判斷和決策。
3、故障排除
將裝在電磁執行器輸出軸上的控制桿拆下，逆加油方向旋轉數齒裝復，使其對應滿(mǎn)負荷位置。故障現象消除。
注意執行器輸出臂的相位角要與停車(chē)和滿(mǎn)負荷相對應，若安裝錯誤使其無(wú)法處于停車(chē)位置，則會(huì )導致發(fā)動(dòng)機無(wú)法熄火。
康明斯柴油機機械調速器的電控系統涉及了機械裝置和電控裝置的聯(lián)動(dòng)，因此在故障分析過(guò)程中，必須對RSV調速器、電子調速控制器、執行機構、傳感器等的構造、安裝、工作過(guò)程及運行工況理解透徹，才能在故障診斷和排除中做出正確判斷和決策。
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