论文发表之剖析CAT D398串联机组超转速及低油压自动停车系统

　　摘要：熟悉荷兰IHC绞吸式挖泥船的人一定不会对柴油机的串联机组感到陌生，串联柴油机组可以有效地解决单台柴油机功率不足的问题，便于机舱布置，但同时在柴油机运行时的自动保护也带给我们新的困扰，对柴油机而言危害最大的莫过于润滑油压低和超转速而飞车，如何在单台柴油机出现故障时，实现报警，串联机组停车等动作，从而有效的保护我们的设备。下面我们以荷兰IHC公司制造的海狸4600绞吸式挖泥船的主机CAT D398串联机组为例进行如下分析。

　　关键词：论文发表,CAT D398,串联机组,保护

　　1、柴油机的串联

　　1.1柴油机参数

　　机型：CAT D398

　　型式: V型60° 水冷 增压中冷

　　缸径×行程: 158.75mm×203.30mm

　　缸数/压缩比: 12缸/16.5:1

　　额定转速: 1200转/分

　　额定功率 634.3KW

　　实际工作时燃油耗率 172克/马力小时

　　1.2串联机组介绍

　　两台CAT D398柴油机通过连接短轴将前机的飞轮与后机的减震器相连，为了使柴油机工作更平稳，前后机的喷油定时相差360°，起动方式为两台气起动马达，停车时，可以由两名工作人员各操作一台机器同时停车，或一人通过报警箱上的停车按钮控制停车。

　　2、单台柴油机的保护装置

　　每台CAT D398柴油机都装有一“安全停车装置”，也称超转速低油压停车装置。柴油机高压油泵轴，通过齿轮传动，将运动与动力传至此装置，驱动安全停车装置工作。当出现超转速和低油压时，此装置动作，直接推动高压油泵油量控制齿条至停车位，柴油机停机。低油压停车装置具体结构图如下图1、图2。

　　图1

　　超速停车，如图1所示，柴油机工作时，齿轮2与齿轮20啮合，带动件19旋转，飞锤16也一起旋转。离心力作用下，飞锤16会向外移动，同时也压缩弹簧17，当离心力与弹簧弹力相等时，飞锤16停止外移而保持在这一平衡点。一旦转速增加，飞锤16离心力加大，其必须外移，加大弹簧17的压缩量，才能达到新的平衡。当转速达到一定数值，飞锤16的外移量足以使飞锤撞到图2的挂钩33的凸起部位，则推杆30在弹簧28(图2)作用下弹出，直接推动高压油泵油量控制齿条至停车位，柴油机停机。

　　CAT机器制造厂家根据不同转速的柴油机，和同一转速的柴油机但允许超速范围的不同，设计制造了不同弹性系数的弹簧17，以增加此装置的通用性。

　　低油压报警、停车。

　　CAT D398柴油机的低油压保护系统主要由低油压报警装置和停车装置组成。

　　图2

　　从柴油机润滑油主油道末端引两路分别到报警装置和停车装置。至报警装置的压力油，由压力继电器(称之为报警继电器)感受油压的变化，当油压低于1.2bar时压力继电器的触点断开，通过报警箱的电路控制，发出声光报警。因控制电路简单，电路原理就无需赘述。

　　至停车装置的压力油进入低油压停车装置(图1)活塞5上方的封闭油腔中，活塞在油压的作用下下行，使(图2)蜗杆15与块18的脱离啮合，撞块21与挂钩33处于分离状态。当油压低于0.9bar时，油压作用于活塞5上的力不足以克服弹簧的弹力，使得活塞5上行，块18与蜗杆15啮合，在蜗杆15的转动下，块18推动撞块21向拨叉挂钩33移动，最终顶开挂钩33，则推杆30在弹簧28(图2)作用下弹出，直接推动高压油泵油量控制齿条至停车位，柴油机停机。

　　3、串联机组的保护

　　作为串联机组，安全保护就比单机要繁琐一些，利用单机保护装置，也可以做到机组的保护。

　　串联机组的每台柴油机都有超速停车装置，当机组运转速度超出允许范围时，只要两台机器调定超速一样，就可以同时停车。又因为当发生飞车事故时，转速是瞬间大幅度上升，即使超速停车装置调定超速又细小差别，转速调定低的一台机器先停车，如转速继续上升，另外一台也会马上停车，假如不停，速度就不会再上升，对发动机就没有安全问题了。

　　对于低油压就不一样了，假如某一台机器低油压，依靠上述的低油压停车装置使本机器停车了，由于串联，两台机器转速一样，停车的一台会被另外一台机器带动继续旋转，这对发生低油压的机器而言是致命，这时必须让另外一台机器马上也停下来。CAT D398串联机组做到了。

　　在每台柴油机润滑油主油道末端，进低油压停车装置之前，加装一个压力继电器，称之为停车继电器，其调定动作压力为0.9bar，与低油压停车装置的停车油压一致;再在此压力继电器与停车装置之间加装一只电磁阀，得电通，失电断。通过电路控制，做成互锁，当一台机器低油压停车，其加装的低油压压力继电器触点同时断开，通过电路使另外一台机器上加装的电磁阀失电，关闭进入低油压停车装置的油路，使其停车，达到双机停车的目的。

　　4、结论

　　串联机组的超速及低油压自动保护系统简单、方便。能有效地避免机械事故的发生，减少经济损失，提高设备的完好率和利用率。此系统虽然方便实用，但是也存在一些不足之处。

　　4.1在超速停车方面

　　据调查资料表明，通常的转速失控多是由机械原因造成供油拉杆及高压泵齿条卡滞。在这种情况下，即使超速停车装置动作也无法凑效。这时柴油机转速急剧上升导致失控，酿成柴油机严重的破坏性事故。如果超速停车装置能集成主燃油油路的断油或者使燃油泵的油旁通，从而实现断油停车，保护设备。

　　4.2低油压保护

　　此系统的控制油是主油道的末端来油，如果在一些个别点或关键点存在润滑油泄漏(如主轴承、连杆轴瓦等地方)，主油道油压降低并不明显，本套系统是无法识别和动作的，对设备的保护也就无从谈起。如果在每个关键位置设置相应的传感器，然后通过数字电路加以控制，就能更加全面地在低油压方面对柴油机实现保护。