應(yīng)急柴油機充氣冷卻水系統(tǒng)典型故障的處理

王同善

（福清核電有限公司，福建 福清 350318）

應(yīng)急柴油發(fā)電機組作為核電廠的重要保安電源，它的運行可靠性對核電廠安全的意義十分重大。因此，在運行電廠中必須最大程度地保證應(yīng)急柴油發(fā)電機組的可用性，保障其運行的可靠性。為實現(xiàn)上述目標(biāo)，核電廠的維修、運行人員一直都在各自領(lǐng)域進行著不懈的努力，本文將從維修人員的角度，對應(yīng)急柴油機充氣冷卻水系統(tǒng)典型故障的處理方法進行分析。

1 應(yīng)急柴油發(fā)電機組及其相關(guān)輔助系統(tǒng)概述

1.1 應(yīng)急柴油機概述

本文提及核電廠使用的應(yīng)急柴油機為德國MTU-Friedrichshafen公司生產(chǎn)20V956TB33型柴油機，這是一種直噴式四沖程柴油機，共有20個氣缸，呈60°V形分布，內(nèi)循環(huán)采用水冷方式，外循環(huán)采用風(fēng)冷方式，采用兩級順序渦輪增壓方式對充氣進行增壓，額定轉(zhuǎn)速為1500 r/min，額定功率為5720 kW（見圖1）。

1.2 充氣冷卻水系統(tǒng)概述

在柴油機運行過程中，進氣通過渦輪增壓機的增壓同時也被它所走過的零部件加熱，進氣的密度隨其溫度的提高而降低，實際上降低了柴油機的進氣量，影響了柴油在柴油機氣缸中的燃燒情況，對提高柴油機功率產(chǎn)生負面影響。為解決這一問題便設(shè)計了充氣冷卻水系統(tǒng)冷卻柴油機的進氣；同時，充氣冷卻水系統(tǒng)也是柴油機潤滑油系統(tǒng)除開機體散熱的唯一冷源。

因此，充氣冷卻水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行對保證柴油機的正常運行具有重要的意義。

2 故障的產(chǎn)生及處理

結(jié)合國內(nèi)某運行電廠應(yīng)急柴油機在試驗過程中發(fā)現(xiàn)的故障，對應(yīng)急柴油機充氣冷卻水系統(tǒng)故障處理的思路及方法進行探討。

2.1 缺陷描述

柴油機充氣冷卻水的典型故障之一便是其壓力的異常波動。對此核電廠采用的應(yīng)急柴油機，如果其壓力波動過程中，最低壓力低于120 kPa便會產(chǎn)生報警。

2.2 故障危害

充氣冷卻水系統(tǒng)的主要功能在于，將經(jīng)過渦輪增壓器增壓后的進氣和柴油機的潤滑油進行冷卻。因此，在壓力較低的情況下，冷卻水流量變??；在持續(xù)運行的工況下，會造成潤滑油油溫及柴油機進氣溫度的升高；油溫的持續(xù)升高易造成柴油機潤滑故障，甚至零件的損壞；進氣溫度升高直接導(dǎo)致進氣密度下降，使柴油機效率降低。綜上所述，此故障可能造成的危害主要有以下兩點：

（2）由于空氣進氣量相對減少，燃油和空氣的混合比例失調(diào)，使柴油機的燃燒過程不正常，會發(fā)生早燃或爆燃現(xiàn)象；從而油耗增加，功率下降，排氣管冒黑煙；工作的可靠性和耐久性惡化[1]。

2.3 故障的可能原因

從充氣冷卻水系統(tǒng)的流程上依次查找、排查故障原因，簡略流程圖見圖2[2]。

冷卻水循環(huán)是靠機帶循環(huán)泵202PO（圖2中的1）驅(qū)動，經(jīng)過冷卻器冷卻的充氣冷卻液由2口吸入，并從3口泵出，被輸送至驅(qū)動端的冷卻液入口9，冷卻液進入并聯(lián)連接在發(fā)動機驅(qū)動端左右側(cè)的低壓中間冷卻器（圖2中的6）和高壓中間冷卻器（圖2中的7），中間冷卻器中的冷卻液在發(fā)動機左右側(cè)流入收集管路，然后進入機油熱交換器(圖2中的4)。冷卻液在熱交換器后面匯合，進入充氣冷卻液冷卻器，在那里經(jīng)過冷卻后再次被充氣冷卻液泵抽回到柴油機體中。

從充氣冷卻水系統(tǒng)的流程及相關(guān)設(shè)備的狀況分析，可能的原因分為以下幾方面：

（1）機油熱交換器，高低壓中間冷卻器等熱交換器換熱管路發(fā)生堵塞等故障；

（2）葉輪上有異物或葉輪出現(xiàn)缺陷；

（3）水泵的驅(qū)動齒輪與柴油機的齒輪嚙合間隙較大；

（4）充氣冷卻液泵軸承發(fā)生故障；

胡益興[1]以回收廢舊高密度聚乙烯(RHDPE)為改性對象，研究制備以線型低密度聚乙烯(LLDPE)、廢舊膠粉及熱塑性彈性體為主要成分的復(fù)合改性劑，對RHDPE改性研究，開發(fā)成功了廢棄橡塑復(fù)合材料，應(yīng)用于道路鋪設(shè)材料。

（5）驅(qū)動齒輪磨損嚴(yán)重，造成水泵運行不穩(wěn)定，輸出功率不足；

（6）系統(tǒng)連接管路和設(shè)備中存在未排出氣體。

2.4 故障原因的依次排查

（1）從報警上獲得的信息可以判斷，雖然系統(tǒng)壓力波動較大，最低值小于120 kPa，但并非持續(xù)低壓，因此排除上述熱交換器發(fā)生堵塞的可能性，因為一旦管路不暢，壓力便會持續(xù)在較低的水平[3]。

（2）將疑點較多的部位——充氣冷卻水泵拆卸后，觀察葉輪（見圖3）。

通過對葉輪的檢查可以排除（2）項中故障原因。

（3）在拆卸充氣冷卻水泵過程中，整個泵體拆開之前，應(yīng)著力于葉輪，對水泵進行嘗試性地左右盤動；如果葉輪可以較大幅度地轉(zhuǎn)動，說明水泵的驅(qū)動齒輪與柴油機的齒輪嚙合間隙較大。實際操作過程中并未發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象，排除（3）項中可能故障原因。

（4）將此泵完全拆離柴油機本體后首先進行盤動，以檢查其軸承是否存在問題，圖4為拆下來的充氣冷卻液泵。

盤動后表面：軸承靈活，無任何阻滯感且無明顯竄動，故（4）項中可能故障原因亦可排除。

（5）將低溫水泵整體拆除后，對齒輪嚙合部位進行觀察，見圖5。

齒輪存在明顯磨損，分析認為此處磨損原因在于泵軸與柴油機軸的平行度存在誤差。此誤差的產(chǎn)生原因是：20V956TB33型柴油機的原型機用在船舶上，低溫水是由輔機系統(tǒng)的泵（小型柴油機或蓄電池驅(qū)動）而非機帶泵抽取海水作為充氣冷卻水；而改為陸用之后，臨時在柴油機的KGS端進行了加工，因此，加工精度并未能得到很好的保證；以前也因此造成過較大程度的齒輪磨損，導(dǎo)致充氣冷卻水系統(tǒng)的問題（這是MTU公司應(yīng)對此型號柴油機進行重點改進的部分之一）。此次故障機器的齒輪雖然存在不均勻磨損（本應(yīng)是沿著齒根部的均勻磨損），但不像以前那樣嚴(yán)重，并不足以造成壓力波動的問題。故可排除（5）項中可能故障。

（6）經(jīng)過對前述可能故障的逐一排除，可以確定問題應(yīng)該通過充水排氣解決。

將移動泵連到風(fēng)冷散熱器上的充水管線為柴油機充水，并重點對倒U形部位的管路和儀表接口的管路進行由低到高的逐步排氣，最終通過膨脹箱排出氣體。

3 結(jié)論

經(jīng)過后續(xù)的品質(zhì)再鑒定試驗，柴油機充氣冷卻水系統(tǒng)各項指標(biāo)均合格，成功解決了系統(tǒng)壓力波動大且最低壓力低于限值的故障。通過對此次故障的思考，可以做出如下總結(jié)，如果出現(xiàn)以下3條：（1）充氣冷卻水系統(tǒng)壓力波動大；（2）水溫隨之有所升高；（3）膨脹水箱水溫異常上升，并大多能在停機后恢復(fù)正常，則可以確定系統(tǒng)需要排氣了。

另外，通過上述故障處理過程，還可以總結(jié)出一條柴油機故障處理的通則，即柴油機上的故障可以從系統(tǒng)入手，從系統(tǒng)流程上找出所有可能的故障原因，然后逐一地進行排除，如此進行，最終一定可以找到故障原因并順利排除故障。

[1]宋振海，吳鵬.某型船用柴油機竄氣故障診斷與排除[J].柴油機，2002，11（4）：21-24.(SONG Zhenhai, WU Peng.Failure Diagnosis and Troubleshooting for Some Type of Marine Diesel Gas Blowby [J].Diesel Engine, 2002, 11(4): 21-24.)

[2]MTU.Equipment operation and maintenance manual genset EDG [R].德國：MTU，2010.

[3]陳勇，郭麗.DF4型機車?yán)鋮s水系統(tǒng)常見故障分析及處理[J].內(nèi)燃機車，2002，23（6）：115-117.(CHEN Yong, GUO Li.Common Fault Analysis and Treatment for DF4 Locamotive Cooling Water System [J].Diesel Locomotive, 2002,23(6):115-117.)