應急柴油機高壓油泵安全閥噴油故障分析及解決措施

侯繼夫　王苗苗

摘 要：應急柴油發(fā)電機組是核電廠內(nèi)獨立的應急電源，其可靠性對核安全有直接影響。某核電廠應急柴油機發(fā)生多起高壓油泵泵體安全閥異常噴油故障，影響了機組的安全運行。噴油泵又稱高壓油泵，是柴油機燃油系統(tǒng)中最重要的部件之一，高壓油泵柱塞偶件是柴油機三大精密耦件之一，該文結(jié)合實際情況，對故障原因進行了分析，采用故障樹分析法，逐個排除可能的故障原因，最終徹底解決了這一故障，保障了柴油機作為廠內(nèi)獨立電源的可靠性，為其他在建與運行核電機組提供了參考。

關鍵詞：柴油機 高壓油泵 安全閥

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（a）-0139-02

法國S.E.M.T PIELSTICK公司生產(chǎn)的16PC2-5V400型大功率柴油機，其噴油系統(tǒng)由噴油泵頂升機構、噴油泵、高壓油管和噴油器組成。柴油機采用的是分體式高壓油泵，分別為16缸燃燒室供油。1號機組A列應急柴油機A3與A5缸高壓油泵泵體安全閥先后發(fā)生多起安全閥異常開啟事件，對柴油機的正常運行及安全帶來不利的影響。

1 高壓油泵結(jié)構

1.1 功用

高壓油泵的功用是提高燃油進機壓力，并根據(jù)柴油機工況的要求，將一定量的燃油在準確時間內(nèi)壓入噴油器，進入燃燒室，達到良好的霧化效果。

其一般技術要求是：

對高壓油泵的供油量應滿足柴油機在各種工況下的需要，即負荷大時供油量增多；負荷小時供油量減少。同時還要保證對各缸的供油量應相等。

根據(jù)柴油機的要求，高壓油泵要保證各缸的供油開始時刻相同，即各缸噴油提前角一致，還應保證供油延續(xù)時間相同，而且供油應急速開始，停油要迅速利落，避免滴油現(xiàn)象。

不論燃燒室形式和混合氣形成的方法有何不同，高壓油泵都必須向噴油器提供壓力足夠高的燃油，以保證良好的霧化質(zhì)量。

1.2 結(jié)構及工作原理

PC2-5柴油機高壓油泵為柱塞式油泵，工作原理是利用柱塞在套筒中上下運動，控制套筒上進、回油孔的關閉和開啟，向噴油器提供一定壓力、流量的燃油，以保證柴油機的正常工作。其采用的噴油量調(diào)節(jié)方式為改變供油終點調(diào)節(jié)，即通過旋轉(zhuǎn)柱塞變更其有效行程，以達到調(diào)節(jié)目的。高壓油泵結(jié)構組成如圖1所示，組成部分主要包括柱塞偶件、高壓油管、出油閥、拉桿齒條、升程限制器及底部的頂升機構等。安全閥安裝在泵殼上，避免油泵下部與頂升器上部構成空間內(nèi)殘存的積液產(chǎn)生過大的壓力，從而影響噴油正時。

2 高壓油泵泵體安全閥噴油故障分析

2.1 狀況說明

在2005—2009年間，所有發(fā)生安全閥噴油故障的高壓油泵均集中在1LHP001GE的A列氣缸上，且全部為A3缸和A5缸高壓油泵。故障發(fā)生時，油流呈霧狀向機體外側(cè)噴射，持續(xù)時間不等，多則3 min，少則十幾秒；相鄰兩次噴油時間間隔長約1年，短則數(shù)月。

2.2 故障機理分析

故障發(fā)生后，相關技術人員與國內(nèi)相關機型柴油機制造廠進行了咨詢，對方反饋，在其檢修過的同型機中從未見過類似故障，也沒有處理該故障的檢修經(jīng)驗。國內(nèi)有類似機型的其他核電機組也未遇到過此問題。

維護手冊中涉及此安全閥的論述很少，只簡單的說明了安全閥的校驗定值要根據(jù)流量與壓力確定，而對其功用與具體定值未做論述。國內(nèi)支持廠家反饋，國內(nèi)引進圖紙生產(chǎn)的同型號機組已經(jīng)取消了此安全閥，改用堵頭封死。相關技術人員考慮到此安全閥的設置主要是異常工況下防止柱塞偶件底部“憋壓”，從而影響噴油正時，因此取消此安全閥的做法存在一定的風險。必須徹底對其異常噴油的故障加以分析并解決。

技術人員仔細對系統(tǒng)和圖紙進行了分析，并列出了所有可能導致故障的原因，如圖1所示。

3 解決措施

針對故障樹所列條目，對所有可能故障原因進行了逐一排查。

3.1 排查方法最簡單，也是最直觀的故障原因就是安全閥本身定值漂移、損壞

最先發(fā)生噴油故障的是A5缸高壓油泵，2005年10月9日，A5缸高壓油泵安全閥發(fā)生第一次噴油，由于以往從未發(fā)生此故障，且事發(fā)突然，檢修人員將懷疑重點放在了安全閥本身上。

2006年4月檢修人員利用機組大修窗口對A5缸高壓油泵的安全閥進行了校驗，閥門密封良好，檢修人員對安全閥進行了回裝。在隨后進行的柴油機品質(zhì)再鑒定試驗中，包括滿負荷試驗和低負荷試驗中均未發(fā)生噴油故障。但2007年4月10日進行的低負荷試驗中，A5缸高壓油泵安全閥再次發(fā)生噴油故障。安全閥定值漂移、損壞的原因首先被排除。

3.2 高壓油泵的介質(zhì)容納空間為柱塞偶件底部與頂升器上部，容納介質(zhì)為柱塞偶件的泄漏燃油與下部頂升器飛濺的潤滑油

通過在試驗過程中對噴油殘留物的觀察，確認介質(zhì)主要是柴油，若活塞環(huán)存在故障的話，噴油介質(zhì)將包含大量的潤滑油。因此初步排除頂升器底部密封用活塞環(huán)損壞的可能。

2007年1月，檢修人員對存在同樣問題的A3缸高壓油泵進行了整體更換，并對更換下來的高壓油泵進行了解體。對柱塞偶件和單向閥進行了檢查，柱塞偶件工況正常。

正常工況下柱塞偶件產(chǎn)生的泄漏油會通過高壓油泵底部的單向閥流向漏油管，柴油機電超速保護動作時，來自超速保護空氣罐內(nèi)7bar的壓縮空氣吹入高壓油泵，底部單向閥關閉，柱塞被壓縮空氣頂起，實現(xiàn)高壓油泵的快速斷油。檢修人員對單向閥的檢查也未發(fā)現(xiàn)異常，閥片狀態(tài)良好。2008年1月，一年前更換的A3缸高壓油泵安全閥再次發(fā)生了噴油現(xiàn)象。故障依然存在。但通過上述檢查處理過程，我們確認柱塞偶件的燃油泄漏量及單向閥都是正常的，這一點可以通過更換的A3高壓油泵得到證實。

3.3 在排除了安全閥、高壓油泵本身故障可能性后

故障的可能就集中在了泄漏油回路上。泄漏油管路由頂升器底部的泄油孔、與泄油孔聯(lián)結(jié)的管座、漏油管，泄漏油總管幾部分組成。其結(jié)構復雜，拆檢繁瑣，但必須針對上述可能故障進行檢查，否則無法排除泄漏油管路堵塞的可能性。

泄油孔是在高壓油泵頂升機構底座上直接加工而成，如圖2所示。

拆除了A5缸接油盒及其附屬接管。對泄油管進行了逐步拆解。拆解后發(fā)現(xiàn)油管內(nèi)部積存了大量的柴油，約20 L。

柴油機每列有8個高壓油泵，柴油機運轉(zhuǎn)期間通過柱塞偶件正常泄漏的少量殘油通過泄油孔匯總到漏油管，最后流入漏油罐，正常的情況下，該油管內(nèi)的殘油是不會這么多的。說明先前泄漏油回路存在堵塞的判斷是正確的。檢查泄油孔及泄油管連接的管座，沒有發(fā)現(xiàn)堵塞。檢查并疏通了頂升機構座上的泄油孔，也沒有發(fā)現(xiàn)異常。

根據(jù)上述檢查結(jié)果，唯一可能導致管道堵塞的可能就是漏油總管了。管道絕大部分都是焊接而成，只有通往漏油罐的橡膠膨脹節(jié)和A列緊急停機控制三通閥是法蘭連接，堵塞的可能也最大，橡膠膨脹節(jié)的檢查沒有發(fā)現(xiàn)堵塞。剩下最有可能堵塞的就是A列緊急停機控制三通閥，閥門的設計功用可表述為：正常工況下，高壓油泵的泄漏油通過閥門流入漏油罐；一旦柴油機發(fā)生超速，電超速保護動作，7bar的壓縮空氣通過該閥門進入高壓油泵將柱塞頂起，迅速切斷燃油供應，實現(xiàn)快速停車。

在拆除閥門下游管法蘭螺栓后，發(fā)現(xiàn)法蘭的墊片中央竟然沒有開孔（安裝遺留缺陷），正常的泄漏油管路被堵塞，導致柴油機正常運轉(zhuǎn)過程中泄漏油無法通過頂升機構的泄油孔排出高壓油泵底部空間。隨著柴油機運轉(zhuǎn)時間的增加，泄漏油越積越多，并逐步充滿A列泄油管路空間，新產(chǎn)生的泄漏油無處釋放，在頂升機構的攪動下產(chǎn)生壓力波動，達到泵體安全閥開啟壓力后開始噴油。當積存的燃油通過安全閥噴出后，高壓油泵底部空間壓力迅速降低，安全閥關閉。從機組投運開始的1999年—2005年共6年時間始終未發(fā)生噴油故障，則是因為正常的泄漏油尚未充滿泄漏油管。

需要指出的是，此墊片的缺陷不但會導致高壓油泵安全閥異常噴油，而且在柴油機發(fā)生超速故障時，超速保護空氣罐內(nèi)的壓縮空氣無法正常進入高壓油泵底部腔室實現(xiàn)快速斷油。電氣超速保護將失去其應有的保護作用，甚至會損壞機組。

在故障根本原因查明以后，檢修人員重新制作了新墊片并進行了更換。

4 結(jié)語

高壓油泵泵體安全閥異常噴油故障的解決消除了機組運行的隱患，為其他機組運行和維護提供了參考。應急柴油機作為廠內(nèi)的獨立應急電源，設備安裝的質(zhì)量必須得到加強，同時應加強經(jīng)驗反饋，杜絕類似問題的再次發(fā)生。

參考文獻

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