鉆井柴油機(jī)故障及預(yù)防分析

朱亞峰 王金廣（.川慶鉆探長慶鉆井總公司，陜西 西安7008；.渤海鉆探第三鉆井公司，天津300450）

近年來，隨著環(huán)保意識(shí)逐漸深入人心，國家正在加大力度開發(fā)風(fēng)能、水能、核能等清潔性資源，但就目前情況來看，國家發(fā)展仍然離不開石油、煤炭等化石資源。與從前相比，現(xiàn)代開采工作的要求更高，為了充分利用化石能源，保證生產(chǎn)的安全性，必須對鉆井柴油機(jī)的故障產(chǎn)生原因進(jìn)行詳細(xì)分析，從而做好預(yù)防措施，使設(shè)備時(shí)刻處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。

1 柴油機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

在1976年，德國大眾公司首先將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用到民用汽車上，隨后經(jīng)過不斷的技術(shù)研發(fā)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的性能得到了大幅度的增強(qiáng)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是靠壓燃的方式使柴油做功，所謂壓燃，是靠活塞在氣缸里的壓力，導(dǎo)致柴油受到壓力形成自燃，因此需要很大的壓縮比，換句話說，活塞下壓需要保持一定的深度。這樣的方式使得柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩比汽油機(jī)大。大扭矩不會(huì)影響設(shè)備轉(zhuǎn)速，但會(huì)影響設(shè)備的瞬間加速度以及負(fù)載能力，因此很多型號的車輛和大型驅(qū)動(dòng)設(shè)備都采用了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。除了工程車、船舶等大型交通工具外，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大規(guī)模工程的開采設(shè)備，如油田柴油機(jī)、鉆井柴油機(jī)等。另外，所有的柴油機(jī)都采用渦輪增壓的方式，這是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的另一個(gè)特點(diǎn)。除此之外，高品質(zhì)的柴油是清潔燃料，因此溫室氣體排放量顯著低于汽油，且產(chǎn)生相同能量的油耗較低，因此國外很多大排量汽車和重型機(jī)械設(shè)備選擇柴油。但在國內(nèi)，由于柴油提煉技術(shù)水平較低，導(dǎo)致柴油的純度不足，蠟的成分比較多，在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)很容易沉淀凝結(jié)，堵塞油管和排氣系統(tǒng)，而柴油沒有經(jīng)過充分燃燒，導(dǎo)致排放的污染物也相應(yīng)的增多。

現(xiàn)今的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)在原有基礎(chǔ)上得到了極大地改進(jìn)，時(shí)下的油田柴油機(jī)、鉆井柴油機(jī)等設(shè)備已經(jīng)采用了電控噴射、共軌、渦輪增壓中冷等技術(shù)，不但減輕了柴油機(jī)的重量，還使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的噪音和黑色的煙霧大為減少，甚至達(dá)到了汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的水平。

2 鉆井柴油機(jī)的常見故障產(chǎn)生原因

2.1 工作機(jī)構(gòu)造成故障

鉆井柴油機(jī)在工作時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，即柴油機(jī)曲軸上的實(shí)際負(fù)載超過了額定范圍。在很多時(shí)候，盡管曲軸上的實(shí)際負(fù)載處于額定范圍之內(nèi)，但由于受到的力來自多個(gè)角度，實(shí)際受到的力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大負(fù)載，導(dǎo)致柴油機(jī)出現(xiàn)故障。比較典型的情況是，在鉆井柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，主軸承受到的摩擦力不均衡，經(jīng)過一段時(shí)間的磨損之后，同軸性能被嚴(yán)重破壞，出現(xiàn)此種現(xiàn)象之后，曲軸表面在原先承受的壓力之下，由于軸承的穩(wěn)定性遭到破壞，引發(fā)了大范圍的軸承變形，致使曲軸還會(huì)被施加一種附加的彎曲應(yīng)力，最終導(dǎo)致曲軸負(fù)載程度過大，出現(xiàn)故障。

2.2 潤滑系統(tǒng)造成故障

對于鉆井柴油機(jī)來說，潤滑系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，會(huì)極大地增加設(shè)備的磨損程度。不僅如此，潤滑系統(tǒng)無法正常工作時(shí)還會(huì)導(dǎo)致接觸的零部件得不到及時(shí)的潤滑，在摩擦過程中會(huì)產(chǎn)生超出發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載極限的熱量，進(jìn)而導(dǎo)致抱瓦、燒瓦等極其嚴(yán)重的柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)事故。故障的具體產(chǎn)生原因如下：第一，長期不更換潤滑油或使用劣質(zhì)潤滑油濾清器，造成潤滑系統(tǒng)出現(xiàn)故障，進(jìn)而使?jié)櫥褪Щ蛟谖丛^濾的情況下直接進(jìn)入軸瓦的配合間隙內(nèi)，導(dǎo)致軸瓦得不到潤滑而抱瓦。第二，使用的潤滑油中存在大量雜質(zhì)，在長時(shí)間的積累下，導(dǎo)致潤滑系統(tǒng)內(nèi)部堵塞，出現(xiàn)抱瓦現(xiàn)象[1]。第三，發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油沒有控制在正常溫度范圍內(nèi)。一般情況下是機(jī)油溫度過高所致，而長期的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，致使機(jī)油無法正常冷卻，從而導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)被破壞。一旦出現(xiàn)此種情況，與冷卻裝置相連的水管內(nèi)壁的水垢會(huì)在短時(shí)間內(nèi)大量增加，致使水流受到的壓力過大，溢流閥壓力過低，由此導(dǎo)致機(jī)油流出量失衡，進(jìn)而引發(fā)潤滑部位的配合間隙無法保持正常系數(shù)。

2.3 燃料系統(tǒng)造成故障

當(dāng)鉆井柴油機(jī)的燃料系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)無法正常啟動(dòng)，即使能夠發(fā)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速相比正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)也會(huì)大打折扣，且由于柴油燃燒不充分，導(dǎo)致排煙異常。具體的原因如下：第一，由于日常操作不當(dāng)或者沒有對鉆井柴油機(jī)進(jìn)行良好的維護(hù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)供油管道中滲入了空氣，在內(nèi)外氣壓的共同作用下，導(dǎo)致油路被封堵。第二，噴油泵的調(diào)節(jié)齒桿由于操作不當(dāng)發(fā)生了“宕機(jī)”，或是柴油機(jī)的調(diào)速器校正彈簧等由于外力作用而失效。在此種情況下，盡管柴油機(jī)能夠啟動(dòng)，卻會(huì)因?yàn)榕ぞ嘏c正常狀態(tài)差距較大，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不足，加速裝置雖然能夠運(yùn)轉(zhuǎn)，但在很大程度上是在白白燃燒柴油，而柴油發(fā)動(dòng)機(jī)本身的驅(qū)動(dòng)方式?jīng)Q定了設(shè)備運(yùn)行速度不如汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，因此即使能夠勉強(qiáng)啟動(dòng)，也會(huì)導(dǎo)致行駛速度大幅度降低。

3 鉆井柴油機(jī)常見故障科學(xué)預(yù)防措施

3.1 在工作時(shí)需要注意對柴油機(jī)的保護(hù)

上文提到的由于鉆井柴油機(jī)自身的工作機(jī)構(gòu)導(dǎo)致負(fù)載不均造成的故障，在如今的技術(shù)下，這項(xiàng)問題已經(jīng)得到了一定程度的解決。為了精確掌握柴油機(jī)的負(fù)載，及時(shí)進(jìn)行調(diào)和，共軌技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。共軌技術(shù)是由高壓油泵、壓力傳感器和ECU（控制單元）組成的閉環(huán)系統(tǒng)。高壓油泵把高壓燃油輸送到公共供油管，通過對公共供油管內(nèi)的油壓實(shí)現(xiàn)精確控制，可以大幅度減小柴油機(jī)供油壓力隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。此種技術(shù)能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)軸承受到的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)部分軸承受力不均或負(fù)載過重，壓力傳感器會(huì)即時(shí)發(fā)出信號，通過ECU進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)方式，及時(shí)調(diào)整公共供油管內(nèi)剩余油量產(chǎn)生的壓力，從而有效保護(hù)鉆井柴油機(jī)，使之時(shí)刻處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)[2]。

3.2 根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)情況適當(dāng)添加潤滑油

鉆井柴油機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，需要根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況適當(dāng)添加潤滑油。而潤滑油濾清器是不可或缺的重要裝置。鉆井柴油機(jī)經(jīng)常應(yīng)用在石油、煤炭開采基地，自然環(huán)境相對較差，因此應(yīng)該選擇苛刻程度較高的品牌。潤滑油的添加不是一勞永逸、用完為止的，而是必須根據(jù)使用周期進(jìn)行更換。除此之外，在添加潤滑油時(shí)，切記不能將水分、雜質(zhì)以及柴油帶入，否則會(huì)造成柴油機(jī)噴油泵的供油量失衡，導(dǎo)致柴油無法得到充分燃燒。由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)引擎控制使用多個(gè)后噴射的情況增多，經(jīng)由活塞環(huán)摻入機(jī)油而稀釋機(jī)油的燃料量不斷增加，這樣很容易降低機(jī)油的潤滑性和粘度。為了解決這一問題，美國德爾福公司開發(fā)出了能夠準(zhǔn)確檢測機(jī)油狀態(tài)的專供柴油發(fā)動(dòng)機(jī)使用的機(jī)油傳感器，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用時(shí)間，大幅度延長機(jī)油和潤滑油過濾器的更換時(shí)間，從而使?jié)櫥秃蜋C(jī)油的添加更加科學(xué)。

3.3 對冷卻水溫進(jìn)行合理控制

冷卻系統(tǒng)是保護(hù)鉆井柴油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要裝置。通過對冷卻水溫進(jìn)行科學(xué)的控制，能夠有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量，從而使運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境處于穩(wěn)定的狀態(tài)。此舉還可以降低柴油的消耗，提升燃油效率，進(jìn)而提高鉆井柴油機(jī)的使用壽命。在現(xiàn)有技術(shù)下，需要將冷卻系統(tǒng)的水溫長時(shí)間保持在80℃左右。如果水溫較低，在冷熱的對抗下，會(huì)使產(chǎn)生的熱能大量流失，導(dǎo)致柴油消耗量大幅度增加；而且過低的水溫還會(huì)使缸內(nèi)的整體溫度降低，在壓力不足的情況下，柴油無法燃燒充分。不僅如此，一旦未能完全燃燒的柴油在低溫環(huán)境下發(fā)生液化，由于重力作用，會(huì)沿著缸體流向底部，與潤滑油混在一起，致使?jié)櫥偷膬?nèi)部沾滿了柴油，使?jié)櫥蜔o法發(fā)揮作用。因此，必須對冷卻系統(tǒng)的水溫進(jìn)行嚴(yán)格的控制[3]。

4 結(jié)語

綜上所述，鉆井柴油機(jī)的故障產(chǎn)生原因總體分為設(shè)備自身原因和使用習(xí)慣兩部分。在日常工作中，維護(hù)人員應(yīng)該在鉆井柴油機(jī)使用完畢后，按照設(shè)備說明書的提示進(jìn)行全面檢查，對一些已經(jīng)出現(xiàn)磨損的零部件進(jìn)行及時(shí)更換，并根據(jù)設(shè)備的工作原理，分析出潛在的故障產(chǎn)生威脅，做好預(yù)防措施，及時(shí)排除隱患，從而延長鉆井柴油機(jī)的使用壽命。