關(guān)于柴油機(jī)拉缸問題的監(jiān)造技術(shù)總結(jié)

辛寧波

（中核第四研究設(shè)計(jì)工程有限公司，河北石家莊 050021）

1 柴油機(jī)組構(gòu)成及作用

柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組包括機(jī)組本體（柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、聯(lián)軸節(jié)、公共底座、減振裝置等）、啟動(dòng)系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、全套電氣系統(tǒng)、負(fù)載系統(tǒng)等。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，每個(gè)核電機(jī)組設(shè)置兩套應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組裝置，共設(shè)置4 套應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組裝置，外加一套備用柴油發(fā)電機(jī)組裝置，它們構(gòu)成了核電廠內(nèi)中壓應(yīng)急交流電源，分別為帶有應(yīng)急廠用設(shè)備的6.6 kV 交流應(yīng)急配電系統(tǒng)供電。

應(yīng)急柴油發(fā)電組的作用是，在核電廠外部交流電源全部失去時(shí)，機(jī)組有能力滿足應(yīng)急廠用設(shè)備用電要求，以確保核反應(yīng)堆安全停堆，并防止由于正常的外部電源系統(tǒng)失電而導(dǎo)致重要設(shè)備的損壞。柴油機(jī)的生產(chǎn)制造過程較為復(fù)雜，其裝配過程在整個(gè)制造過程中是重中之重，稍有疏忽就會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)傷瓦乃至拉缸。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析，裝配過程尤其油氣系統(tǒng)的清潔度控制，更是防止柴油機(jī)缸套、軸瓦產(chǎn)生劃傷甚至拉缸的重難點(diǎn)。

2 柴油機(jī)裝配試驗(yàn)過程清潔度控制的監(jiān)造重點(diǎn)分析

12PC26B 型柴油機(jī)是首次在國內(nèi)核電領(lǐng)域應(yīng)用，與其他機(jī)型相比，有單缸缸徑大、活塞行程長、功率大、轉(zhuǎn)速低、額定工況下的平均爆發(fā)壓力大、燃油消耗率低、監(jiān)控點(diǎn)多等特點(diǎn)，同時(shí)核安全等級(jí)、質(zhì)保等級(jí)、抗震等級(jí)等要求均較高。

供應(yīng)商也是首次承擔(dān)項(xiàng)目總承包的角色，在設(shè)計(jì)、制造、協(xié)調(diào)及協(xié)作方面與國外企業(yè)相比尚有一定差距。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，柴油機(jī)最常見的質(zhì)量問題就是拉缸，不但影響質(zhì)量而且還因返工嚴(yán)重影響進(jìn)度。因此，如何通過監(jiān)造工程師的風(fēng)險(xiǎn)前置預(yù)控，確保應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組避免拉缸，從而使機(jī)組保質(zhì)保量按節(jié)點(diǎn)交付，具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義（圖1、圖2）。

圖1 拉缸后的缸套內(nèi)部

圖2 拉缸后的活塞環(huán)

2.1 劃瓦拉缸原因分析

通過走訪專利方MAN（德國曼恩集團(tuán)）監(jiān)造師、裝配工、試驗(yàn)工及經(jīng)驗(yàn)豐富的首席檢驗(yàn)師，通過頭腦風(fēng)暴法形成共性看法：拉缸原因很多，但不外乎零件質(zhì)量不好，裝配質(zhì)量不好，油氣管路清潔度不好，潤滑不好又啟動(dòng)過于頻繁。因此，需對(duì)上述原因逐一進(jìn)行分析排查，從而找到主要原因并進(jìn)行控制。

2.2 零件質(zhì)量檢查分析

對(duì)于關(guān)重件（關(guān)鍵件和重要件的統(tǒng)稱），如機(jī)身、曲軸、凸輪軸、缸蓋、連桿、缸套等八大關(guān)重件，均設(shè)置了質(zhì)量計(jì)劃，且關(guān)重工序也設(shè)為W 點(diǎn)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢查見證，關(guān)重件質(zhì)量控制良好，未發(fā)現(xiàn)明顯的影響柴油機(jī)劃瓦拉缸的問題因素。因此，關(guān)重件質(zhì)量不是造成柴油機(jī)拉缸的主要原因。

2.3 裝配過程檢查驗(yàn)證分析

監(jiān)造檢查包括專項(xiàng)巡檢、專項(xiàng)檢查、平行檢查、現(xiàn)場(chǎng)見證等，針對(duì)關(guān)重件及關(guān)重工序采用現(xiàn)場(chǎng)見證檢查，對(duì)于非關(guān)重件加強(qiáng)過程巡視檢查：裝配過程中對(duì)關(guān)重件如曲軸、凸輪軸、活塞銷等的檢查以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督為主；尺寸檢查對(duì)于軸瓦、軸承內(nèi)孔等零件是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其過程中一般采用抽檢或者旁站檢查。

通過觀察驗(yàn)證，在零部件裝配環(huán)節(jié)供應(yīng)商能夠嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求，有效保證裝配質(zhì)量。結(jié)合軍機(jī)（軍用航空器）、其他柴油機(jī)交貨試驗(yàn)所暴露的質(zhì)量問題，復(fù)查相關(guān)裝配記錄，通過分析認(rèn)為裝配質(zhì)量是受控可靠的，裝配過程不是造成拉缸質(zhì)量問題的主要原因。

2.4 油氣管路的檢查驗(yàn)證分析

柴油機(jī)的單機(jī)出廠試驗(yàn)是W/H 見證點(diǎn)，通常由核安全局、核電業(yè)主代表、工程公司監(jiān)造工程師及供應(yīng)商代表等共同進(jìn)行見證，其中試驗(yàn)后拆檢是首道必檢工序。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)拆檢經(jīng)驗(yàn)及分析表明，柴油機(jī)軸瓦及缸套的劃痕或劃傷與滑油/燃油管路清潔度有明顯的因果關(guān)系。曲軸及其主軸瓦、連桿及其連桿瓦、缸套及活塞環(huán)上述摩擦副的劃痕或劃傷在三者相應(yīng)運(yùn)動(dòng)部位總是成對(duì)出現(xiàn)，表明在該部位存在硬質(zhì)顆粒物，在摩擦副運(yùn)動(dòng)時(shí)造成劃痕或劃傷。原因指向滑油/燃油進(jìn)油管路清潔度不好，少數(shù)原因指向裝配時(shí)偶然帶入顆粒物（圖3）。

除此之外，還曾發(fā)生過多次曲軸及其主軸瓦、連桿及其連桿瓦運(yùn)動(dòng)副無劃痕或劃傷異常，而缸套及活塞環(huán)存在嚴(yán)重劃痕或劃傷異常現(xiàn)象。經(jīng)驗(yàn)分析表明，缸套劃痕或劃傷還與空氣進(jìn)氣系統(tǒng)的清潔度控制有很大的因果關(guān)系。

因此，滑油/燃油系統(tǒng)與進(jìn)氣管路系統(tǒng)的清潔度不好是造成柴油機(jī)劃瓦、拉缸的重要原因之一。

圖3 顆粒物壓入性劃傷

3 監(jiān)造工作的控制

根據(jù)以上分析，對(duì)傷瓦、拉缸的監(jiān)造控制方向主要為油氣管路的清潔度。油氣管路系統(tǒng)的清潔度控制又大致分為空冷器和油氣管道兩大部分。

3.1 對(duì)空冷器的控制

空冷器（空氣冷卻器）實(shí)際上是渦輪增壓的配套件，其作用在于降低增壓后的高溫空氣溫度、以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷，提高進(jìn)氣量，進(jìn)而增加發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。

空冷器為外采部件，供應(yīng)商裝配前對(duì)清潔度的控制僅僅是為用壓縮空氣吹掃空冷器外圍，無明顯異物后裝配，各類機(jī)型尤其MTU（Maximum Transmission Unit，最大傳輸單元）高速機(jī)在試驗(yàn)時(shí)經(jīng)常發(fā)生傷瓦拉缸現(xiàn)象，這進(jìn)一步驗(yàn)證了空冷器翅片內(nèi)夾雜異物是柴油機(jī)傷瓦拉缸的重要原因之一。

結(jié)合監(jiān)造空冷器的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)供應(yīng)商對(duì)空冷器的檢驗(yàn)方法，改壓縮空氣吹掃為銅棒敲振空冷器兩側(cè)外殼加壓縮空氣吹掃（含翻面檢查），直至檢查無異物掉落。檢查中發(fā)現(xiàn)，空冷器內(nèi)部翅片上有較多銅屑、鐵屑及其他異物脫落，這些硬質(zhì)異物在隨空氣冷卻的同時(shí)直接進(jìn)入汽缸參與做功運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致缸套劃傷乃至拉缸。

進(jìn)一步分析原因，空冷器分供商對(duì)空冷器制造過程控制力度不足：①在機(jī)加工時(shí)防護(hù)不到位，導(dǎo)致機(jī)加工鐵屑進(jìn)入翅片；②在穿管時(shí)銅管因質(zhì)地較軟，被管板孔邊緣剮蹭下銅屑進(jìn)入翅片；③制造過程中分供商未對(duì)已完成空冷器進(jìn)行充分防護(hù)，吹掃其他產(chǎn)品異物時(shí)，飛散進(jìn)入已完成空冷器翅片。

據(jù)此，監(jiān)造工程師聯(lián)合總包商對(duì)空冷器分供商進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)反饋及技術(shù)指導(dǎo)：①穿翅片過程中要隨時(shí)吹掃銅屑；②在機(jī)加工基準(zhǔn)面前要將翅片部位全部防護(hù)好，直至總包商裝機(jī)前拆卸。

分供商作出上述改進(jìn)措施后，總包商對(duì)后續(xù)到廠的空冷器進(jìn)行了敲振加吹掃的檢驗(yàn)方式，檢查結(jié)果全部合格?？偘虒⒃摲椒ㄈ嫱茝V至軍檢、核檢、船檢等其他項(xiàng)目，均取得了很好效果，尤其軍機(jī)拉缸現(xiàn)象大幅減少。

3.2 對(duì)油氣管道的控制

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查油氣管道的裝配情況，分為兩種方式。第一種是已加工好的鋼管，安裝前已徹底清潔，未見異常。對(duì)于已加工好的外委鋁管等軟合金管，存在表面噴砂現(xiàn)像，砂礫嵌入管道本體，在清潔不細(xì)致的情況下，容易脫落進(jìn)入氣缸造成拉缸。對(duì)此，供應(yīng)商在安裝前用高溫水進(jìn)行徹底清洗予以保證，也有效解決了隱患。第二種是現(xiàn)場(chǎng)配管，點(diǎn)焊配管完成后，送往鉚焊車間進(jìn)行焊接，并酸洗，不銹鋼的還要進(jìn)行鈍化。

現(xiàn)場(chǎng)配管過程存在以下風(fēng)險(xiǎn)因素：①管道焊縫根部存在熔渣，個(gè)別部位存在不穩(wěn)定焊瘤，日久容易脫落進(jìn)入氣缸造成拉缸；②酸洗后防護(hù)不到位，造成異物進(jìn)入管道，從而進(jìn)入氣缸造成拉缸；③不銹鋼管道鈍化完成后，殘留鈍化膏較多，從而進(jìn)入氣缸造成拉缸。

對(duì)于上述原因，監(jiān)造工程師建議供應(yīng)商采取了有針對(duì)性的改進(jìn)措施：①對(duì)于焊接方法隱患，建議供應(yīng)商對(duì)所有管道采取氬弧焊打底焊接方式，經(jīng)駐廠監(jiān)造工程師檢驗(yàn)管道內(nèi)壁焊縫合格并徹底防護(hù)可靠后方可流轉(zhuǎn)下道工序，以徹底杜絕異物、焊渣和焊瘤的風(fēng)險(xiǎn)隱患；②對(duì)于其他隱患，已建議供應(yīng)商對(duì)進(jìn)氣管道進(jìn)行高壓空氣吹掃，并逐根進(jìn)行檢查；③對(duì)于滑油管道已建議供應(yīng)商充分利用管道沖洗系統(tǒng)，多次通過機(jī)外循環(huán)（提高循環(huán)油壓），對(duì)進(jìn)機(jī)滑油/燃油管道進(jìn)行長時(shí)間沖洗。待機(jī)外油循環(huán)沖洗檢查合格后，轉(zhuǎn)入機(jī)內(nèi)油系統(tǒng)循環(huán)沖洗，經(jīng)駐廠監(jiān)造工程師檢查濾器濾芯無硬質(zhì)顆粒物為合格。

監(jiān)造工程師通過對(duì)柴油機(jī)拉缸風(fēng)險(xiǎn)因素的識(shí)別預(yù)判，進(jìn)行了主動(dòng)防控并消除，全力與供應(yīng)商配合，查漏補(bǔ)缺，緊盯其薄弱環(huán)節(jié)，通過過程控制，使“華龍一號(hào)”工程5 臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組順利通過出廠試驗(yàn)，未發(fā)生拉缸的嚴(yán)重質(zhì)量問題，達(dá)到預(yù)期控制目標(biāo)，收到良好效果，獲得供應(yīng)商的認(rèn)可。

4 經(jīng)驗(yàn)體會(huì)

核電站用1E 級(jí)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組作為重要安全級(jí)的電氣設(shè)備，因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件和輔助系統(tǒng)較多，產(chǎn)品質(zhì)量不太穩(wěn)定，尤其拉缸問題嚴(yán)重制約了機(jī)組的交貨質(zhì)量與進(jìn)度。但通過主動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控，切實(shí)吸取以往豐富的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在關(guān)鍵環(huán)節(jié)加以重點(diǎn)防控，就能得到可控的結(jié)果。另外，加強(qiáng)核安全文化的培訓(xùn)，加強(qiáng)對(duì)核安全設(shè)備相關(guān)法規(guī)的理解，強(qiáng)化核“安全無小事”的理念，強(qiáng)化質(zhì)保和核安全的宣傳教育，強(qiáng)化核安全文化意識(shí)和責(zé)任意識(shí)宣貫，使全員對(duì)核級(jí)設(shè)備引起足夠重視，使質(zhì)量管理精細(xì)化，可以使柴油機(jī)組的質(zhì)量得到很大提升。