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

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

1.1 應(yīng)急柴油機(jī)概述

本文提及核電廠使用的應(yīng)急柴油機(jī)為德國(guó)MTU-Friedrichshafen公司生產(chǎn)20V956TB33型柴油機(jī)，這是一種直噴式四沖程柴油機(jī)，共有20個(gè)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(jí)順序渦輪增壓方式對(duì)充氣進(jìn)行增壓，額定轉(zhuǎn)速為1500 r/min，額定功率為5720 kW（見(jiàn)圖1）。

1.2 充氣冷卻水系統(tǒng)概述

在柴油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，進(jìn)氣通過(guò)渦輪增壓機(jī)的增壓同時(shí)也被它所走過(guò)的零部件加熱，進(jìn)氣的密度隨其溫度的提高而降低，實(shí)際上降低了柴油機(jī)的進(jìn)氣量，影響了柴油在柴油機(jī)氣缸中的燃燒情況，對(duì)提高柴油機(jī)功率產(chǎn)生負(fù)面影響。為解決這一問(wèn)題便設(shè)計(jì)了充氣冷卻水系統(tǒng)冷卻柴油機(jī)的進(jìn)氣；同時(shí)，充氣冷卻水系統(tǒng)也是柴油機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)除開(kāi)機(jī)體散熱的唯一冷源。

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

2 故障的產(chǎn)生及處理

結(jié)合國(guó)內(nèi)某運(yùn)行電廠應(yīng)急柴油機(jī)在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的故障，對(duì)應(yīng)急柴油機(jī)充氣冷卻水系統(tǒng)故障處理的思路及方法進(jìn)行探討。

2.1 缺陷描述

柴油機(jī)充氣冷卻水的典型故障之一便是其壓力的異常波動(dòng)。對(duì)此核電廠采用的應(yīng)急柴油機(jī)，如果其壓力波動(dòng)過(guò)程中，最低壓力低于120 kPa便會(huì)產(chǎn)生報(bào)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(guò)渦輪增壓器增壓后的進(jìn)氣和柴油機(jī)的潤(rùn)滑油進(jìn)行冷卻。因此，在壓力較低的情況下，冷卻水流量變?。辉诔掷m(xù)運(yùn)行的工況下，會(huì)造成潤(rùn)滑油油溫及柴油機(jī)進(jìn)氣溫度的升高；油溫的持續(xù)升高易造成柴油機(jī)潤(rùn)滑故障，甚至零件的損壞；進(jìn)氣溫度升高直接導(dǎo)致進(jìn)氣密度下降，使柴油機(jī)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(diǎn)：

（2）由于空氣進(jìn)氣量相對(duì)減少，燃油和空氣的混合比例失調(diào)，使柴油機(jī)的燃燒過(guò)程不正常，會(huì)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(jiǎn)略流程圖見(jiàn)圖2[2]。

冷卻水循環(huán)是靠機(jī)帶循環(huán)泵202PO（圖2中的1）驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過(guò)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(dòng)端的冷卻液入口9，冷卻液進(jìn)入并聯(lián)連接在發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)左右側(cè)流入收集管路，然后進(jìn)入機(jī)油熱交換器(圖2中的4)。冷卻液在熱交換器后面匯合，進(jìn)入充氣冷卻液冷卻器，在那里經(jīng)過(guò)冷卻后再次被充氣冷卻液泵抽回到柴油機(jī)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(jī)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(dòng)齒輪與柴油機(jī)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(duì)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(duì)RHDPE改性研究，開(kāi)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(dòng)齒輪磨損嚴(yán)重，造成水泵運(yùn)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(bào)警上獲得的信息可以判斷，雖然系統(tǒng)壓力波動(dòng)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?yàn)橐坏┕苈凡粫常瑝毫Ρ銜?huì)持續(xù)在較低的水平[3]。

（2）將疑點(diǎn)較多的部位——充氣冷卻水泵拆卸后，觀察葉輪（見(jiàn)圖3）。

通過(guò)對(duì)葉輪的檢查可以排除（2）項(xiàng)中故障原因。

（3）在拆卸充氣冷卻水泵過(guò)程中，整個(gè)泵體拆開(kāi)之前，應(yīng)著力于葉輪，對(duì)水泵進(jìn)行嘗試性地左右盤(pán)動(dòng)；如果葉輪可以較大幅度地轉(zhuǎn)動(dòng)，說(shuō)明水泵的驅(qū)動(dòng)齒輪與柴油機(jī)的齒輪嚙合間隙較大。實(shí)際操作過(guò)程中并未發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象，排除（3）項(xiàng)中可能故障原因。

（4）將此泵完全拆離柴油機(jī)本體后首先進(jìn)行盤(pán)動(dòng)，以檢查其軸承是否存在問(wèn)題，圖4為拆下來(lái)的充氣冷卻液泵。

盤(pán)動(dòng)后表面：軸承靈活，無(wú)任何阻滯感且無(wú)明顯竄動(dòng)，故（4）項(xiàng)中可能故障原因亦可排除。

（5）將低溫水泵整體拆除后，對(duì)齒輪嚙合部位進(jìn)行觀察，見(jiàn)圖5。

齒輪存在明顯磨損，分析認(rèn)為此處磨損原因在于泵軸與柴油機(jī)軸的平行度存在誤差。此誤差的產(chǎn)生原因是：20V956TB33型柴油機(jī)的原型機(jī)用在船舶上，低溫水是由輔機(jī)系統(tǒng)的泵（小型柴油機(jī)或蓄電池驅(qū)動(dòng)）而非機(jī)帶泵抽取海水作為充氣冷卻水；而改為陸用之后，臨時(shí)在柴油機(jī)的KGS端進(jìn)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(guò)較大程度的齒輪磨損，導(dǎo)致充氣冷卻水系統(tǒng)的問(wèn)題（這是MTU公司應(yīng)對(duì)此型號(hào)柴油機(jī)進(jìn)行重點(diǎn)改進(jìn)的部分之一）。此次故障機(jī)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(dòng)的問(wèn)題。故可排除（5）項(xiàng)中可能故障。

（6）經(jīng)過(guò)對(duì)前述可能故障的逐一排除，可以確定問(wèn)題應(yīng)該通過(guò)充水排氣解決。

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

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)后續(xù)的品質(zhì)再鑒定試驗(yàn)，柴油機(jī)充氣冷卻水系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均合格，成功解決了系統(tǒng)壓力波動(dòng)大且最低壓力低于限值的故障。通過(guò)對(duì)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(dòng)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(jī)后恢復(fù)正常，則可以確定系統(tǒng)需要排氣了。

另外，通過(guò)上述故障處理過(guò)程，還可以總結(jié)出一條柴油機(jī)故障處理的通則，即柴油機(jī)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(jìn)行排除，如此進(jìn)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(jī)竄氣故障診斷與排除[J].柴油機(jī)，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(guó)：MTU，2010.

[3]陳勇，郭麗.DF4型機(jī)車(chē)?yán)鋮s水系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析及處理[J].內(nèi)燃機(jī)車(chē)，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.)