孫延文，黃棟梨

（1 上海鐵路局 杭州機(jī)務(wù)段，浙江杭州310008）

自2005年以來，杭州機(jī)務(wù)段DF11、DF4D型客機(jī)隨列車交路優(yōu)化、機(jī)車油箱常處于低油位下出現(xiàn)的燃油壓力低故障，曾嚴(yán)重困擾過機(jī)務(wù)段運(yùn)用安全和檢修生產(chǎn)。2005—2008年間，每年都發(fā)生燃油壓力低的機(jī)破事故；因途中燃油壓力低換濾芯的碎修率高達(dá)4.6臺／10萬km。在現(xiàn)場，發(fā)生燃油壓力低的都處于過低油位運(yùn)行，濾芯上都有大量棕褐色黏稠物和積聚物。更換濾芯后，燃油壓力正常。對此，我們采取過縮短周期的定期更換濾芯等制度，但效果不明顯。我們采取了從燃油入口的治本措施，取得了積極防治效果。但隨跨鐵路局輪乘方式變化，杭州機(jī)務(wù)段機(jī)車多數(shù)加用外機(jī)務(wù)段上油點(diǎn)的燃油，這又使原對策失去作用，從而使解決過的問題再次抬頭，并難處理。另悉，近幾年其他機(jī)務(wù)段也頻發(fā)兩種機(jī)型途中燃油壓力低故障，現(xiàn)場反應(yīng)大。

為此，筆者認(rèn)為這兩種機(jī)型在低油位下以及原設(shè)計(jì)燃油泵吸口流量不足引發(fā)燃油壓力低的共性問題，需引起重視，有必要從跨鐵路局輪乘大整備作業(yè)技術(shù)要求來探討故障的發(fā)生必然性和從源頭治理的必要性。

1 原因分析

2006-06杭州機(jī)務(wù)段化驗(yàn)部門曾對2006-04—06發(fā)生6次與7次途中燃油壓力低的DF11-0406、DF4D-3283機(jī)車的濾芯積聚物進(jìn)行分離。分離出金屬磨粒、機(jī)械雜質(zhì)（簡稱機(jī)雜）和燃油實(shí)際膠質(zhì)3種成分。按照化驗(yàn)測試方法辨認(rèn)出，金屬磨粒是來自機(jī)車燃油系統(tǒng)部件的磨損物；雜質(zhì)是從煉油廠輕柴油罐車底部、儲運(yùn)作業(yè)攜帶進(jìn)機(jī)車油箱；而膠質(zhì)是在儲運(yùn)管道中柴油自氧化結(jié)果。對濾芯存在這些成分的原因分析如下：

（1）鐵路現(xiàn)場燃油自氧化生成膠質(zhì)的影響

積聚物堵塞濾芯原因之一是現(xiàn)場燃油自氧化生成膠質(zhì)的影響。我國鐵路輕柴油主要是催化裂化成分，其加工過程中烷烴和環(huán)烷烴受熱分解成不飽和的烯烴和二烯烴。這些烷烴在儲運(yùn)中遇有空氣中氧的情況下，特別容易發(fā)生自氧化作用而生成膠質(zhì)。這種膠質(zhì)具有復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)，顏色為紅暗褐色，呈黏稠液體或半固體物質(zhì)，密度約為1.0～1.1g／cm3，平均分子量為600～1000，著色能力強(qiáng)，易分解。在鐵路現(xiàn)場，當(dāng)氣溫越高，其自生成膠質(zhì)也越多，柴油顏色也越深。燃油中膠質(zhì)過多，會直接堵塞燃油濾清器和管路；黏稠膠質(zhì)沉積在噴油器上，在高溫下會分解積炭，影響燃燒性能。

柴油中烴類氧化反應(yīng)一般在常溫下進(jìn)行。在反應(yīng)初期，首先由于少數(shù)烴分子受光、熱或催化劑等的影響而生成自由基。自由基與氧作用，生成烴的過氧化物自由基，這些過氧化物自由基通過與新的烴分子作用，生成單烴基過氧化物，同時(shí)再生成自由基使鏈傳播下去［2］。

隨著反應(yīng)加深，烴基過氧化物不斷分解，并與新的烴分子或自由基作用，進(jìn)而氧化生成各種中間產(chǎn)物，首先是醇、酮，然后是醛與伯醇。醛、酮或醇進(jìn)一步氧化便生成有機(jī)酸（酸促進(jìn)柴油中沉渣形成和顏色加深）。醛和伯醇再氧化生成碳原子數(shù)相同的酸；仲醇、叔醇及酮氧化時(shí)，發(fā)生C-C鍵的斷裂，生成含碳原子數(shù)較原來少的酸。當(dāng)氧化過程繼續(xù)加深時(shí)，醛、酮、醇和酸生成含有兩個(gè)官能團(tuán)的產(chǎn)物，如羥基酸（醇酸）、醛酸、酮酸、二羥基酸以及各種酯類，α和β-羥基酸能縮合生成交酯或半交酯，γ和δ-羥基酸生成內(nèi)酯。

分子量很大的羥基酸、交酯、半交酯及內(nèi)酯等都是黏稠物質(zhì)，再進(jìn)一步氧化縮合成為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的膠狀物質(zhì)。

烴類（烷烴）氧化過程可歸納為圖1［1］。

圖1 烴類（烷烴）氧化過程

也就是說，鐵路催化裂變柴油會在儲運(yùn)過程自氧化生成膠質(zhì)。這種膠質(zhì)，如果未在進(jìn)入機(jī)車前攔下話 ，那么就和同進(jìn)入油箱的雜質(zhì)被堵在燃油粗濾器上。

（2）DF11、DF4D機(jī)車燃油粗濾器原設(shè)計(jì)流量不足造成吸口易堵

DF11、DF4D機(jī)車在途中易發(fā)生燃油壓力低的故障，原因是燃油泵和泵前粗濾器濾芯容量不太匹配。

DF11、DF4D機(jī)車分別裝16V280系列和16V240系列柴油機(jī)。其燃油低壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性能基本相同。兩種機(jī)型都使用RC-30W燃油粗濾器濾芯，濾網(wǎng)為200目銅濾網(wǎng)，網(wǎng)孔直徑計(jì)算為0.088mm，額定流量為30 dm3／min。但DF11、DF4D機(jī)車燃油泵供油量不少于40 dm3／min。即泵前濾芯流量＜燃料泵供油量。按照液壓傳動原理，濾清器作為油泵入口處用時(shí)，應(yīng)選用濾清器的流量比油泵流量大一些的為宜［2］。顯然，DF11、DF4D機(jī)車燃油粗濾器在原設(shè)計(jì)上未能滿足這一技術(shù)條件。所以只要粗濾器濾網(wǎng)稍堵塞，通路減小，則泵（齒輪泵）就因局部吸空導(dǎo)致輸出液壓功率下降。

按齒輪泵理論液壓功率

式中NBO為泵理論液壓功率；PB為泵的輸出壓力；QB為泵的輸出流量。

于是造成泵燃油壓力和輸出流量下降。隨著泵前濾芯堵塞程度加深，泵吸空現(xiàn)象不斷加劇。當(dāng)泵吸入真空度達(dá)不到原設(shè)計(jì)20kPa技術(shù)條件時(shí)，吸入真空度被破壞，泵無液壓功率輸出，燃油壓力降為零，柴油機(jī)因無燃油供應(yīng)而停機(jī)。

（3）低油位運(yùn)行加快堵塞濾清器進(jìn)程

和DF11機(jī)車不同的是DF4B機(jī)車泵前RC-30W粗濾器濾芯流量為30dm3／min；燃料泵供油量僅為28 dm3／min。泵前濾芯容量＞燃料泵供油量，濾芯容量滿足燃料泵供油量條件，油泵不易吸空。再者，DF4B機(jī)車燃油油箱容積為9 000dm3，容積大，耗油量小，杭州機(jī)務(wù)段運(yùn)行區(qū)間發(fā)生低油位運(yùn)行情況很少。所以，長期以來，DF4B機(jī)車不發(fā)生途中燃油壓力低故障，原因就在這里。

而DF11機(jī)車燃油箱容量僅6 000dm3，運(yùn)行中燃油消耗比DF4B大得多（標(biāo)定功率分別為3 860kW和2 650kW，耗油率分別為208～215g／kW·h和217.6 g／kW·h），DF11機(jī)車6趟客運(yùn)交路下來油箱僅剩1 500～2 200dm3左右，運(yùn)行后期箱內(nèi)低油位沖動使油泵抽吸箱內(nèi)壁吸附物嚴(yán)重。再者現(xiàn)行中修修程不吊修燃油箱；運(yùn)用機(jī)務(wù)段清洗油箱無法解決間隔底層水。于是煉油廠柴油罐車底部垃圾和儲運(yùn)作業(yè)過程攜帶雜質(zhì)，自生膠質(zhì)不斷污染油箱，加快了濾網(wǎng)堵塞。

（4）綜合結(jié)論

由于本段原整備作業(yè)場燃油儲油罐到發(fā)油出口只有一道銅濾網(wǎng)（網(wǎng)孔有針孔大），故成品燃油攜帶雜質(zhì)和自生膠質(zhì)就直接進(jìn)入機(jī)車油箱。燃油系統(tǒng)工作時(shí)，大顆粒機(jī)雜被吸在粗濾器濾芯上，縮小網(wǎng)孔通路；當(dāng)機(jī)車處低油位時(shí)，底部沉積物泛起，泵前機(jī)雜增多，阻礙膠質(zhì)通過。又DF11、DF4D機(jī)車吸口濾芯流量比泵排量小1／3，在前級濾芯被阻條件下，吸口流量無法滿足泵排量要求，于是泵吸空，流量下降，繼而膠質(zhì)黏附，燃油壓力降到零。

DF11、DF4D機(jī)車途中燃油壓力低故障是一個(gè)積累過程，暴露了客運(yùn)整備作業(yè)場出口燃油濾清精度、機(jī)車濾清器流量和交路不匹配問題。問題是內(nèi)燃長交路還得延續(xù)下去，這就需要參與輪乘的大整備作業(yè)場能聯(lián)合采取源頭防護(hù)措施，這樣才能為輪乘機(jī)車安全運(yùn)行提供有效的技術(shù)保證。

2 防范對策

（1）從源頭上改善DF11、DF4D型客機(jī)燃油粗濾器堵塞現(xiàn)象

在原望江門整備作業(yè)場5個(gè)燃油發(fā)油口各加裝一組（3個(gè)）DLOC潤滑油粗濾器（200目），濾清精度為0.088mm，容量95m3／h，無紡布濾芯，使加入機(jī)車燃油首先在地面達(dá)到原要通過RC-30W燃油粗濾器才能達(dá)到的效果，將加到機(jī)車燃油的膠質(zhì)和機(jī)雜攔在地面濾清器上；而經(jīng)過粗濾器上的只是原剩在機(jī)車油箱和管路內(nèi)越來越少的機(jī)雜，從源頭解決DF4D、DF11型客機(jī)燃油粗濾器阻塞問題。

2007-07杭州機(jī)務(wù)段按熱力措施在望江門5個(gè)發(fā)油口安裝濾清器。2007-08杭州機(jī)務(wù)段化驗(yàn)部門對望江門安裝200目濾清器的客機(jī)發(fā)油口進(jìn)行濾清精度抽樣檢測。結(jié)果加裝濾清器后輕柴油的濾清精度提高了4.2～6.9倍。顯微鏡分析樣本未發(fā)現(xiàn)200目以上機(jī)雜顆粒，達(dá)到了原設(shè)計(jì)要求。

2007-10杭州機(jī)務(wù)段組織對濾清器壓力差達(dá)0.05 MPa的濾芯進(jìn)行分解和檢測，發(fā)現(xiàn)該裝置攔截住了大量的燃油機(jī)雜和膠質(zhì)，過濾效果十分明顯，吸附于濾網(wǎng)上的棕褐色膠狀物和機(jī)車發(fā)生燃油壓力低故障時(shí)濾芯吸附物是相同物質(zhì)（圖2）。

圖2 濾芯吸附物

（2）對DF11客機(jī)原燃油粗濾器濾芯改裝分流

將DF11客機(jī)RC-30W燃油粗濾器上改裝150目濾芯（網(wǎng)孔為0.131mm），擴(kuò)孔分流，使吸口流量＞40 dm3／min，滿足泵正常技術(shù)特性要求，解決泵吸口瓶頸制約。改后，經(jīng)地面濾清器，吸入燃油泵的燃油已達(dá)原設(shè)計(jì)200目濾清要求；通過精濾器進(jìn)入噴油泵燃油的濾清精度仍為0.012mm。

我們對DF11-0107和DF11-0156機(jī)車同時(shí)清洗燃油箱，分別更換150目、200目燃油粗濾器濾芯，以及精濾器濾芯。換后3個(gè)月中，DF11-0107機(jī)車更換濾芯4次；而DF11-0156機(jī)車共更換濾芯7次，裝150目的更換濾芯頻次僅相當(dāng)于原來的57.1%，效果較理想。另外對更換150目濾芯的進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)燃油精濾器濾芯提前更換，噴油器無堵塞狀況。按數(shù)據(jù)，2009-04杭州機(jī)務(wù)段在全部DF11機(jī)車燃油粗濾器上裝用150目濾芯，收到較好效果。

（3）加強(qiáng)燃油壓力低的動態(tài)監(jiān)控

因工廠中修清洗燃油箱等原因，回段運(yùn)用的一段時(shí)間內(nèi)，這些機(jī)車將頻繁發(fā)生燃油壓力低情況。故對這些機(jī)車應(yīng)根據(jù)機(jī)通-6預(yù)報(bào)和走行公里，實(shí)施動態(tài)監(jiān)控，縮短換濾芯周期的技術(shù)手段。

（4）DF11，DF4D機(jī)車燃油壓力低對策流程圖（圖3）

圖3 機(jī)車燃油壓力對策流程圖

3 效果和結(jié)語

（1）2009-05以來，杭州機(jī)務(wù)段DF11客機(jī)燃油壓力低的故障得到逐步控制。兩年多來，杭州機(jī)務(wù)段未再發(fā)生過DF11客機(jī)燃油壓力低的機(jī)破或途中故障。據(jù)機(jī)通-6統(tǒng)計(jì)，因燃油壓力低換燃油粗濾器濾芯率：由2008-10的4.60臺／10km下降至2010-08的0.54臺／10 km，下降了7.5倍；2010-09—2011-06穩(wěn)定在0.52臺／10萬km左右。

（2）基于鐵路機(jī)務(wù)段整備場燃油發(fā)油口濾網(wǎng)還難以攔截儲運(yùn)機(jī)雜和膠質(zhì)等情況，建議不妨采用試裝200目地面濾清器等的治理對策。這不僅是源自DF11、DF4D機(jī)車能適應(yīng)客運(yùn)優(yōu)化交路需求、防治機(jī)破，以及跨鐵路局輪乘整備作業(yè)為機(jī)車提供潔凈能源的重要問題，而且對于提高內(nèi)燃機(jī)車的熱效率、解決膠質(zhì)在燃油管道內(nèi)壁長期黏附、脫落后的前級攔截都是有益的。

［1］包江滔.提高柴油氧化安定性研究［D］.中國石油大學(xué)，2008.

［2］吳克晉，等編.液壓傳動［M］.北京：中央廣播電視大學(xué)出報(bào)社，1984.

［3］楊啟醇，李維東，劉曉峰主編.現(xiàn)代鐵路油脂［M］.北京：中國鐵道出版社，2003.

［4］戚墅堰機(jī)車車輛廠編.東風(fēng)11型內(nèi)燃機(jī)車［M］.北京：中國鐵道出版社，1996.

［5］大連機(jī)車車輛廠編.東風(fēng)4D型內(nèi)燃機(jī)車［M］.北京：中國鐵道出版社，1999.

［6］鐵道部大連機(jī)車車輛廠編.東風(fēng)4B型內(nèi)燃機(jī)車［M］.大連：大連理工大學(xué)出版社，1989.