侯繼夫　王苗苗

摘 要：應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組是核電廠(chǎng)內(nèi)獨(dú)立的應(yīng)急電源，其可靠性對(duì)核安全有直接影響。某核電廠(chǎng)應(yīng)急柴油機(jī)發(fā)生多起高壓油泵泵體安全閥異常噴油故障，影響了機(jī)組的安全運(yùn)行。噴油泵又稱(chēng)高壓油泵，是柴油機(jī)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(jī)三大精密耦件之一，該文結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)故障原因進(jìn)行了分析，采用故障樹(shù)分析法，逐個(gè)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(jī)作為廠(chǎng)內(nèi)獨(dú)立電源的可靠性，為其他在建與運(yùn)行核電機(jī)組提供了參考。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī) 高壓油泵 安全閥

中圖分類(lèi)號(hào)：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）11（a）-0139-02

法國(guó)S.E.M.T PIELSTICK公司生產(chǎn)的16PC2-5V400型大功率柴油機(jī)，其噴油系統(tǒng)由噴油泵頂升機(jī)構(gòu)、噴油泵、高壓油管和噴油器組成。柴油機(jī)采用的是分體式高壓油泵，分別為16缸燃燒室供油。1號(hào)機(jī)組A列應(yīng)急柴油機(jī)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(kāi)啟事件，對(duì)柴油機(jī)的正常運(yùn)行及安全帶來(lái)不利的影響。

1 高壓油泵結(jié)構(gòu)

1.1 功用

高壓油泵的功用是提高燃油進(jìn)機(jī)壓力，并根據(jù)柴油機(jī)工況的要求，將一定量的燃油在準(zhǔn)確時(shí)間內(nèi)壓入噴油器，進(jìn)入燃燒室，達(dá)到良好的霧化效果。

其一般技術(shù)要求是：

對(duì)高壓油泵的供油量應(yīng)滿(mǎn)足柴油機(jī)在各種工況下的需要，即負(fù)荷大時(shí)供油量增多；負(fù)荷小時(shí)供油量減少。同時(shí)還要保證對(duì)各缸的供油量應(yīng)相等。

根據(jù)柴油機(jī)的要求，高壓油泵要保證各缸的供油開(kāi)始時(shí)刻相同，即各缸噴油提前角一致，還應(yīng)保證供油延續(xù)時(shí)間相同，而且供油應(yīng)急速開(kāi)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(gòu)及工作原理

PC2-5柴油機(jī)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(yùn)動(dòng)，控制套筒上進(jìn)、回油孔的關(guān)閉和開(kāi)啟，向噴油器提供一定壓力、流量的燃油，以保證柴油機(jī)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(diǎn)調(diào)節(jié)，即通過(guò)旋轉(zhuǎn)柱塞變更其有效行程，以達(dá)到調(diào)節(jié)目的。高壓油泵結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)等。安全閥安裝在泵殼上，避免油泵下部與頂升器上部構(gòu)成空間內(nèi)殘存的積液產(chǎn)生過(guò)大的壓力，從而影響噴油正時(shí)。

2 高壓油泵泵體安全閥噴油故障分析

2.1 狀況說(shuō)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(shí)，油流呈霧狀向機(jī)體外側(cè)噴射，持續(xù)時(shí)間不等，多則3 min，少則十幾秒；相鄰兩次噴油時(shí)間間隔長(zhǎng)約1年，短則數(shù)月。

2.2 故障機(jī)理分析

故障發(fā)生后，相關(guān)技術(shù)人員與國(guó)內(nèi)相關(guān)機(jī)型柴油機(jī)制造廠(chǎng)進(jìn)行了咨詢(xún)，對(duì)方反饋，在其檢修過(guò)的同型機(jī)中從未見(jiàn)過(guò)類(lèi)似故障，也沒(méi)有處理該故障的檢修經(jīng)驗(yàn)。國(guó)內(nèi)有類(lèi)似機(jī)型的其他核電機(jī)組也未遇到過(guò)此問(wèn)題。

維護(hù)手冊(cè)中涉及此安全閥的論述很少，只簡(jiǎn)單的說(shuō)明了安全閥的校驗(yàn)定值要根據(jù)流量與壓力確定，而對(duì)其功用與具體定值未做論述。國(guó)內(nèi)支持廠(chǎng)家反饋，國(guó)內(nèi)引進(jìn)圖紙生產(chǎn)的同型號(hào)機(jī)組已經(jīng)取消了此安全閥，改用堵頭封死。相關(guān)技術(shù)人員考慮到此安全閥的設(shè)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(shí)，因此取消此安全閥的做法存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。必須徹底對(duì)其異常噴油的故障加以分析并解決。

技術(shù)人員仔細(xì)對(duì)系統(tǒng)和圖紙進(jìn)行了分析，并列出了所有可能導(dǎo)致故障的原因，如圖1所示。

3 解決措施

針對(duì)故障樹(shù)所列條目，對(duì)所有可能故障原因進(jìn)行了逐一排查。

3.1 排查方法最簡(jiǎn)單，也是最直觀(guān)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(diǎn)放在了安全閥本身上。

2006年4月檢修人員利用機(jī)組大修窗口對(duì)A5缸高壓油泵的安全閥進(jìn)行了校驗(yàn)，閥門(mén)密封良好，檢修人員對(duì)安全閥進(jìn)行了回裝。在隨后進(jìn)行的柴油機(jī)品質(zhì)再鑒定試驗(yàn)中，包括滿(mǎn)負(fù)荷試驗(yàn)和低負(fù)荷試驗(yàn)中均未發(fā)生噴油故障。但2007年4月10日進(jìn)行的低負(fù)荷試驗(yàn)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(rùn)滑油

通過(guò)在試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)噴油殘留物的觀(guān)察，確認(rèn)介質(zhì)主要是柴油，若活塞環(huán)存在故障的話(huà)，噴油介質(zhì)將包含大量的潤(rùn)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(duì)存在同樣問(wèn)題的A3缸高壓油泵進(jìn)行了整體更換，并對(duì)更換下來(lái)的高壓油泵進(jìn)行了解體。對(duì)柱塞偶件和單向閥進(jìn)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(huì)通過(guò)高壓油泵底部的單向閥流向漏油管，柴油機(jī)電超速保護(hù)動(dòng)作時(shí)，來(lái)自超速保護(hù)空氣罐內(nèi)7bar的壓縮空氣吹入高壓油泵，底部單向閥關(guān)閉，柱塞被壓縮空氣頂起，實(shí)現(xiàn)高壓油泵的快速斷油。檢修人員對(duì)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(guò)上述檢查處理過(guò)程，我們確認(rèn)柱塞偶件的燃油泄漏量及單向閥都是正常的，這一點(diǎn)可以通過(guò)更換的A3高壓油泵得到證實(shí)。

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(gòu)復(fù)雜，拆檢繁瑣，但必須針對(duì)上述可能故障進(jìn)行檢查，否則無(wú)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(jī)構(gòu)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(duì)泄油管進(jìn)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(jī)每列有8個(gè)高壓油泵，柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間通過(guò)柱塞偶件正常泄漏的少量殘油通過(guò)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(huì)這么多的。說(shuō)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(méi)有發(fā)現(xiàn)堵塞。檢查并疏通了頂升機(jī)構(gòu)座上的泄油孔，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常。

根據(jù)上述檢查結(jié)果，唯一可能導(dǎo)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(jī)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(méi)有發(fā)現(xiàn)堵塞。剩下最有可能堵塞的就是A列緊急停機(jī)控制三通閥，閥門(mén)的設(shè)計(jì)功用可表述為：正常工況下，高壓油泵的泄漏油通過(guò)閥門(mén)流入漏油罐；一旦柴油機(jī)發(fā)生超速，電超速保護(hù)動(dòng)作，7bar的壓縮空氣通過(guò)該閥門(mén)進(jìn)入高壓油泵將柱塞頂起，迅速切斷燃油供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)快速停車(chē)。

在拆除閥門(mén)下游管法蘭螺栓后，發(fā)現(xiàn)法蘭的墊片中央竟然沒(méi)有開(kāi)孔（安裝遺留缺陷），正常的泄漏油管路被堵塞，導(dǎo)致柴油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中泄漏油無(wú)法通過(guò)頂升機(jī)構(gòu)的泄油孔排出高壓油泵底部空間。隨著柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的增加，泄漏油越積越多，并逐步充滿(mǎn)A列泄油管路空間，新產(chǎn)生的泄漏油無(wú)處釋放，在頂升機(jī)構(gòu)的攪動(dòng)下產(chǎn)生壓力波動(dòng)，達(dá)到泵體安全閥開(kāi)啟壓力后開(kāi)始噴油。當(dāng)積存的燃油通過(guò)安全閥噴出后，高壓油泵底部空間壓力迅速降低，安全閥關(guān)閉。從機(jī)組投運(yùn)開(kāi)始的1999年—2005年共6年時(shí)間始終未發(fā)生噴油故障，則是因?yàn)檎５男孤┯蜕形闯錆M(mǎn)泄漏油管。

需要指出的是，此墊片的缺陷不但會(huì)導(dǎo)致高壓油泵安全閥異常噴油，而且在柴油機(jī)發(fā)生超速故障時(shí)，超速保護(hù)空氣罐內(nèi)的壓縮空氣無(wú)法正常進(jìn)入高壓油泵底部腔室實(shí)現(xiàn)快速斷油。電氣超速保護(hù)將失去其應(yīng)有的保護(hù)作用，甚至?xí)p壞機(jī)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(jìn)行了更換。

4 結(jié)語(yǔ)

高壓油泵泵體安全閥異常噴油故障的解決消除了機(jī)組運(yùn)行的隱患，為其他機(jī)組運(yùn)行和維護(hù)提供了參考。應(yīng)急柴油機(jī)作為廠(chǎng)內(nèi)的獨(dú)立應(yīng)急電源，設(shè)備安裝的質(zhì)量必須得到加強(qiáng)，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)反饋，杜絕類(lèi)似問(wèn)題的再次發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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