应急柴油机充气冷却水系统典型故障的处理

王同善

（福清核电有限公司，福建 福清 350318）

应急柴油发电机组作为核电厂的重要保安电源，它的运行可靠性对核电厂安全的意义十分重大。因此，在运行电厂中必须最大程度地保证应急柴油发电机组的可用性，保障其运行的可靠性。为实现上述目标，核电厂的维修、运行人员一直都在各自领域进行着不懈的努力，本文将从维修人员的角度，对应急柴油机充气冷却水系统典型故障的处理方法进行分析。

1 应急柴油发电机组及其相关辅助系统概述

1.1 应急柴油机概述

本文提及核电厂使用的应急柴油机为德国MTU-Friedrichshafen公司生产20V956TB33型柴油机，这是一种直喷式四冲程柴油机，共有20个气缸，呈60°V形分布，内循环采用水冷方式，外循环采用风冷方式，采用两级顺序涡轮增压方式对充气进行增压，额定转速为1500 r/min，额定功率为5720 kW（见图1）。

1.2 充气冷却水系统概述

在柴油机运行过程中，进气通过涡轮增压机的增压同时也被它所走过的零部件加热，进气的密度随其温度的提高而降低，实际上降低了柴油机的进气量，影响了柴油在柴油机气缸中的燃烧情况，对提高柴油机功率产生负面影响。为解决这一问题便设计了充气冷却水系统冷却柴油机的进气；同时，充气冷却水系统也是柴油机润滑油系统除开机体散热的唯一冷源。

因此，充气冷却水系统的稳定运行对保证柴油机的正常运行具有重要的意义。

2 故障的产生及处理

结合国内某运行电厂应急柴油机在试验过程中发现的故障，对应急柴油机充气冷却水系统故障处理的思路及方法进行探讨。

2.1 缺陷描述

柴油机充气冷却水的典型故障之一便是其压力的异常波动。对此核电厂采用的应急柴油机，如果其压力波动过程中，最低压力低于120 kPa便会产生报警。

2.2 故障危害

充气冷却水系统的主要功能在于，将经过涡轮增压器增压后的进气和柴油机的润滑油进行冷却。因此，在压力较低的情况下，冷却水流量变小；在持续运行的工况下，会造成润滑油油温及柴油机进气温度的升高；油温的持续升高易造成柴油机润滑故障，甚至零件的损坏；进气温度升高直接导致进气密度下降，使柴油机效率降低。综上所述，此故障可能造成的危害主要有以下两点：

（2）由于空气进气量相对减少，燃油和空气的混合比例失调，使柴油机的燃烧过程不正常，会发生早燃或爆燃现象；从而油耗增加，功率下降，排气管冒黑烟；工作的可靠性和耐久性恶化[1]。

2.3 故障的可能原因

从充气冷却水系统的流程上依次查找、排查故障原因，简略流程图见图2[2]。

冷却水循环是靠机带循环泵202PO（图2中的1）驱动，经过冷却器冷却的充气冷却液由2口吸入，并从3口泵出，被输送至驱动端的冷却液入口9，冷却液进入并联连接在发动机驱动端左右侧的低压中间冷却器（图2中的6）和高压中间冷却器（图2中的7），中间冷却器中的冷却液在发动机左右侧流入收集管路，然后进入机油热交换器(图2中的4)。冷却液在热交换器后面汇合，进入充气冷却液冷却器，在那里经过冷却后再次被充气冷却液泵抽回到柴油机体中。

从充气冷却水系统的流程及相关设备的状况分析，可能的原因分为以下几方面：

（1）机油热交换器，高低压中间冷却器等热交换器换热管路发生堵塞等故障；

（2）叶轮上有异物或叶轮出现缺陷；

（3）水泵的驱动齿轮与柴油机的齿轮啮合间隙较大；

（4）充气冷却液泵轴承发生故障；

胡益兴[1]以回收废旧高密度聚乙烯(RHDPE)为改性对象，研究制备以线型低密度聚乙烯(LLDPE)、废旧胶粉及热塑性弹性体为主要成分的复合改性剂，对RHDPE改性研究，开发成功了废弃橡塑复合材料，应用于道路铺设材料。

（5）驱动齿轮磨损严重，造成水泵运行不稳定，输出功率不足；

（6）系统连接管路和设备中存在未排出气体。

2.4 故障原因的依次排查

（1）从报警上获得的信息可以判断，虽然系统压力波动较大，最低值小于120 kPa，但并非持续低压，因此排除上述热交换器发生堵塞的可能性，因为一旦管路不畅，压力便会持续在较低的水平[3]。

（2）将疑点较多的部位——充气冷却水泵拆卸后，观察叶轮（见图3）。

通过对叶轮的检查可以排除（2）项中故障原因。

（3）在拆卸充气冷却水泵过程中，整个泵体拆开之前，应着力于叶轮，对水泵进行尝试性地左右盘动；如果叶轮可以较大幅度地转动，说明水泵的驱动齿轮与柴油机的齿轮啮合间隙较大。实际操作过程中并未发现此现象，排除（3）项中可能故障原因。

（4）将此泵完全拆离柴油机本体后首先进行盘动，以检查其轴承是否存在问题，图4为拆下来的充气冷却液泵。

盘动后表面：轴承灵活，无任何阻滞感且无明显窜动，故（4）项中可能故障原因亦可排除。

（5）将低温水泵整体拆除后，对齿轮啮合部位进行观察，见图5。

齿轮存在明显磨损，分析认为此处磨损原因在于泵轴与柴油机轴的平行度存在误差。此误差的产生原因是：20V956TB33型柴油机的原型机用在船舶上，低温水是由辅机系统的泵（小型柴油机或蓄电池驱动）而非机带泵抽取海水作为充气冷却水；而改为陆用之后，临时在柴油机的KGS端进行了加工，因此，加工精度并未能得到很好的保证；以前也因此造成过较大程度的齿轮磨损，导致充气冷却水系统的问题（这是MTU公司应对此型号柴油机进行重点改进的部分之一）。此次故障机器的齿轮虽然存在不均匀磨损（本应是沿着齿根部的均匀磨损），但不像以前那样严重，并不足以造成压力波动的问题。故可排除（5）项中可能故障。

（6）经过对前述可能故障的逐一排除，可以确定问题应该通过充水排气解决。

将移动泵连到风冷散热器上的充水管线为柴油机充水，并重点对倒U形部位的管路和仪表接口的管路进行由低到高的逐步排气，最终通过膨胀箱排出气体。

3 结论

经过后续的品质再鉴定试验，柴油机充气冷却水系统各项指标均合格，成功解决了系统压力波动大且最低压力低于限值的故障。通过对此次故障的思考，可以做出如下总结，如果出现以下3条：（1）充气冷却水系统压力波动大；（2）水温随之有所升高；（3）膨胀水箱水温异常上升，并大多能在停机后恢复正常，则可以确定系统需要排气了。

另外，通过上述故障处理过程，还可以总结出一条柴油机故障处理的通则，即柴油机上的故障可以从系统入手，从系统流程上找出所有可能的故障原因，然后逐一地进行排除，如此进行，最终一定可以找到故障原因并顺利排除故障。

[1]宋振海，吴鹏.某型船用柴油机窜气故障诊断与排除[J].柴油机，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].德国：MTU，2010.

[3]陈勇，郭丽.DF4型机车冷却水系统常见故障分析及处理[J].内燃机车，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.)