DF11、DF4D机车燃油压力低原因分析与对策

孙延文，黄栋梨

（1 上海铁路局 杭州机务段，浙江杭州310008）

自2005年以来，杭州机务段DF11、DF4D型客机随列车交路优化、机车油箱常处于低油位下出现的燃油压力低故障，曾严重困扰过机务段运用安全和检修生产。2005—2008年间，每年都发生燃油压力低的机破事故；因途中燃油压力低换滤芯的碎修率高达4.6台／10万km。在现场，发生燃油压力低的都处于过低油位运行，滤芯上都有大量棕褐色黏稠物和积聚物。更换滤芯后，燃油压力正常。对此，我们采取过缩短周期的定期更换滤芯等制度，但效果不明显。我们采取了从燃油入口的治本措施，取得了积极防治效果。但随跨铁路局轮乘方式变化，杭州机务段机车多数加用外机务段上油点的燃油，这又使原对策失去作用，从而使解决过的问题再次抬头，并难处理。另悉，近几年其他机务段也频发两种机型途中燃油压力低故障，现场反应大。

为此，笔者认为这两种机型在低油位下以及原设计燃油泵吸口流量不足引发燃油压力低的共性问题，需引起重视，有必要从跨铁路局轮乘大整备作业技术要求来探讨故障的发生必然性和从源头治理的必要性。

1 原因分析

2006-06杭州机务段化验部门曾对2006-04—06发生6次与7次途中燃油压力低的DF11-0406、DF4D-3283机车的滤芯积聚物进行分离。分离出金属磨粒、机械杂质（简称机杂）和燃油实际胶质3种成分。按照化验测试方法辨认出，金属磨粒是来自机车燃油系统部件的磨损物；杂质是从炼油厂轻柴油罐车底部、储运作业携带进机车油箱；而胶质是在储运管道中柴油自氧化结果。对滤芯存在这些成分的原因分析如下：

（1）铁路现场燃油自氧化生成胶质的影响

积聚物堵塞滤芯原因之一是现场燃油自氧化生成胶质的影响。我国铁路轻柴油主要是催化裂化成分，其加工过程中烷烃和环烷烃受热分解成不饱和的烯烃和二烯烃。这些烷烃在储运中遇有空气中氧的情况下，特别容易发生自氧化作用而生成胶质。这种胶质具有复杂分子结构，颜色为红暗褐色，呈黏稠液体或半固体物质，密度约为1.0～1.1g／cm3，平均分子量为600～1000，着色能力强，易分解。在铁路现场，当气温越高，其自生成胶质也越多，柴油颜色也越深。燃油中胶质过多，会直接堵塞燃油滤清器和管路；黏稠胶质沉积在喷油器上，在高温下会分解积炭，影响燃烧性能。

柴油中烃类氧化反应一般在常温下进行。在反应初期，首先由于少数烃分子受光、热或催化剂等的影响而生成自由基。自由基与氧作用，生成烃的过氧化物自由基，这些过氧化物自由基通过与新的烃分子作用，生成单烃基过氧化物，同时再生成自由基使链传播下去［2］。

随着反应加深，烃基过氧化物不断分解，并与新的烃分子或自由基作用，进而氧化生成各种中间产物，首先是醇、酮，然后是醛与伯醇。醛、酮或醇进一步氧化便生成有机酸（酸促进柴油中沉渣形成和颜色加深）。醛和伯醇再氧化生成碳原子数相同的酸；仲醇、叔醇及酮氧化时，发生C-C键的断裂，生成含碳原子数较原来少的酸。当氧化过程继续加深时，醛、酮、醇和酸生成含有两个官能团的产物，如羟基酸（醇酸）、醛酸、酮酸、二羟基酸以及各种酯类，α和β-羟基酸能缩合生成交酯或半交酯，γ和δ-羟基酸生成内酯。

分子量很大的羟基酸、交酯、半交酯及内酯等都是黏稠物质，再进一步氧化缩合成为结构复杂的胶状物质。

烃类（烷烃）氧化过程可归纳为图1［1］。

图1 烃类（烷烃）氧化过程

也就是说，铁路催化裂变柴油会在储运过程自氧化生成胶质。这种胶质，如果未在进入机车前拦下话 ，那么就和同进入油箱的杂质被堵在燃油粗滤器上。

（2）DF11、DF4D机车燃油粗滤器原设计流量不足造成吸口易堵

DF11、DF4D机车在途中易发生燃油压力低的故障，原因是燃油泵和泵前粗滤器滤芯容量不太匹配。

DF11、DF4D机车分别装16V280系列和16V240系列柴油机。其燃油低压系统结构和性能基本相同。两种机型都使用RC-30W燃油粗滤器滤芯，滤网为200目铜滤网，网孔直径计算为0.088mm，额定流量为30 dm3／min。但DF11、DF4D机车燃油泵供油量不少于40 dm3／min。即泵前滤芯流量＜燃料泵供油量。按照液压传动原理，滤清器作为油泵入口处用时，应选用滤清器的流量比油泵流量大一些的为宜［2］。显然，DF11、DF4D机车燃油粗滤器在原设计上未能满足这一技术条件。所以只要粗滤器滤网稍堵塞，通路减小，则泵（齿轮泵）就因局部吸空导致输出液压功率下降。

按齿轮泵理论液压功率

式中NBO为泵理论液压功率；PB为泵的输出压力；QB为泵的输出流量。

于是造成泵燃油压力和输出流量下降。随着泵前滤芯堵塞程度加深，泵吸空现象不断加剧。当泵吸入真空度达不到原设计20kPa技术条件时，吸入真空度被破坏，泵无液压功率输出，燃油压力降为零，柴油机因无燃油供应而停机。

（3）低油位运行加快堵塞滤清器进程

和DF11机车不同的是DF4B机车泵前RC-30W粗滤器滤芯流量为30dm3／min；燃料泵供油量仅为28 dm3／min。泵前滤芯容量＞燃料泵供油量，滤芯容量满足燃料泵供油量条件，油泵不易吸空。再者，DF4B机车燃油油箱容积为9 000dm3，容积大，耗油量小，杭州机务段运行区间发生低油位运行情况很少。所以，长期以来，DF4B机车不发生途中燃油压力低故障，原因就在这里。

而DF11机车燃油箱容量仅6 000dm3，运行中燃油消耗比DF4B大得多（标定功率分别为3 860kW和2 650kW，耗油率分别为208～215g／kW·h和217.6 g／kW·h），DF11机车6趟客运交路下来油箱仅剩1 500～2 200dm3左右，运行后期箱内低油位冲动使油泵抽吸箱内壁吸附物严重。再者现行中修修程不吊修燃油箱；运用机务段清洗油箱无法解决间隔底层水。于是炼油厂柴油罐车底部垃圾和储运作业过程携带杂质，自生胶质不断污染油箱，加快了滤网堵塞。

（4）综合结论

由于本段原整备作业场燃油储油罐到发油出口只有一道铜滤网（网孔有针孔大），故成品燃油携带杂质和自生胶质就直接进入机车油箱。燃油系统工作时，大颗粒机杂被吸在粗滤器滤芯上，缩小网孔通路；当机车处低油位时，底部沉积物泛起，泵前机杂增多，阻碍胶质通过。又DF11、DF4D机车吸口滤芯流量比泵排量小1／3，在前级滤芯被阻条件下，吸口流量无法满足泵排量要求，于是泵吸空，流量下降，继而胶质黏附，燃油压力降到零。

DF11、DF4D机车途中燃油压力低故障是一个积累过程，暴露了客运整备作业场出口燃油滤清精度、机车滤清器流量和交路不匹配问题。问题是内燃长交路还得延续下去，这就需要参与轮乘的大整备作业场能联合采取源头防护措施，这样才能为轮乘机车安全运行提供有效的技术保证。

2 防范对策

（1）从源头上改善DF11、DF4D型客机燃油粗滤器堵塞现象

在原望江门整备作业场5个燃油发油口各加装一组（3个）DLOC润滑油粗滤器（200目），滤清精度为0.088mm，容量95m3／h，无纺布滤芯，使加入机车燃油首先在地面达到原要通过RC-30W燃油粗滤器才能达到的效果，将加到机车燃油的胶质和机杂拦在地面滤清器上；而经过粗滤器上的只是原剩在机车油箱和管路内越来越少的机杂，从源头解决DF4D、DF11型客机燃油粗滤器阻塞问题。

2007-07杭州机务段按热力措施在望江门5个发油口安装滤清器。2007-08杭州机务段化验部门对望江门安装200目滤清器的客机发油口进行滤清精度抽样检测。结果加装滤清器后轻柴油的滤清精度提高了4.2～6.9倍。显微镜分析样本未发现200目以上机杂颗粒，达到了原设计要求。

2007-10杭州机务段组织对滤清器压力差达0.05 MPa的滤芯进行分解和检测，发现该装置拦截住了大量的燃油机杂和胶质，过滤效果十分明显，吸附于滤网上的棕褐色胶状物和机车发生燃油压力低故障时滤芯吸附物是相同物质（图2）。

图2 滤芯吸附物

（2）对DF11客机原燃油粗滤器滤芯改装分流

将DF11客机RC-30W燃油粗滤器上改装150目滤芯（网孔为0.131mm），扩孔分流，使吸口流量＞40 dm3／min，满足泵正常技术特性要求，解决泵吸口瓶颈制约。改后，经地面滤清器，吸入燃油泵的燃油已达原设计200目滤清要求；通过精滤器进入喷油泵燃油的滤清精度仍为0.012mm。

我们对DF11-0107和DF11-0156机车同时清洗燃油箱，分别更换150目、200目燃油粗滤器滤芯，以及精滤器滤芯。换后3个月中，DF11-0107机车更换滤芯4次；而DF11-0156机车共更换滤芯7次，装150目的更换滤芯频次仅相当于原来的57.1%，效果较理想。另外对更换150目滤芯的进行检查，未发现燃油精滤器滤芯提前更换，喷油器无堵塞状况。按数据，2009-04杭州机务段在全部DF11机车燃油粗滤器上装用150目滤芯，收到较好效果。

（3）加强燃油压力低的动态监控

因工厂中修清洗燃油箱等原因，回段运用的一段时间内，这些机车将频繁发生燃油压力低情况。故对这些机车应根据机通-6预报和走行公里，实施动态监控，缩短换滤芯周期的技术手段。

（4）DF11，DF4D机车燃油压力低对策流程图（图3）

图3 机车燃油压力对策流程图

3 效果和结语

（1）2009-05以来，杭州机务段DF11客机燃油压力低的故障得到逐步控制。两年多来，杭州机务段未再发生过DF11客机燃油压力低的机破或途中故障。据机通-6统计，因燃油压力低换燃油粗滤器滤芯率：由2008-10的4.60台／10km下降至2010-08的0.54台／10 km，下降了7.5倍；2010-09—2011-06稳定在0.52台／10万km左右。

（2）基于铁路机务段整备场燃油发油口滤网还难以拦截储运机杂和胶质等情况，建议不妨采用试装200目地面滤清器等的治理对策。这不仅是源自DF11、DF4D机车能适应客运优化交路需求、防治机破，以及跨铁路局轮乘整备作业为机车提供洁净能源的重要问题，而且对于提高内燃机车的热效率、解决胶质在燃油管道内壁长期黏附、脱落后的前级拦截都是有益的。

［1］包江滔.提高柴油氧化安定性研究［D］.中国石油大学，2008.

［2］吴克晋，等编.液压传动［M］.北京：中央广播电视大学出报社，1984.

［3］杨启醇，李维东，刘晓峰主编.现代铁路油脂［M］.北京：中国铁道出版社，2003.

［4］戚墅堰机车车辆厂编.东风11型内燃机车［M］.北京：中国铁道出版社，1996.

［5］大连机车车辆厂编.东风4D型内燃机车［M］.北京：中国铁道出版社，1999.

［6］铁道部大连机车车辆厂编.东风4B型内燃机车［M］.大连：大连理工大学出版社，1989.