应急柴油机高压油泵安全阀喷油故障分析及解决措施

侯继夫　王苗苗

摘 要：应急柴油发电机组是核电厂内独立的应急电源，其可靠性对核安全有直接影响。某核电厂应急柴油机发生多起高压油泵泵体安全阀异常喷油故障，影响了机组的安全运行。喷油泵又称高压油泵，是柴油机燃油系统中最重要的部件之一，高压油泵柱塞偶件是柴油机三大精密耦件之一，该文结合实际情况，对故障原因进行了分析，采用故障树分析法，逐个排除可能的故障原因，最终彻底解决了这一故障，保障了柴油机作为厂内独立电源的可靠性，为其他在建与运行核电机组提供了参考。

关键词：柴油机 高压油泵 安全阀

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（a）-0139-02

法国S.E.M.T PIELSTICK公司生产的16PC2-5V400型大功率柴油机，其喷油系统由喷油泵顶升机构、喷油泵、高压油管和喷油器组成。柴油机采用的是分体式高压油泵，分别为16缸燃烧室供油。1号机组A列应急柴油机A3与A5缸高压油泵泵体安全阀先后发生多起安全阀异常开启事件，对柴油机的正常运行及安全带来不利的影响。

1 高压油泵结构

1.1 功用

高压油泵的功用是提高燃油进机压力，并根据柴油机工况的要求，将一定量的燃油在准确时间内压入喷油器，进入燃烧室，达到良好的雾化效果。

其一般技术要求是：

对高压油泵的供油量应满足柴油机在各种工况下的需要，即负荷大时供油量增多；负荷小时供油量减少。同时还要保证对各缸的供油量应相等。

根据柴油机的要求，高压油泵要保证各缸的供油开始时刻相同，即各缸喷油提前角一致，还应保证供油延续时间相同，而且供油应急速开始，停油要迅速利落，避免滴油现象。

不论燃烧室形式和混合气形成的方法有何不同，高压油泵都必须向喷油器提供压力足够高的燃油，以保证良好的雾化质量。

1.2 结构及工作原理

PC2-5柴油机高压油泵为柱塞式油泵，工作原理是利用柱塞在套筒中上下运动，控制套筒上进、回油孔的关闭和开启，向喷油器提供一定压力、流量的燃油，以保证柴油机的正常工作。其采用的喷油量调节方式为改变供油终点调节，即通过旋转柱塞变更其有效行程，以达到调节目的。高压油泵结构组成如图1所示，组成部分主要包括柱塞偶件、高压油管、出油阀、拉杆齿条、升程限制器及底部的顶升机构等。安全阀安装在泵壳上，避免油泵下部与顶升器上部构成空间内残存的积液产生过大的压力，从而影响喷油正时。

2 高压油泵泵体安全阀喷油故障分析

2.1 状况说明

在2005—2009年间，所有发生安全阀喷油故障的高压油泵均集中在1LHP001GE的A列气缸上，且全部为A3缸和A5缸高压油泵。故障发生时，油流呈雾状向机体外侧喷射，持续时间不等，多则3 min，少则十几秒；相邻两次喷油时间间隔长约1年，短则数月。

2.2 故障机理分析

故障发生后，相关技术人员与国内相关机型柴油机制造厂进行了咨询，对方反馈，在其检修过的同型机中从未见过类似故障，也没有处理该故障的检修经验。国内有类似机型的其他核电机组也未遇到过此问题。

维护手册中涉及此安全阀的论述很少，只简单的说明了安全阀的校验定值要根据流量与压力确定，而对其功用与具体定值未做论述。国内支持厂家反馈，国内引进图纸生产的同型号机组已经取消了此安全阀，改用堵头封死。相关技术人员考虑到此安全阀的设置主要是异常工况下防止柱塞偶件底部“憋压”，从而影响喷油正时，因此取消此安全阀的做法存在一定的风险。必须彻底对其异常喷油的故障加以分析并解决。

技术人员仔细对系统和图纸进行了分析，并列出了所有可能导致故障的原因，如图1所示。

3 解决措施

针对故障树所列条目，对所有可能故障原因进行了逐一排查。

3.1 排查方法最简单，也是最直观的故障原因就是安全阀本身定值漂移、损坏

最先发生喷油故障的是A5缸高压油泵，2005年10月9日，A5缸高压油泵安全阀发生第一次喷油，由于以往从未发生此故障，且事发突然，检修人员将怀疑重点放在了安全阀本身上。

2006年4月检修人员利用机组大修窗口对A5缸高压油泵的安全阀进行了校验，阀门密封良好，检修人员对安全阀进行了回装。在随后进行的柴油机品质再鉴定试验中，包括满负荷试验和低负荷试验中均未发生喷油故障。但2007年4月10日进行的低负荷试验中，A5缸高压油泵安全阀再次发生喷油故障。安全阀定值漂移、损坏的原因首先被排除。

3.2 高压油泵的介质容纳空间为柱塞偶件底部与顶升器上部，容纳介质为柱塞偶件的泄漏燃油与下部顶升器飞溅的润滑油

通过在试验过程中对喷油残留物的观察，确认介质主要是柴油，若活塞环存在故障的话，喷油介质将包含大量的润滑油。因此初步排除顶升器底部密封用活塞环损坏的可能。

2007年1月，检修人员对存在同样问题的A3缸高压油泵进行了整体更换，并对更换下来的高压油泵进行了解体。对柱塞偶件和单向阀进行了检查，柱塞偶件工况正常。

正常工况下柱塞偶件产生的泄漏油会通过高压油泵底部的单向阀流向漏油管，柴油机电超速保护动作时，来自超速保护空气罐内7bar的压缩空气吹入高压油泵，底部单向阀关闭，柱塞被压缩空气顶起，实现高压油泵的快速断油。检修人员对单向阀的检查也未发现异常，阀片状态良好。2008年1月，一年前更换的A3缸高压油泵安全阀再次发生了喷油现象。故障依然存在。但通过上述检查处理过程，我们确认柱塞偶件的燃油泄漏量及单向阀都是正常的，这一点可以通过更换的A3高压油泵得到证实。

3.3 在排除了安全阀、高压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。泄漏油管路由顶升器底部的泄油孔、与泄油孔联结的管座、漏油管，泄漏油总管几部分组成。其结构复杂，拆检繁琐，但必须针对上述可能故障进行检查，否则无法排除泄漏油管路堵塞的可能性。

泄油孔是在高压油泵顶升机构底座上直接加工而成，如图2所示。

拆除了A5缸接油盒及其附属接管。对泄油管进行了逐步拆解。拆解后发现油管内部积存了大量的柴油，约20 L。

柴油机每列有8个高压油泵，柴油机运转期间通过柱塞偶件正常泄漏的少量残油通过泄油孔汇总到漏油管，最后流入漏油罐，正常的情况下，该油管内的残油是不会这么多的。说明先前泄漏油回路存在堵塞的判断是正确的。检查泄油孔及泄油管连接的管座，没有发现堵塞。检查并疏通了顶升机构座上的泄油孔，也没有发现异常。

根据上述检查结果，唯一可能导致管道堵塞的可能就是漏油总管了。管道绝大部分都是焊接而成，只有通往漏油罐的橡胶膨胀节和A列紧急停机控制三通阀是法兰连接，堵塞的可能也最大，橡胶膨胀节的检查没有发现堵塞。剩下最有可能堵塞的就是A列紧急停机控制三通阀，阀门的设计功用可表述为：正常工况下，高压油泵的泄漏油通过阀门流入漏油罐；一旦柴油机发生超速，电超速保护动作，7bar的压缩空气通过该阀门进入高压油泵将柱塞顶起，迅速切断燃油供应，实现快速停车。

在拆除阀门下游管法兰螺栓后，发现法兰的垫片中央竟然没有开孔（安装遗留缺陷），正常的泄漏油管路被堵塞，导致柴油机正常运转过程中泄漏油无法通过顶升机构的泄油孔排出高压油泵底部空间。随着柴油机运转时间的增加，泄漏油越积越多，并逐步充满A列泄油管路空间，新产生的泄漏油无处释放，在顶升机构的搅动下产生压力波动，达到泵体安全阀开启压力后开始喷油。当积存的燃油通过安全阀喷出后，高压油泵底部空间压力迅速降低，安全阀关闭。从机组投运开始的1999年—2005年共6年时间始终未发生喷油故障，则是因为正常的泄漏油尚未充满泄漏油管。

需要指出的是，此垫片的缺陷不但会导致高压油泵安全阀异常喷油，而且在柴油机发生超速故障时，超速保护空气罐内的压缩空气无法正常进入高压油泵底部腔室实现快速断油。电气超速保护将失去其应有的保护作用，甚至会损坏机组。

在故障根本原因查明以后，检修人员重新制作了新垫片并进行了更换。

4 结语

高压油泵泵体安全阀异常喷油故障的解决消除了机组运行的隐患，为其他机组运行和维护提供了参考。应急柴油机作为厂内的独立应急电源，设备安装的质量必须得到加强，同时应加强经验反馈，杜绝类似问题的再次发生。

参考文献

[1] S.E.M.T PIELSTICK PC2-5V MAINTENANCE MANUAL[Z].

[2] 刘仁君.核电产品制造过程中的质保趋势分析[J].中国新技术新产品，2015（18）：90.

[3] 田创新.发电厂电气设备检修方案优化应用探讨[J].中国新技术新产品，2015（18）：91.