钻井柴油机故障及预防分析

朱亚峰 王金广（.川庆钻探长庆钻井总公司，陕西 西安7008；.渤海钻探第三钻井公司，天津300450）

近年来，随着环保意识逐渐深入人心，国家正在加大力度开发风能、水能、核能等清洁性资源，但就目前情况来看，国家发展仍然离不开石油、煤炭等化石资源。与从前相比，现代开采工作的要求更高，为了充分利用化石能源，保证生产的安全性，必须对钻井柴油机的故障产生原因进行详细分析，从而做好预防措施，使设备时刻处于正常运转的状态。

1 柴油机的发展现状

在1976年，德国大众公司首先将柴油发动机应用到民用汽车上，随后经过不断的技术研发，柴油发动机的性能得到了大幅度的增强。柴油发动机是靠压燃的方式使柴油做功，所谓压燃，是靠活塞在气缸里的压力，导致柴油受到压力形成自燃，因此需要很大的压缩比，换句话说，活塞下压需要保持一定的深度。这样的方式使得柴油发动机的输出扭矩比汽油机大。大扭矩不会影响设备转速，但会影响设备的瞬间加速度以及负载能力，因此很多型号的车辆和大型驱动设备都采用了柴油发动机。除了工程车、船舶等大型交通工具外，柴油发动机已经广泛应用于大规模工程的开采设备，如油田柴油机、钻井柴油机等。另外，所有的柴油机都采用涡轮增压的方式，这是柴油发动机的另一个特点。除此之外，高品质的柴油是清洁燃料，因此温室气体排放量显著低于汽油，且产生相同能量的油耗较低，因此国外很多大排量汽车和重型机械设备选择柴油。但在国内，由于柴油提炼技术水平较低，导致柴油的纯度不足，蜡的成分比较多，在柴油机运转时很容易沉淀凝结，堵塞油管和排气系统，而柴油没有经过充分燃烧，导致排放的污染物也相应的增多。

现今的柴油发动机已经在原有基础上得到了极大地改进，时下的油田柴油机、钻井柴油机等设备已经采用了电控喷射、共轨、涡轮增压中冷等技术，不但减轻了柴油机的重量，还使发动机运转时产生的噪音和黑色的烟雾大为减少，甚至达到了汽油发动机的水平。

2 钻井柴油机的常见故障产生原因

2.1 工作机构造成故障

钻井柴油机在工作时，经常出现超负荷运转，即柴油机曲轴上的实际负载超过了额定范围。在很多时候，尽管曲轴上的实际负载处于额定范围之内，但由于受到的力来自多个角度，实际受到的力远远大于最大负载，导致柴油机出现故障。比较典型的情况是，在钻井柴油机运转时，主轴承受到的摩擦力不均衡，经过一段时间的磨损之后，同轴性能被严重破坏，出现此种现象之后，曲轴表面在原先承受的压力之下，由于轴承的稳定性遭到破坏，引发了大范围的轴承变形，致使曲轴还会被施加一种附加的弯曲应力，最终导致曲轴负载程度过大，出现故障。

2.2 润滑系统造成故障

对于钻井柴油机来说，润滑系统一旦出现故障，会极大地增加设备的磨损程度。不仅如此，润滑系统无法正常工作时还会导致接触的零部件得不到及时的润滑，在摩擦过程中会产生超出发动机负载极限的热量，进而导致抱瓦、烧瓦等极其严重的柴油机运转事故。故障的具体产生原因如下：第一，长期不更换润滑油或使用劣质润滑油滤清器，造成润滑系统出现故障，进而使润滑油失效或在未曾过滤的情况下直接进入轴瓦的配合间隙内，导致轴瓦得不到润滑而抱瓦。第二，使用的润滑油中存在大量杂质，在长时间的积累下，导致润滑系统内部堵塞，出现抱瓦现象[1]。第三，发动机的机油没有控制在正常温度范围内。一般情况下是机油温度过高所致，而长期的超负荷运转，致使机油无法正常冷却，从而导致冷却系统被破坏。一旦出现此种情况，与冷却装置相连的水管内壁的水垢会在短时间内大量增加，致使水流受到的压力过大，溢流阀压力过低，由此导致机油流出量失衡，进而引发润滑部位的配合间隙无法保持正常系数。

2.3 燃料系统造成故障

当钻井柴油机的燃料系统出现故障时，会导致柴油机无法正常启动，即使能够发动，发动机的转速相比正常运转状态也会大打折扣，且由于柴油燃烧不充分，导致排烟异常。具体的原因如下：第一，由于日常操作不当或者没有对钻井柴油机进行良好的维护，使发动机供油管道中渗入了空气，在内外气压的共同作用下，导致油路被封堵。第二，喷油泵的调节齿杆由于操作不当发生了“宕机”，或是柴油机的调速器校正弹簧等由于外力作用而失效。在此种情况下，尽管柴油机能够启动，却会因为扭矩与正常状态差距较大，导致发动机转速不足，加速装置虽然能够运转，但在很大程度上是在白白燃烧柴油，而柴油发动机本身的驱动方式决定了设备运行速度不如汽油发动机，因此即使能够勉强启动，也会导致行驶速度大幅度降低。

3 钻井柴油机常见故障科学预防措施

3.1 在工作时需要注意对柴油机的保护

上文提到的由于钻井柴油机自身的工作机构导致负载不均造成的故障，在如今的技术下，这项问题已经得到了一定程度的解决。为了精确掌握柴油机的负载，及时进行调和，共轨技术应运而生。共轨技术是由高压油泵、压力传感器和ECU（控制单元）组成的闭环系统。高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化。此种技术能够对发动机轴承受到的压力进行实时监控，一旦发现部分轴承受力不均或负载过重，压力传感器会即时发出信号，通过ECU进行手动或自动方式，及时调整公共供油管内剩余油量产生的压力，从而有效保护钻井柴油机，使之时刻处于正常运转的状态[2]。

3.2 根据运转情况适当添加润滑油

钻井柴油机在运转过程中，需要根据运转状况适当添加润滑油。而润滑油滤清器是不可或缺的重要装置。钻井柴油机经常应用在石油、煤炭开采基地，自然环境相对较差，因此应该选择苛刻程度较高的品牌。润滑油的添加不是一劳永逸、用完为止的，而是必须根据使用周期进行更换。除此之外，在添加润滑油时，切记不能将水分、杂质以及柴油带入，否则会造成柴油机喷油泵的供油量失衡，导致柴油无法得到充分燃烧。由于柴油发动机引擎控制使用多个后喷射的情况增多，经由活塞环掺入机油而稀释机油的燃料量不断增加，这样很容易降低机油的润滑性和粘度。为了解决这一问题，美国德尔福公司开发出了能够准确检测机油状态的专供柴油发动机使用的机油传感器，根据发动机的使用时间，大幅度延长机油和润滑油过滤器的更换时间，从而使润滑油和机油的添加更加科学。

3.3 对冷却水温进行合理控制

冷却系统是保护钻井柴油机正常运转的重要装置。通过对冷却水温进行科学的控制，能够有效降低发动机运转产生的热量，从而使运转环境处于稳定的状态。此举还可以降低柴油的消耗，提升燃油效率，进而提高钻井柴油机的使用寿命。在现有技术下，需要将冷却系统的水温长时间保持在80℃左右。如果水温较低，在冷热的对抗下，会使产生的热能大量流失，导致柴油消耗量大幅度增加；而且过低的水温还会使缸内的整体温度降低，在压力不足的情况下，柴油无法燃烧充分。不仅如此，一旦未能完全燃烧的柴油在低温环境下发生液化，由于重力作用，会沿着缸体流向底部，与润滑油混在一起，致使润滑油的内部沾满了柴油，使润滑油无法发挥作用。因此，必须对冷却系统的水温进行严格的控制[3]。

4 结语

综上所述，钻井柴油机的故障产生原因总体分为设备自身原因和使用习惯两部分。在日常工作中，维护人员应该在钻井柴油机使用完毕后，按照设备说明书的提示进行全面检查，对一些已经出现磨损的零部件进行及时更换，并根据设备的工作原理，分析出潜在的故障产生威胁，做好预防措施，及时排除隐患，从而延长钻井柴油机的使用寿命。