关于柴油机拉缸问题的监造技术总结

辛宁波

（中核第四研究设计工程有限公司，河北石家庄 050021）

1 柴油机组构成及作用

柴油机发电机组包括机组本体（柴油机、发电机、联轴节、公共底座、减振装置等）、启动系统、压缩空气系统、燃油系统、滑油系统、冷却水系统、进排气系统、全套电气系统、负载系统等。根据设计要求，每个核电机组设置两套应急柴油发电机组装置，共设置4 套应急柴油发电机组装置，外加一套备用柴油发电机组装置，它们构成了核电厂内中压应急交流电源，分别为带有应急厂用设备的6.6 kV 交流应急配电系统供电。

应急柴油发电组的作用是，在核电厂外部交流电源全部失去时，机组有能力满足应急厂用设备用电要求，以确保核反应堆安全停堆，并防止由于正常的外部电源系统失电而导致重要设备的损坏。柴油机的生产制造过程较为复杂，其装配过程在整个制造过程中是重中之重，稍有疏忽就会导致柴油机伤瓦乃至拉缸。根据经验分析，装配过程尤其油气系统的清洁度控制，更是防止柴油机缸套、轴瓦产生划伤甚至拉缸的重难点。

2 柴油机装配试验过程清洁度控制的监造重点分析

12PC26B 型柴油机是首次在国内核电领域应用，与其他机型相比，有单缸缸径大、活塞行程长、功率大、转速低、额定工况下的平均爆发压力大、燃油消耗率低、监控点多等特点，同时核安全等级、质保等级、抗震等级等要求均较高。

供应商也是首次承担项目总承包的角色，在设计、制造、协调及协作方面与国外企业相比尚有一定差距。根据经验，柴油机最常见的质量问题就是拉缸，不但影响质量而且还因返工严重影响进度。因此，如何通过监造工程师的风险前置预控，确保应急柴油发电机组避免拉缸，从而使机组保质保量按节点交付，具有很重要的现实意义（图1、图2）。

图1 拉缸后的缸套内部

图2 拉缸后的活塞环

2.1 划瓦拉缸原因分析

通过走访专利方MAN（德国曼恩集团）监造师、装配工、试验工及经验丰富的首席检验师，通过头脑风暴法形成共性看法：拉缸原因很多，但不外乎零件质量不好，装配质量不好，油气管路清洁度不好，润滑不好又启动过于频繁。因此，需对上述原因逐一进行分析排查，从而找到主要原因并进行控制。

2.2 零件质量检查分析

对于关重件（关键件和重要件的统称），如机身、曲轴、凸轮轴、缸盖、连杆、缸套等八大关重件，均设置了质量计划，且关重工序也设为W 点进行了现场检查见证，关重件质量控制良好，未发现明显的影响柴油机划瓦拉缸的问题因素。因此，关重件质量不是造成柴油机拉缸的主要原因。

2.3 装配过程检查验证分析

监造检查包括专项巡检、专项检查、平行检查、现场见证等，针对关重件及关重工序采用现场见证检查，对于非关重件加强过程巡视检查：装配过程中对关重件如曲轴、凸轮轴、活塞销等的检查以现场监督为主；尺寸检查对于轴瓦、轴承内孔等零件是保证产品质量的关键环节，其过程中一般采用抽检或者旁站检查。

通过观察验证，在零部件装配环节供应商能够严格执行工艺要求，有效保证装配质量。结合军机（军用航空器）、其他柴油机交货试验所暴露的质量问题，复查相关装配记录，通过分析认为装配质量是受控可靠的，装配过程不是造成拉缸质量问题的主要原因。

2.4 油气管路的检查验证分析

柴油机的单机出厂试验是W/H 见证点，通常由核安全局、核电业主代表、工程公司监造工程师及供应商代表等共同进行见证，其中试验后拆检是首道必检工序。结合现场拆检经验及分析表明，柴油机轴瓦及缸套的划痕或划伤与滑油/燃油管路清洁度有明显的因果关系。曲轴及其主轴瓦、连杆及其连杆瓦、缸套及活塞环上述摩擦副的划痕或划伤在三者相应运动部位总是成对出现，表明在该部位存在硬质颗粒物，在摩擦副运动时造成划痕或划伤。原因指向滑油/燃油进油管路清洁度不好，少数原因指向装配时偶然带入颗粒物（图3）。

除此之外，还曾发生过多次曲轴及其主轴瓦、连杆及其连杆瓦运动副无划痕或划伤异常，而缸套及活塞环存在严重划痕或划伤异常现象。经验分析表明，缸套划痕或划伤还与空气进气系统的清洁度控制有很大的因果关系。

因此，滑油/燃油系统与进气管路系统的清洁度不好是造成柴油机划瓦、拉缸的重要原因之一。

图3 颗粒物压入性划伤

3 监造工作的控制

根据以上分析，对伤瓦、拉缸的监造控制方向主要为油气管路的清洁度。油气管路系统的清洁度控制又大致分为空冷器和油气管道两大部分。

3.1 对空冷器的控制

空冷器（空气冷却器）实际上是涡轮增压的配套件，其作用在于降低增压后的高温空气温度、以降低发动机的热负荷，提高进气量，进而增加发动机的功率。

空冷器为外采部件，供应商装配前对清洁度的控制仅仅是为用压缩空气吹扫空冷器外围，无明显异物后装配，各类机型尤其MTU（Maximum Transmission Unit，最大传输单元）高速机在试验时经常发生伤瓦拉缸现象，这进一步验证了空冷器翅片内夹杂异物是柴油机伤瓦拉缸的重要原因之一。

结合监造空冷器的实际经验，改进供应商对空冷器的检验方法，改压缩空气吹扫为铜棒敲振空冷器两侧外壳加压缩空气吹扫（含翻面检查），直至检查无异物掉落。检查中发现，空冷器内部翅片上有较多铜屑、铁屑及其他异物脱落，这些硬质异物在随空气冷却的同时直接进入汽缸参与做功运动，从而导致缸套划伤乃至拉缸。

进一步分析原因，空冷器分供商对空冷器制造过程控制力度不足：①在机加工时防护不到位，导致机加工铁屑进入翅片；②在穿管时铜管因质地较软，被管板孔边缘剐蹭下铜屑进入翅片；③制造过程中分供商未对已完成空冷器进行充分防护，吹扫其他产品异物时，飞散进入已完成空冷器翅片。

据此，监造工程师联合总包商对空冷器分供商进行了经验反馈及技术指导：①穿翅片过程中要随时吹扫铜屑；②在机加工基准面前要将翅片部位全部防护好，直至总包商装机前拆卸。

分供商作出上述改进措施后，总包商对后续到厂的空冷器进行了敲振加吹扫的检验方式，检查结果全部合格。总包商将该方法全面推广至军检、核检、船检等其他项目，均取得了很好效果，尤其军机拉缸现象大幅减少。

3.2 对油气管道的控制

经现场检查油气管道的装配情况，分为两种方式。第一种是已加工好的钢管，安装前已彻底清洁，未见异常。对于已加工好的外委铝管等软合金管，存在表面喷砂现像，砂砾嵌入管道本体，在清洁不细致的情况下，容易脱落进入气缸造成拉缸。对此，供应商在安装前用高温水进行彻底清洗予以保证，也有效解决了隐患。第二种是现场配管，点焊配管完成后，送往铆焊车间进行焊接，并酸洗，不锈钢的还要进行钝化。

现场配管过程存在以下风险因素：①管道焊缝根部存在熔渣，个别部位存在不稳定焊瘤，日久容易脱落进入气缸造成拉缸；②酸洗后防护不到位，造成异物进入管道，从而进入气缸造成拉缸；③不锈钢管道钝化完成后，残留钝化膏较多，从而进入气缸造成拉缸。

对于上述原因，监造工程师建议供应商采取了有针对性的改进措施：①对于焊接方法隐患，建议供应商对所有管道采取氩弧焊打底焊接方式，经驻厂监造工程师检验管道内壁焊缝合格并彻底防护可靠后方可流转下道工序，以彻底杜绝异物、焊渣和焊瘤的风险隐患；②对于其他隐患，已建议供应商对进气管道进行高压空气吹扫，并逐根进行检查；③对于滑油管道已建议供应商充分利用管道冲洗系统，多次通过机外循环（提高循环油压），对进机滑油/燃油管道进行长时间冲洗。待机外油循环冲洗检查合格后，转入机内油系统循环冲洗，经驻厂监造工程师检查滤器滤芯无硬质颗粒物为合格。

监造工程师通过对柴油机拉缸风险因素的识别预判，进行了主动防控并消除，全力与供应商配合，查漏补缺，紧盯其薄弱环节，通过过程控制，使“华龙一号”工程5 台柴油发电机组顺利通过出厂试验，未发生拉缸的严重质量问题，达到预期控制目标，收到良好效果，获得供应商的认可。

4 经验体会

核电站用1E 级应急柴油发电机组作为重要安全级的电气设备，因其结构复杂、零部件和辅助系统较多，产品质量不太稳定，尤其拉缸问题严重制约了机组的交货质量与进度。但通过主动风险预控，切实吸取以往丰富的经验教训，在关键环节加以重点防控，就能得到可控的结果。另外，加强核安全文化的培训，加强对核安全设备相关法规的理解，强化核“安全无小事”的理念，强化质保和核安全的宣传教育，强化核安全文化意识和责任意识宣贯，使全员对核级设备引起足够重视，使质量管理精细化，可以使柴油机组的质量得到很大提升。