故障檢修與技術(shù)維護

柴油機“游車(chē)”現象原因分析及解決方法

 

摘要：常見(jiàn)柴油機無(wú)負荷時(shí)，轉速忽高忽低，不能穩定在規定的范圍內，稱(chēng)為工作不平穩或轉速不穩。俗稱(chēng)“喘氣”或“游車(chē)”，也稱(chēng)“發(fā)喘”，是柴油機轉速不穩的一種表現。在柴油發(fā)電中，游車(chē)現象會(huì )導致輸出功率和電壓的波動(dòng)，影響柴油發(fā)電機組的穩定性?？得魉构驹诒疚膹恼{速器的作用入手，具體分析了機械調速器和電子調速器在柴油發(fā)電機組上產(chǎn)生游車(chē)故障的原因，并提出處理及預防措施。

 

一、游車(chē)現象對柴油機的危害

 

      柴油機轉速不穩定、游車(chē)故障現象大致可分為兩種表現，一種是轉速大幅度擺動(dòng)，變化周期比較長(cháng)，聲音清晰可辨，一般稱(chēng)之為游車(chē)或“喘氣”。另一種是轉速在小幅度范圍內波動(dòng)，變化周期比較短，聲音不易辨別，在不同轉速和負載下都會(huì )出現，轉速低時(shí)更為明顯，且往往易引起柴油機熄火。游車(chē)嚴重時(shí)，柴油機將無(wú)法正常工作，必須及時(shí)排除游車(chē)故障。

（1）當柴油機“游車(chē)”較輕時(shí)，怠速不穩；“游車(chē)”較重時(shí)，中、高速不穩。一般來(lái)說(shuō)，轉速不穩有正弦波變化和無(wú)規律變化兩種。轉速呈正弦波變化時(shí)，爆發(fā)聲有明顯的周期性強密和弱疏變化。強密時(shí)轉速高，弱疏時(shí)轉速低。當爆發(fā)聲由弱疏向強密轉化時(shí)，柴油機排氣常常帶絲縷狀黑煙，調整彈簧有較大的伸縮變形和噴油泵油量調節機構“拉鋸”。因調速器不能恰當地調節供油量，使轉速不能穩定在規定范圍內。轉速無(wú)規律變化時(shí)，轉速忽高忽低無(wú)節律，伴隨爆發(fā)聲，排氣帶煙。因循環(huán)供油量和噴射規律不正常，導致爆發(fā)產(chǎn)生和柴油機轉速不正常。

（2）當柴油柴油機出現周期性游車(chē)，轉速升高或突然升高，無(wú)法控制轉速時(shí)稱(chēng)為“飛車(chē)”。對此，如不及時(shí)控制，會(huì )造成事故。發(fā)現“飛車(chē)”時(shí)，可采取下列措施；迅速將加速踏板置于“閉車(chē)”位置；泵桿（調節齒桿）露在外面的噴油泵，可直接用力將其拉回；帶減壓裝置的柴油機，扳動(dòng)減壓手柄使其減壓；進(jìn)氣管帶閥門(mén)的柴油機，可將閥門(mén)關(guān)閉；將車(chē)停穩，掛上高速擋，緩抬離合器踏板，使柴油機熄火。迅速將空氣濾清器卸下，用座墊等物堵住進(jìn)氣管道，使氣缸缺乏空氣，無(wú)法燃燒。用合適的扳手迅速松開(kāi)各氣缸高壓油管緊固螺母。

 

二、游車(chē)產(chǎn)生原因分析

 

      柴油機游車(chē)是指柴油機在指定轉速下運轉時(shí)轉速發(fā)生周期性的波動(dòng)（如圖1所示），n為指定轉速，n?為上串轉速，n?為下跌轉速，當n?-n?>20r/m時(shí)，造成柴油機運轉的不穩定。游車(chē)的產(chǎn)生，主要與柴油機調速系統的工作狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。調速系統的作用是控制柴油機的啟動(dòng)、升速、降速和停機，從而帶動(dòng)整臺柴油發(fā)電機組啟動(dòng)、加速、減速和停止。調速系統由調速器與控制機構等組成?？刂茩C構的作用是通過(guò)操作員的操控，帶動(dòng)高壓油泵齒條伸長(cháng)或縮短，增加或減少供油量，讓柴油機在指定轉速下運轉。調速器的作用是當柴油機負荷發(fā)生變化時(shí)，自動(dòng)調節柴油機高壓油泵的供油量，使供油量與負荷相適應，從而保證柴油機穩定運行。經(jīng)過(guò)調速器的作用，能夠使柴油機在指定轉速下穩定、可靠運轉。如果調速系統動(dòng)力過(guò)程穩定性不好，調節轉速不能穩定在指定的轉速，轉速忽高忽低就會(huì )產(chǎn)生游車(chē)現象。

      引起柴油機游車(chē)的具體原因有以下幾方面：

（1）調速拉桿運動(dòng)卡澀。潤滑油不清潔或潤滑不良；有異物進(jìn)入配合副表面，引起調速拉桿發(fā)澀或阻力增大，因而調速器靈敏度降低。

（2）調速彈簧彈力減弱或安裝不當，產(chǎn)生“共振”，調整幅度增大，使柴油機轉速呈周期性變化。

（3）調速器的調整不當，機件配合過(guò)緊，運動(dòng)阻力過(guò)大；供油拉桿移動(dòng)不靈活。調速器內加注機油過(guò)多，由于油液的阻尼作用致使離心塊伸縮受到阻礙而靈敏度下降。

（4）循環(huán)供油量調節過(guò)大。一個(gè)爆發(fā)引起轉速變化極大，調速后重復首次現象，導致柴油機游車(chē)。

（5）從調速器齒輪到調速器，以至柱塞副，期間活動(dòng)配合部位松曠。如：傳動(dòng)盤(pán)與推力盤(pán)、飛球座與圓盤(pán)支架，推力盤(pán)軸承等間隙過(guò)大，使拉桿移動(dòng)滯后產(chǎn)生自由行程而供油不穩，引起柴油機游車(chē)。

（6）凸輪軸軸向間隙過(guò)大，干擾調速器工作。這些都會(huì )導致調速幅度增大，出現周期性波動(dòng)；油泵控制機構運動(dòng)阻力大，調整不及時(shí)。如：拉桿卡滯、柱塞轉動(dòng)不靈活或柱塞彈簧座裝反等；從調速器齒輪到調速器，以至柱塞，其間因摩擦力過(guò)大而引起游車(chē)。如：飛球（或飛錘）運動(dòng)阻力大，使調速滯后，傳動(dòng)盤(pán)或推力盤(pán)工作面磨出凹坑等，導致調速幅度增大，出現周期性波動(dòng)。

（7）調速器內部機件或工作面磨損嚴重，導致調速器阻力過(guò)大，靈敏度降低?；蚴褂媚p較大的柱塞副，增加了拉桿行程，也使停供轉速偏高。

（8）調速器各連接點(diǎn)磨損超限，配合松曠，間隙增大，當柴油機轉速改變時(shí)，飛重塊離心推力必須逐一消除各間隙，才能拉動(dòng)供油量調節齒條（或撥叉）增、減供油量，使調速器作用滯后。

（9）燃油系統油路中有水或空氣，導致實(shí)際循環(huán)供油量不正常，以至斷油，引起轉速不穩和排氣管“放炮”。燃油系統結構組成如圖2所示。

 

圖1  柴油機轉速周期性波動(dòng)曲線(xiàn)

圖2  柴油發(fā)電機燃油系統結構圖

 

三、各類(lèi)調速系統游車(chē)的產(chǎn)生及解決方案

 

1、機械調速系統游車(chē)的產(chǎn)生及采取的相應措施

      機械調速系統采用機械調速器，柴油機帶動(dòng)調速器內部的離心飛錘轉動(dòng)，把飛錘的離心力與轉速聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)離心力的動(dòng)力帶動(dòng)高壓油泵齒條伸長(cháng)或縮短，實(shí)現柴油機根據負荷變化自動(dòng)調節供油量的目的。同時(shí)，該調速器各運動(dòng)摩擦副的潤滑采用飛濺潤滑的方式，即通過(guò)離心飛錘的運轉，使聚集于調速器殼體內底部的潤滑油飛濺起來(lái)，濺到各摩擦副實(shí)施潤滑，因而，飛錘的角位移受到離心力（轉速）的控制及潤滑油飛濺阻力的影響。由此可見(jiàn)，機械調速系統工作過(guò)程的穩定性受調速器離心飛錘受力平衡的制約，而離心飛錘受力平衡由離心力和潤滑飛濺阻力相互影響的關(guān)系決定，飛錘在旋轉的過(guò)程中，如果離心力遠大于飛濺阻力，即飛濺阻力不足以對飛錘角位移產(chǎn)生改變，飛錘受力是平衡的。離心力的大小由轉速決定，而飛濺阻力的大小由殼體內潤滑油的數量（即潤滑油油位）決定。當油位高到一定的位置時(shí)，飛濺阻力對飛錘角位移產(chǎn)生改變，動(dòng)力過(guò)程的穩定性就被打破。由于飛錘在一定的轉速下旋轉時(shí)，只有在殼體下部才與潤滑油接觸，因而飛濺阻力的出現是周期性的，其對飛錘角位移的改變也是周期性的變化規律。周期性飛錘角位移的改變即帶動(dòng)了高壓油泵齒條周期性的變化，此時(shí)，游車(chē)現象產(chǎn)生。

      根據以上分析，解決機械調速系統的游車(chē)應采取以下措施：

（1）嚴格控制調速器殼體內油位高度，在維護保養與檢修過(guò)程中確實(shí)履行加油后打開(kāi)驗油堵驗油位，確保系統穩定運行對油位的要求。

（2）操作員采用的機械調速器的驗油位方式為油堵式，驗油堵的頻繁松緊，可能造成殼體絲牙損壞，因此，把油堵驗油方式改為有機玻璃蓋式油尺或管式油尺，在方便加油驗油的同時(shí)保證殼體絲牙不受損壞。

（3）檢修過(guò)程中確保飛錘擺動(dòng)靈活，確保調速彈簧及其他彈簧等部件的可靠性，并進(jìn)行調節，如圖3所示。

2、電子調速系統游車(chē)的產(chǎn)生及采取的相應措施

      電子調速系統由信號輸入部分、控制部分（轉速調節器）及執行機構等組成。柴油發(fā)電機組游車(chē)現象的產(chǎn)生主要受控制部分和執行機構技術(shù)狀態(tài)影響。從數字式轉速調節器來(lái)說(shuō)，影響穩態(tài)穩定性的重要參數為PID，PID參數的正確調整對調速系統的動(dòng)力穩定性顯得尤其重要。所謂PID控制就是通過(guò)一個(gè)中間環(huán)節的比列積分和微分三部分的協(xié)調作用，使系統對柴油機轉速信號輸入變化能及時(shí)地反應并有效地控制。一般來(lái)說(shuō)，PID的調整在柴油發(fā)電機組出廠(chǎng)時(shí)已調好。理論分析，PID參數與游車(chē)現象的產(chǎn)生應該聯(lián)系不大；但實(shí)際上由于柴油機出廠(chǎng)時(shí)各運動(dòng)摩擦副的間隙在柴油發(fā)電機組運用過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生變化，因而，柴油機在兩周即720°的一個(gè)工作循環(huán)中，不可能有一個(gè)較均衡的與出廠(chǎng)時(shí)相同的曲軸推動(dòng)力及曲軸旋轉阻力。在柴油發(fā)電機組運用過(guò)程中，當曲軸推動(dòng)力與曲軸旋轉阻力的變化超過(guò)一定范圍時(shí)，即造成柴油機轉速信號的變化超過(guò)原有PID參數有效控制的范圍，調速器的穩定性被打破游車(chē)現象產(chǎn)生。另外，執行器也會(huì )導致游車(chē)現象的產(chǎn)生，首先是執行器對液壓油油質(zhì)的要求，若油太稠或太稀，即油的粘度太大或太小，都將影響執行器穩定的工作。在實(shí)際運行過(guò)程中，執行器工作溫度為60℃~93℃，對液壓油粘度的選擇應考慮到溫度對粘度的影響，較為理想的粘度指標應控制在20~65CST（厘斯）。另外，在新加或更換執行器的液壓油時(shí)，由于油路中存在有一些空氣也會(huì )對執行器動(dòng)力穩定性產(chǎn)生影響，產(chǎn)生游車(chē)現象，但此時(shí)的油車(chē)現象會(huì )隨油的循環(huán)流動(dòng)而逐步排盡空氣表現出一個(gè)收斂的過(guò)程，即隨柴油機運轉時(shí)間的增加而逐步減小而消失。

      根據以上分析，解決電子調速系統的游車(chē)應采取以下措施：

（1）啟動(dòng)后，若有游車(chē)現象，注意觀(guān)察游車(chē)現象是否收斂，若不是，則必須對電子調速器的參數進(jìn)行調整，如圖4所示。

（2）檢修過(guò)程中，注意各運動(dòng)摩擦副是否存在非正常磨耗。由于非正常磨耗的存在，使柴油機自身機械損失產(chǎn)生周期性變化，引起游車(chē)。因而，在解體檢修柴油機時(shí)，在測量檢查運動(dòng)摩擦副間隙時(shí)，對存在的非正常磨耗要做細致分析，徹底找出引起非正常磨耗的原因并消除。

（3）對輸入電壓進(jìn)行監測和檢修，確保電源的穩定。

（4）加強對調速器的日常維護，及時(shí)更換損壞的部件，確保調速器的正常工作。

（5）及時(shí)更換柴油機燃油濾清器，保障燃油系統正常工作。

 

圖3  柴油機機械式噴油泵調速器調節示意圖

圖4  柴油機電子調速器轉速調節示意圖

 

總結：

      通過(guò)以上分析可知，柴油機游車(chē)現象的產(chǎn)生機理和解決處理方法因調速系統原理和結構的不同有較大差異，在分析處理游車(chē)現象和故障時(shí)，應從游車(chē)的原因出發(fā)，從調速器在柴油機上的作用和工作過(guò)程入手，具體分析游車(chē)的故障表現及與調速器動(dòng)作過(guò)程的關(guān)系，重點(diǎn)應放在調速系統的動(dòng)力穩定性這一共性因素上。通過(guò)不同調速系統的工作過(guò)程，具體分析各零部件技術(shù)狀態(tài)不良所引起的調速系統動(dòng)力穩定性變化，并制定和實(shí)施恢復其零部件技術(shù)狀態(tài)檢修方案和預防措施，就能較好地預防和處理柴油機游車(chē)這一故障。

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