故障檢查與技術(shù)維護(hù)

康明斯柴油發(fā)電機(jī)組“超速”問題分析

摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)超速故障被發(fā)電機(jī)組行業(yè)稱之為飛車現(xiàn)象。飛車是指柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速快速升高，超過最高空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，并且失去控制，同時(shí)發(fā)出巨大吼聲的故障現(xiàn)象。飛車是柴油機(jī)的一種特有故障，柴油機(jī)發(fā)生“飛車”后，往往引起活塞、連桿、曲軸、氣缸蓋甚至氣缸體等大型機(jī)件損壞。由于超速問題通常都是因?yàn)樵O(shè)備使用不當(dāng)造成的，因此，該故障一般不在康明斯發(fā)電機(jī)組保修范圍內(nèi)，必須對(duì)飛車現(xiàn)象嚴(yán)加防范并立即處理。

 

一、柴油機(jī)“飛車”現(xiàn)象的定義

 

      所謂柴油發(fā)動(dòng)機(jī)飛車故障，是指發(fā)動(dòng)機(jī)突然自行加速運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速越來越高，超過柴油發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1500r/min以上。此外，排氣管冒出大量黑煙或藍(lán)煙，并形成很大的噪聲和振動(dòng)現(xiàn)象。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)“飛車”有兩種表現(xiàn)：

（1）在冷車啟動(dòng)后，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速猛增，但過幾秒鐘轉(zhuǎn)速即可穩(wěn)定，稱之為啟動(dòng)“飛車”。

（2）在熱車工作中，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速突然失去控制，發(fā)動(dòng)機(jī)狂轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)定的轉(zhuǎn)速。

      發(fā)生“飛車”后，隨著柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的增高，進(jìn)入缸內(nèi)的柴油增加，導(dǎo)致其轉(zhuǎn)速再增高，從而形成惡性循環(huán)。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的不斷增高，使汽缸內(nèi)溫度不斷上升，活塞的膨脹量增加，活塞連桿組各零件運(yùn)動(dòng)加劇，負(fù)荷增大，超過其強(qiáng)度極限后，將發(fā)生打壞缸體，連桿折斷，曲軸斷裂，以及活塞、缸套打壞等嚴(yán)重事故。

      因此，發(fā)動(dòng)機(jī)超速簡(jiǎn)單來說，就是指發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超過了其規(guī)定的轉(zhuǎn)速的最大值。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于超高速時(shí)，就會(huì)損壞發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件。發(fā)動(dòng)機(jī)超速一般會(huì)導(dǎo)致凸輪軸齒輪甩出，氣閥拍打活塞頂部或者影響氣閥的正常工作順序，對(duì)燃油系統(tǒng)的來說，超速一般會(huì)損壞飛錘。

      氣閥拍打活塞一般發(fā)生在活塞到達(dá)上至點(diǎn)的位置。在超高速時(shí)，進(jìn)氣門和排氣門不能完全關(guān)閉，這種情況一般會(huì)導(dǎo)致“氣門浮動(dòng)”。當(dāng)活塞撞擊到一個(gè)開啟的氣閥時(shí)，氣門浮動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的損壞。氣閥拍打活塞會(huì)損壞推桿，挺桿體，氣門彈簧，氣閥，活塞，氣缸蓋，更有甚者會(huì)導(dǎo)致氣缸體，增壓器以及其他過熱件的損壞；同時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，氣閥高頻率的運(yùn)動(dòng)會(huì)破壞其工作順序，從而會(huì)影響與氣閥工作順序相關(guān)的零部件的負(fù)荷能力，最終有可能會(huì)損壞推桿，凸輪軸的凸輪，挺桿體表面，甚至?xí)箽忾y鎖夾破裂。

 

二、超速“飛車”產(chǎn)生的原因分析

 

      柴油機(jī)“飛車”的實(shí)質(zhì)，是油料（柴油或機(jī)油）過量且無節(jié)制地進(jìn)入氣缸內(nèi)燃燒。在大多數(shù)情況下，這是由于調(diào)速器性能失常、燃油泵柱塞調(diào)節(jié)齒桿卡清在最大供油位置、噴油器的針閥卡死在開啟位置等原因引起的，但是也有不少例外，即故障原因不在調(diào)速器和燃油供給系統(tǒng)，而是柴油或潤滑油通過非正常途徑（即從噴油器以外）進(jìn)入氣缸內(nèi)，并且參與燃燒的結(jié)果。歸納起來，引起“飛車”的特殊原因大致有以下幾種：

1、預(yù)熱器損壞

      若柴油機(jī)進(jìn)氣管上安裝了預(yù)熱器，預(yù)熱器的閥芯與閥座關(guān)閉不嚴(yán)，在非預(yù)熱狀態(tài)下，預(yù)熱柴油經(jīng)過閥座孔進(jìn)入進(jìn)氣管，并且隨氣流源源不斷地進(jìn)入氣缸燃燒。

2、油底殼內(nèi)機(jī)油過多

      柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)油在曲軸、連桿等零件的強(qiáng)烈攪拌和激濺下，從氣缸壁與活塞環(huán)的間隙處大量進(jìn)入氣缸參與燃燒。

3、活塞環(huán)“對(duì)口”

      油底殼內(nèi)的機(jī)油從“對(duì)口”處比較順暢地進(jìn)入燃燒室，這種情況在臥式柴油機(jī)上比較容易發(fā)生。

4、曲軸箱通氣裝置堵塞

      當(dāng)該通氣裝置堵塞后，從氣缸壁與活塞環(huán)的間隙處泄漏的廢氣越積越多，曲軸箱內(nèi)的氣壓越來越高，迫使油底殼內(nèi)的機(jī)油竄入氣缸參與燃燒。

5、空氣濾清器油面過高

      對(duì)于油浴式空氣濾清器，由于在油盤內(nèi)加注的機(jī)油過多，或因?yàn)榭諝鉃V清器吸入了嘴水，使油盤內(nèi)的油平面升高，機(jī)油被強(qiáng)氣流吸入氣缸。

6、空氣濾清器濾芯清洗不當(dāng)

      在用柴油，煤油甚至汽油清洗空氣濾清器的濾芯后，未甩凈濾芯上粘附的殘油就裝上了，工作中這部分燃油被強(qiáng)氣流吸入燃燒室。

7、調(diào)速裝置失效

      以康明斯發(fā)電機(jī)組為例，其轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)傳輸原理如圖1所示，電子調(diào)速器電路如圖2所示。在開機(jī)運(yùn)行情況下，電子調(diào)速器最高設(shè)置為1800r/min，超速值為1725r/min，常規(guī)值是1475-1575r/min為正常范圍，停機(jī)報(bào)警功能是自由設(shè)定。當(dāng)調(diào)速裝置中的電子調(diào)速器或轉(zhuǎn)速傳感器因故障而失效時(shí)，會(huì)造成柴油發(fā)電機(jī)超速誤報(bào)警現(xiàn)象。此種情況下，并非設(shè)備真實(shí)在超速狀態(tài)，只是由于調(diào)速裝置傳輸錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)給主控器，誤導(dǎo)致其下達(dá)停機(jī)命令。

      要判斷一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)是否超速，一般要從相關(guān)的零部件的損壞狀態(tài)來判斷。如果一個(gè)零件的損壞狀況符合發(fā)動(dòng)機(jī)超速的癥狀，但發(fā)動(dòng)機(jī)本身顯示沒有超速的異相，那么該零件的損壞就不是因?yàn)槌俣鸬摹?/span>發(fā)動(dòng)機(jī)超速的極端情況就會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)時(shí)間過長，減震器和飛輪上的螺栓就會(huì)松動(dòng)，這種故障模式一般發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)下。如果是因?yàn)槌僖鹆藴p震器和飛輪的松動(dòng)，那么不久就會(huì)有更多的故障呈現(xiàn)出來。 

 

圖1  柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)傳輸原理圖

圖2  柴油機(jī)速度控制器電路圖

 

三、超速飛車現(xiàn)象的征兆和檢查步驟

 

1、出現(xiàn)“飛車”現(xiàn)象的征兆檢測(cè)

      這一部分用零部件舉例說明發(fā)動(dòng)機(jī)超速的原因和影響，以此來幫助分析診斷因發(fā)動(dòng)機(jī)超速引起的故障，講述從發(fā)動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)成零件表現(xiàn)出來的癥狀來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否超速。

（1）檢查活塞頂部，看是否有氣閥拍過的痕跡。

（2）檢查氣閥鎖夾是否破裂，破裂后，會(huì)導(dǎo)致氣門彈簧下沉。

（2）檢查氣門鎖夾是否脫落或丟失，超速也會(huì)導(dǎo)致單個(gè)的鎖夾頭部的珠面磨損。

（3）檢查氣門鎖夾頭部的珠面是否過度磨損或變形。

（4）如果發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)氣閥已經(jīng)彎曲或斷裂，那就要檢查所有的活塞，看其活塞頂部是否有氣閥拍的痕跡，還要檢查所有的氣門鎖夾，看有沒有磨損。

（5）如果檢查發(fā)現(xiàn)氣門已經(jīng)彎曲或者斷裂，鎖夾損壞，就表明該發(fā)動(dòng)機(jī)超速了。如果發(fā)現(xiàn)氣門已經(jīng)損壞，還應(yīng)該檢查氣閥桿上面（裝鎖夾端）的凹槽是否被損壞。如果有一個(gè)鎖夾已經(jīng)損壞，那么彈簧就要受到其他鎖夾的不均衡的力，最終就會(huì)在氣閥桿的凹槽部位留有損壞的痕跡；

（6）檢查氣門彈簧座是否有裂紋，如果氣門彈簧座承載的負(fù)荷過大，就會(huì)導(dǎo)致其破裂；

（7）檢查推桿或連桿是否彎曲或有裂痕；注意：推桿或連桿即使有了裂紋，也會(huì)在短時(shí)間內(nèi)保持原來的狀態(tài)繼續(xù)工作。斷裂的推桿可以進(jìn)入缸體和缸蓋之間狹小的縫隙，所以一定要仔細(xì)檢查所有的推桿。

2、檢查步驟

（1）減震器和飛輪檢查

  檢查減震器和飛輪是否松動(dòng)。超速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)幅度過大，會(huì)使減震器和飛輪的固定螺栓松動(dòng)，最終會(huì)導(dǎo)致其安裝螺栓的平面磨損，螺栓孔破裂，螺栓斷裂。這種狀況只會(huì)發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)處于超長時(shí)間的超速狀態(tài)下或者是一些極端情況下。如果是由超速引起的，其他的因超速導(dǎo)致零件損壞的表象也能證明這一點(diǎn)。

（2）凸輪軸檢查

① 檢查凸輪軸齒輪的位置。如果發(fā)動(dòng)機(jī)是超速，凸輪軸的斜齒輪就因軸向壓力而向外突出，引起凸輪軸異響。

② 檢查各個(gè)凸輪呈現(xiàn)出來的狀態(tài)。

③ 檢查挺桿體表面是否剝落，如果凸輪軸上面的凸輪承受的壓力過大，也會(huì)損壞噴油器和導(dǎo)管等相關(guān)件。

④ 超速不可能導(dǎo)致挺桿體和導(dǎo)管的獨(dú)立損壞，所以還必須要檢查其他會(huì)因超速而損壞的關(guān)聯(lián)零部件的狀態(tài)。

（3）挺桿體

      認(rèn)真檢查挺桿體的底座，莖干以及其表面，如果表面磨損嚴(yán)重，同樣也會(huì)致使氣閥拍打到活塞頂部。

（4）燃油系統(tǒng)

      這一部分主要講述在超速狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油系統(tǒng)中油泵將會(huì)出現(xiàn)的問題：

① 油泵不正常的工作，也會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)的超速。

② 超速可能會(huì)損壞油泵調(diào)速器中的飛錘。

③ 拆下油泵，送到康明斯柴油機(jī)維修廠仔細(xì)檢查。

 

四、柴油機(jī)“飛車”的緊急應(yīng)對(duì)措施

 

       眾所周知，柴油機(jī)要能運(yùn)轉(zhuǎn)，必須同時(shí)具備3個(gè)條件，一是氣缸具有足夠大的壓縮力；二是定時(shí)有霧化的燃油噴入；三是有充足的空氣供應(yīng)。三者缺一不可。根據(jù)上述“飛車”形成機(jī)理的分析，需要迅速采取如下緊急措施終止“飛車”:

1、斷氣

      切斷燃燒室空氣的來源。對(duì)于進(jìn)氣管設(shè)置有閥門的柴油機(jī)，可以將該閥門關(guān)閉。也可以拆除空氣濾清器的上部，用座墊、細(xì)密的棉布等物堵死柴油機(jī)的進(jìn)氣口，迫使柴油機(jī)“室息”而熄火。當(dāng)然，要達(dá)到憋滅柴油機(jī)的目的，必須以進(jìn)氣系統(tǒng)不漏氣為前提。如果進(jìn)氣系統(tǒng)各接頭密封不嚴(yán)，采取斷氣的方法難以奏效。

2、減壓

       破壞氣缸內(nèi)燃燒的條件?？梢园庀聹p壓手柄，讓部分氣門一直打開，使氣缸內(nèi)的混合氣無法壓縮，混合氣不能達(dá)到高溫和高壓，最終柴油機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

3、斷油

      切斷柴油發(fā)電機(jī)燃油系統(tǒng)的供應(yīng)。

① 迅速收回油門，并且將手油門拉到“熄火”位置；

② 如果燃油泵的柱塞調(diào)節(jié)齒桿露在外面，可以用手直接將其拉到熄火位置；

③ 快速擰松或者破壞高壓油管。由于曲軸和活塞具有很大的慣性，所以采取斷油的方法見效較慢。

4、安裝超速保護(hù)板

      超速報(bào)警保護(hù)板用于康明斯柴油發(fā)電機(jī)組儀表控制箱內(nèi)，以3036453型電路板為例，如圖1、圖2所示。當(dāng)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速便報(bào)警停車，以達(dá)到保護(hù)柴油機(jī)、防止飛車之目的。

（1）超速保護(hù)的目的

      超速保護(hù)的目的是防護(hù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)線飛損。發(fā)電機(jī)飛車設(shè)定為＋20%nH，柴油發(fā)電機(jī)組＋15%nH，即1725rpm（50HZ車）或2070rpm（60HZ車），但柴油機(jī)到2200轉(zhuǎn)/分以上仍是允許的。

（2）功能

      超速板的正名是“速度開關(guān)板”，它為發(fā)電機(jī)組提供三個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)，即：

① 離合器脫開：起動(dòng)到300轉(zhuǎn)/分，上燈亮，柴油機(jī)引爆，升到怠速（600-650轉(zhuǎn)/分），對(duì)柴油機(jī)預(yù)潤滑、預(yù)熱，為高速和加載作準(zhǔn)備。

② 并車允許：怠速1～3分鐘，開關(guān)扳到高速，轉(zhuǎn)速升至1450轉(zhuǎn)/分以上，為并車提供基本條件，中燈亮，調(diào)動(dòng)微調(diào)電位器即可和外電同步、并車。

③ 超速：當(dāng)發(fā)電機(jī)組故障、失控，發(fā)生飛車，超過1725轉(zhuǎn)/分（50HZ發(fā)電機(jī)組）或2070轉(zhuǎn)/分（60HZ發(fā)電機(jī)組）時(shí)，下燈亮，并停車。但紅燈繼續(xù)亮。必須關(guān)電源，燈熄，才能再開車。

      自動(dòng)化發(fā)電機(jī)組用上了三個(gè)功能，通用發(fā)電機(jī)組只用了最后一個(gè)“超速保護(hù)”功能，所以常稱“超速板”。

 

圖1  康明斯柴油機(jī)超速報(bào)警保護(hù)板背面圖

圖2  康明斯柴油機(jī)超速報(bào)警保護(hù)板正面圖

 

總結(jié)：

      柴油發(fā)電機(jī)發(fā)生的超速現(xiàn)象俗稱“飛車”，是柴油發(fā)電機(jī)的一種特殊故障。它不僅會(huì)造成柴發(fā)機(jī)組零部件的嚴(yán)重?fù)p壞，而且還有可能危及操作員人身安全。因此特別需要注意，一旦柴油或機(jī)油通過噴油器之外的渠道進(jìn)入氣缸燃燒而發(fā)生“飛車”，采取松開高壓油管接頭、按熄火開關(guān)等斷油措施往往無濟(jì)于事，并且安裝的超速保護(hù)裝置失效情況下，應(yīng)當(dāng)采用斷氣、減壓、超載等方法盡快終止“飛車”。 

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