故障檢查與技術維護

康明斯柴油發電機組帶載啟動后頻率下降的原因分析

 

摘要：當柴油發電機啟動后，但額定頻率只能到45Hz或更低現象。這種故障看起來是調速器或控制部分內部有故障，但實際上有可能是由于燃油系統或機械故障而引起轉速達不到額定頻率50Hz。柴油發電機組在使用過程，其柴油機是動力核心部分，如出現頻率下降情況，會導柴發整機故障。經過康明斯公司實例驗證后，在本文中闡迷了柴油機頻率掉速的情況分析了頻率掉速的原因和種類，并提出了修理方法，介紹了最終解決問題的方法。

 

一、頻率不足故障原因

 

      柴油發電機組頻率掉速會導致柴油機工作時達不到額定功率，即柴油機動力不足，而使整個柴油發電機無法使用。在這種情況下，只有通過正確的判斷和維修，才能盡快的處理好問題，否則將影響其它工作的順利進行，造成更大的經濟損失。柴油機頻率掉速有多種原因，主要原因有：

1、燃油不足

      柴油機頻率低可能是由于燃油供給不足造成的。根據圖1燃油系統工作原理，柴油機需要通過噴油器將燃油噴入燃燒室，以產生爆炸反應驅動柴油機的運轉。如果噴油器出現故障或者燃油供給管路堵塞，就會導致燃油供給不足，從而使柴油機轉速降低。

2、點火系統故障

      柴油機頻率低可能與點火系統有關。點火系統是點燃柴油的關鍵，如果點火系統出現故障，就會導致點火不充分或者點火時間不準確，從而使柴油機轉速下降。

3、機械故障

      柴油機頻率低可能是由于機械故障引起的。比如，曲軸軸頸和軸承磨損、氣缸活塞密封不良、氣門間隙過大等問題都可能導致柴油機的機械運轉不暢，從而使轉速降低。

      以曲軸軸頸磨損為例，曲軸主軸頸與連桿軸頸的磨損是不均勻的，且磨損部位有一定的規律性。主軸頸和連桿軸頸徑向最大磨損部位相互對應，即主軸頸的最大磨損部位在靠近連桿軸頸一側，連桿軸頸的最大磨損部位在靠近主軸頸一側，如圖2所示。連桿軸頸的徑向不均勻磨損，是由于作用在軸頸上的力，沿圓周方向分布不均勻所引起的。連桿軸頸的內側磨損最大。主軸頸徑向的不均勻磨損，主要是受連桿、連桿軸頸和曲柄臂離心力的影響，使靠近連桿軸頸一側的軸頸與軸承間發生的相對磨損較大。由于連桿軸頸的負荷較大，潤滑條件又差，所以連桿軸頸的磨損比主軸頸的磨損大。

4、環境因素

      環境因素也會對柴油機的轉速產生影響。比如，氣溫過低時，柴油的粘度會增加，使得燃油噴射不暢，從而使柴油機轉速下降。

 

圖1  柴油機燃油供給系統示意圖

圖2  柴油機曲軸軸頸磨損示意圖

 

二、頻率排除方法

 

      以下就上述不同的狀況分別介紹柴油機頻率下降故障現象及故障排除方法。

1、柴油機轉速不平穩，排氣管排黑煙

      這種情況下柴油機主要表現為動力不足，運轉不穩定并排出黑煙加載時出現敲擊聲。在這種情況下診斷：

（1）逐缸斷油試驗

      在柴油機運轉時，可逐缸斷油試驗。當某缸斷油時，若柴油機轉數明顯降低、黑煙減少、敲擊聲變弱或消失，說明該缸供油量過多。若柴油機轉數無變化或變化甚小，說明該缸供油量少。若柴油機轉速變化小而黑煙消失，說明該缸噴油器噴霧質量差。找出有故障的單缸后，再進一步查明故障原因，例如：該缸噴油泵柱塞副情況、扇形齒輪固定螺釘有無松動、柱塞彈簧有無斷裂等。若均正常，可拆檢它的噴油器。必要時，可換裝新噴油器進行對比，若用新噴油器時故障消失。說明原噴油器有故障。

（2）噴油正時調整

      上述方法仍不能排除故障時，對于噴油泵柱塞挺桿具有調整螺釘的，應檢查各缸噴油正時是否一致，必要時進行調整。調整到黑煙和敲擊聲均減輕為止。

（3）氣缸壓力測試

      若以上各項均無問題，應對有故障的單缸測試氣缸壓縮壓力，以判斷是否因氣缸、活塞、活塞環等磨損漏氣或氣門密封不良。柴油機氣缸壓力試驗流程如圖3所示。

      修理時應注意檢查調整噴油器。據使用經驗，只要認真做好柴油的使用管理，噴油泵及噴油器很少發生故障。如個別缸噴油器霧化不良，燃燒不好，應予以校驗。仍不能解決的話，可以更換柱塞副，在校驗臺上調整噴油泵。

2、柴油機轉速不平穩，排氣管排大量白煙

      此種現象柴油機頻率掉速，運轉不平穩并排出大量白煙，或者柴油機剛啟動時排白煙，溫度升高后變成黑煙。

（1）校對噴油提前角

      柴油機動力不足時，排氣管排灰白色煙霧，一般是噴油時間過遲。此種情況不僅是高速動轉不勻、加載不靈敏而且溫度過高。如果是新裝配的柴油機，是因裝配調整不當.如果突然有上述現象，多系噴油泵驅動軸聯軸節固定螺栓松動或柴油機裝配不當。調整噴油提前角，噴油提前角發生變化.多數為高壓油泵連接盤固定螺絲松動造成。應重新校對噴油提前角。調整好噴油提前角后，應緊固高壓油泵連接盤螺栓，防止松動。

（2）氣缸進水排除

      若排氣管排水蒸氣煙霧時，將手靠近消聲器口處，當白煙掠過手面留有水珠，則應先檢查柴油；若柴油內無水，說明氣缸進水，采用單缸斷油試驗檢查噴油器噴嘴上有無水跡。若有水則應查明進水原因，是氣缸破裂還是氣缸墊沖壞。發現管線中有水，應先排掉水，方法是打開高壓油泵、柴油濾清器上的放空螺釘，用手油泵泵油排空，直到將水和水油混合部分排掉為止。

（3）調整氣門間隙

      柴油機剛啟動時排白煙.溫度升高后冒黑煙，說明氣缸壓力不足。若氣門關閉不嚴，應注意調整氣門間隙。發生此類故障時，隨著柴油機的運轉，會出現“嗒、嗒”的聲音，轉速高時，聲音大，冷機尤為嚴重。氣門間隙出現變化時.應注意檢查氣門彈簧是否斷裂。如單缸氣門間隙變化可采用單缸校對法：盤動飛輪，待校對氣門那個缸的活塞到達上死點時(高壓油泵的出油管拆卸后，即將噴油的時刻),進、排氣門全部關閉，再用塞尺校對。

3、柴油機運轉平穩，無高速排煙較少

      這種現象柴油機動力不足，但運轉平穩排煙較少，急加載時，轉速下降，排氣管有少量黑煙。此種現象可以斷定，是因達不到最大供油量而使柴油機轉速下降。

（1）應先將供油系中的空氣排除。

（2）檢查供油量：

① 首先檢查調整調速器高速限制螺釘和最大供油量限制螺釘。旋進高速限制螺釘則高速降低；反之，則高速增高。旋進最大油量限制螺釘則供油量增加；反之則減少。當將兩個調整螺釘向增加的方向旋進時，柴油機感到有力.說明此處即為故障所在。應調整供油量，直到急加載時排氣管冒黑煙為宜。

② 若不屬上述情況，即應檢查噴油泵、調速器等高壓油路部分。拆下噴油泵邊蓋，查看油量調節齒桿能否達到最高速位置，噴油泵挺桿或柱塞是否粘滯，柱塞、挺桿滾輪、凸輪是否磨損過甚，柱塞彈簧有無折斷，出油閥是否密封等。若均正常，應檢查噴油器有無泄漏，調速器彈簧彈力是否符合規定標準。

③ 斷定故障不在高壓油路，即應檢查低壓油路。主要檢查項目是油箱通氣孔及管道有無堵塞、輸油泵濾網有無堵塞、柴油濾清器有無堵塞、輸油泵油閥有無滲漏或粘住、整個油道有無滲漏等。清洗低壓油路，解除油路中的堵塞故障。低壓油路中容易堵塞的部位是柴油粗濾器。由于柴油不干凈，或是在清洗油箱、粗濾器時用棉紗頭、毛巾，易造成粗濾器堵塞。如柴油發電機組急于執行供電任務，可將粗濾器濾芯去掉。待完成供電任務，再徹底清洗或更換柴油濾清器。

      以上供油量檢查方法是人工檢修流程，缺點是需要維修工有足夠的經驗，并且也不夠精確。以下介紹一種自動供油量檢測裝置，結構示意圖如圖4所示。

 

圖3  柴油機氣缸壓力測試連接圖

圖4  機械式噴油泵噴油量檢測裝置結構圖

 

總結：

      柴油發電機組轉速與頻率有著密切比例和相互影響的關系，頻率過低將會影響柴油發電機組的正常作業，無功功率負荷將增大，從而導致發電質量無法滿足用戶要求。由于柴油機頻率低的原因可能有多種多樣，包括燃油供給不足、點火系統故障、機械故障以及環境因素等。在遇到柴油機頻率低的情況時，我們可以根據具體情況再結合以上方法進行排查和修復，以保證柴油發電機組的正常運轉。

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