故障檢查與技術維護

康明斯柴油發電機組為何會高溫報警停機

 

摘要：柴油發電機是生產用電的可靠保證，其安全有效的運行對保障平臺生產至關重要。柴油發電機高水溫是最常見的故障之一，如不及時處理會延伸成重大設備故障，影響生產，造成不可估量的經濟損失。柴油發電機運行時的溫度，無論是機油溫度還是冷卻液溫度，都必須在一個正常范圍內，對于柴油發電機而言，機油溫度最佳運行范圍應該在90°至105°，冷卻液的最佳溫度應該在85°至90°范圍內。如果柴油發電機在運行過程中溫度超出上述范圍甚至更高，就屬于過熱運行。過熱運行對柴油發電機危害較大，應及時排除。否則，水溫過高通常會造成散熱器內冷卻液沸騰、功率下降、潤滑油黏度降低、零部件間摩擦加劇，甚至會導致拉缸、汽缸墊燒毀等嚴重故障。

 

一、冷卻系統簡介

 

      在柴油發電機中燃油燃燒放出的熱量約為30%～33％要經過氣缸、氣缸蓋和活塞等部件散向外界。為了能散出這些熱量，需要有足夠數量的冷卻介質強制連續流經受熱件，通過冷卻保證這些受熱部件的正常穩定溫度。因而在多數柴油發電機中均設置冷卻系統，保證足夠而連續的冷卻介質流量以及適當的冷卻介質溫度。

1、冷卻的作用和方式

      從能量利用觀點來看，柴油發電機的冷卻是一項應予避免的能量損失，但從保證柴油發電機正常工作考慮它又是必需的。柴油發電機冷卻有以下作用：首先，冷卻可以保持受熱件的工作溫度不超過材料所允許的限值，從而可保證在高溫狀態下受熱部件的足夠強度；其次，冷卻可以保證受熱件內外壁面適當的溫差，減少受熱件的熱應力；此外，冷卻還可以保證運動部件如活塞與缸套的適當間隙、缸壁工作面滑油膜的正常工作狀態。冷卻的這些作用通過冷卻系統來實現。在管理中應兼顧柴油發電機冷卻的兩方面要求，既不使柴油發電機因過分冷卻而過冷，也不使柴油發電機因缺乏冷卻而過熱。近代，從盡量減少冷卻損失以充分利用燃燒能量出發，國內外正在進行絕熱發動機的研究，相應發展了一批耐高溫的材料，如陶瓷材料等。

      目前，柴油發電機的冷卻方式分強制液體冷卻和風冷兩種。絕大多數柴油發電機使用前者。

2、冷卻介質

      在柴油發電機強制液體冷卻系統中的冷卻劑通常有淡水、冷卻液、滑油等三種。淡水的水質穩定，傳熱效果好并可采用水處理解決其腐蝕和結垢的缺陷，因而它是目前使用廣泛的一種理想冷卻介質。柴油發電機對淡水水質的要求一般為不含雜質的淡水或蒸餾水。若為淡水要求其總硬度不超10（德國度）、pH值為6.5～8、氯化物含量不超過50×10^-6。當使用蒸餾水或離子交換器產生的完全脫離子水作為冷卻淡水時，必須特別注意對淡水進行水處理，并定期化驗，確保水處理劑的濃度達到規定范圍。否則由濃度不夠而產生的腐蝕比使用一般硬水還嚴重（因無一般硬水所形成的石灰薄膜沉淀物保護）。冷卻液的水質難以控制且其腐蝕和結垢問題比較突出，為減少腐蝕和結垢應限制冷卻液的出口溫度不宜超過45℃，因而目前很少使用冷卻液直接對柴油發電機進行冷卻；滑油的比熱小，傳熱效果較差，高溫狀態易在冷卻腔內產生結焦，但它不存在因漏泄而污染曲軸箱油的危險，因而適于作為活塞的冷卻介質。

3、 冷卻系統的組成和設備

      由于受熱件工作條件不同，所要求的冷卻液溫度、壓力和基本組成也各不相同。因而各受熱件的冷卻系統通常由幾個單獨的系統組成。一般分為缸套和氣缸蓋、活塞、噴油器三個閉式淡水冷卻系統。

      缸套冷卻水泵出口的淡水由缸套水進口總管進入各缸套下部，沿缸套→氣缸蓋→增壓器路線進行冷卻。各缸出水管匯總后，一路經造水機和淡水冷卻器冷卻，重新進入缸套冷卻水泵進口；另一路進入淡水膨脹水箱。在淡水膨脹水箱和缸套冷卻水泵之間設有平衡管用于給系統補水并保持冷卻水泵吸入壓頭。

      系統中有溫度傳感器檢測冷卻水出口溫度的變化，并通過熱力控制閥控制其進口溫度。水溫最高溫度一般不得超過90~95℃（如圖1所示），否則水溫傳感器會將信號傳達給控制器，引起柴油機過熱報警并指令設備停機（如圖2所示）。

      柴油發電機冷卻方式有一體和分體的兩種。特別注意的是，康明斯分體式中冷系統中，有部分機型中冷器熱交換器的冷卻面積有可能大于缸套水的熱交換器，廠家服務工程師也經常搞錯。因為感覺上缸套水需交換的熱量要大得多，但因為中冷冷卻溫差較小，熱交換效率低，所以所需冷卻面積較大。新機安裝時一定要廠家確認好，以免返工影響進度。冷卻器出水溫度一般不要超過54度，過高的溫度會生成一種化合物吸附在冷卻器的表面，影響熱交換器冷卻效果。

 

圖1  最高柴油機溫度要求

圖2  柴油機高水溫報警圖標示例

 

二、高水溫故障診斷和處理

 

1、冷卻液位低或選型不當

      最先最容易檢查的就是冷卻液液位。不要迷信低液位報警開關，有時液位開關的細水管堵塞會誤導檢查人員。而且高水溫停車后必須等水溫降下后再補水，不然可能會造成缸頭裂開等重大設備事故。

      康明斯發動機專用冷卻液實物如圖3所示。定期檢查散熱器及膨脹水箱內冷卻液存量，液位低時應及時補充。因為柴油發電機冷卻系統中若缺少冷卻液，則會影響柴油發電機散熱效果，造成柴油發電機高溫。

2、冷卻器或散熱器（風冷）堵塞

      散熱器堵塞有可能是灰塵或其他臟物造成，也可能是有彎曲或折斷的散熱翅，限制空氣流動。用高壓空氣或水清洗時需注意不要打彎散熱翅，特別是中冷器散熱片。有時冷卻器使用時間太久，會有一層化合物吸附在冷卻器表面，影響熱交換效果，造成高水溫，判斷冷卻器效果，可用測溫槍測量熱交換器進出水溫差和發動機進出水溫差，根據康明斯廠家提供的參數就能判斷出是冷卻器效果不好還是冷卻循環有問題。

3、導風板和護罩損壞（風冷)

      風冷柴油發電機還要檢查導風板和護罩有沒有損壞，損壞會造成熱風循環至進風口，影響冷卻效果。出風口一般要為冷卻器面積的1.1-1.2倍，根據風道的長短和格柵形狀而定，但不得小于冷卻器面積。風扇葉出風方向不一樣，護罩安裝也有差異，新機安裝時需注意。

4、風扇損壞或皮帶損壞、過松

      定期檢查柴油發電機風扇皮帶是否松弛及風扇形狀是否異常。因為風扇皮帶過松，容易造成風扇轉速降低，造成散熱器不能發揮應有的散熱能力，導致柴油發電機溫度過高。

      皮帶張緊度要調整合適，松了固然不好，但太緊會降低支帶和軸承的使用壽命，如在運行中皮帶斷離可能會纏繞在風扇上，傷害冷卻器，使用過程中有客戶出現過類似故障。此外，風扇變形也會導致散熱器的散熱能力不能充分發揮。

5、節溫器失效

      節溫器外觀實物如圖4所示。節溫器失效可利用測溫槍測量水箱進水、水泵進水熱交換器進出水溫差，做出初步判斷。進一步檢查需拆出節溫器，用水煮，測量開啟溫度、全開溫度以及全開的開度，確定節溫器的好壞。康明斯要求6000H檢查一次，但一般是頂部或上下大修時直接換掉，中間無故障不做檢查。但如使用中出現節溫器損壞故障，需檢查冷卻水泵風葉是否損壞，檢查水箱內是否有節溫器殘余物，避免對水泵造成進一步傷害。

 

圖3  康明斯發動機專用冷卻液

圖4  康明斯節溫器

 

6、水泵損壞

      這種可能比較小。可能葉輪損壞，也可能葉輪脫開，可以通過測溫槍、壓力表綜合判斷后再確定是否拆開檢查，而且需與系統進空氣的現象區別開來。水泵下部有一泄水口，此處滴水表明水封失效，有的機器會由此進入空氣至系統影響循環，造成高水溫。但如新更換水泵此處有一分鐘幾滴滴漏現象，可暫不處理，觀察使用，部分磨合一段時間就不再滴漏。

7、冷卻系統里有空氣

      系統有空氣會影響水的流動，嚴重時會造成水泵失效，系統停止流動。甚至有發動機曾出現過運轉時水箱水不停溢出，停車時低位報警，廠家服務商誤判，以為是某缸燃燒氣體漏進冷卻系統，更換了所有16缸的汽缸墊，但是運行時故障依舊。我們到現場后，從發動機最高點排氣，排氣結束后，發動機運行正常。因此在處理故障時必須確信已排除類似現象再做大的修理工作。

8、機油冷卻器損壞導致冷卻液泄漏

（1）故障現象  

      某單位一臺康明斯發電機組，開機前檢查時發現有水從潤滑油量油尺孔邊緣不斷地向外滴，散熱器中的冷卻液已所剩無幾。

（2）故障查找分析  

      經了解可知，柴油發電機組出現該故障前，在工地上施工，一直沒有發現異常現象。說明冷卻液是在柴油發電機停機后泄漏到油底殼中的。而導致該故障的原因主要有機油冷卻器泄漏或者氣缸套封水閣損壞。于是首先對機油冷卻器進行加壓試驗，即拆掉機油冷卻器的冷卻液以及潤滑油的進口和出口連接管，然后堵住冷卻液出口，在冷卻液進口處通以一定壓力的水，結果發現潤滑油口有水流出，說明漏水的故障出在機油冷卻器內。冷卻液泄漏故障是冷卻器芯焊接處開焊造成的，而且可能是在柴油發電機停機過程中出現的，所以柴油發電機組工作結束時，沒有出現異常現象。但是當柴油發電機熄火后，潤滑油壓力接近零，而散熱器有一定高度，這時冷卻液壓力大于潤滑油壓力，冷卻液就會從冷卻器芯開焊處流入油底殼，從而造成水從機油量尺孔邊緣向外滴的現象。

（3）故障排除   

      拆解機油冷卻器（外觀如圖5所示），找到了開焊處的位置，重新焊好后故障即被排除。

9、氣缸套漏氣導致冷卻液溫度過高

（1）故障現象  

      一臺康明斯B系列柴油發電機。該機在修理廠進行大修時，更換了活塞、活塞環、軸瓦等零部件，磨削了氣缸蓋平面，更換了氣缸套。大修完畢后，在廠內進行磨合時未見異常，但交付機主使用后，出現冷卻液溫度過高的故障。據操作人員反映，該機在達到正常工作溫度后，再運行3～5km，冷卻液溫度便會達到100℃。若停放一段時間，待水溫降低后繼續運行時，在很短的時間內又會升高到100℃。柴油發電機沒有異響，也未見有水從氣缸體滲出。

（2）故障查找分析  

      柴油發電機沒有異響，排氣管冒煙也基本正常，可以判斷氣門、氣門與導桿等配合間隙基本正常。首先用壓縮壓力表對氣缸氣壓進行測量（如圖6所示），然后再對冷卻系統進行基本檢查，未發現漏水、滲水的現象，散熱器里的冷卻液位也符合規定。起動后檢查水泵的運行情況時，也沒有發現異常，而且散熱器上、下水室沒有明顯的溫差，但是發現有少量氣泡，于是懷疑是氣缸墊沖壞了。因此，拆下氣缸蓋后檢查氣缸墊，卻沒有發現明顯的燒蝕現象。經過仔細觀察發現，氣缸套頂部高出氣缸體上平面的部位有一個破損，裝上氣缸墊時，其活塞孔正好套在破損處的外圓上，且氣缸墊與破損口的上平面平齊。由此可以判斷是由于氣缸墊密封不嚴導致高壓燃氣竄入水道，造成冷卻液溫度過高。

（3）故障排除  

      更換氣缸套，并且按規定扭力擰緊缸蓋螺栓后，再沒有出現冷卻液溫度過高的現象。

 

圖5  康明斯機油冷卻器

圖6  氣缸套漏氣檢測方法

 

10、長時間超負荷作業

      柴油發電機長時間超負荷作業，會使其油耗增加、熱負荷升高，從而出現水溫過高現象。為此，應避免柴油發電機長時間超負荷作業。

11、發動機拉缸

      發動機拉缸會產生大量熱量，使機油溫度、缸套水溫升高。拉缸嚴重時曲軸箱透氣口會冒白煙，但輕微拉缸只能看到水溫偏高，曲軸箱透氣無明顯變化，如再觀察不到機油溫的變化，很難判斷。在水溫異常高時可作為一個可能，將曲軸箱道門打開，檢查缸套表面，及時發現問題，避免嚴重拉缸事故發生。巡視時需每班檢查曲軸箱透氣口出氣狀況，發現有白煙或出氣明顯加大一定要停車檢查，如缸套無異常則須考慮是否有軸承潤滑不良造成機油高溫，同樣會在曲軸箱透氣口發現出氣變大現象。一定要查明原因處理后再運行機器，避免重大設備事故的發生。

      以上所列是可能的幾種原因，判斷時可從簡到繁，結合其他可能的故障現象，找出原因所在。新車或大修試車時一定要測量記錄好各負載工況下冷卻器進出口、機器進出口水溫，各潤滑點溫度等參數，便于機器異常時對比參數，及時查處異常點。如簡單處理不了，可以多測量幾個溫度點，利用以下理論分析，尋找故障原因。

 

三、高溫危害和預防措施

 

      如果柴油發電機處于“干燒”的狀態，也就是無冷卻水狀態下運轉，這種情況采用任何冷卻水澆散熱器的方式降溫都基本無效，柴油發電機運轉也無法散熱。首先在著車狀態下，應打開機油加注口，迅速加注潤滑油，這是因為在徹底缺水狀態下，柴油發電機潤滑油會隨之大量高溫蒸發，必須迅速補充。然后加完潤滑油必須熄火，采取任意辦法讓柴油發電機熄火斷油。同時運轉啟動機，被動運轉柴油發電機，可持續10秒運轉，間隔5秒停頓，保持此頻率。寧可損壞一個啟動機，也要保住柴油發電機，最大程度避免粘缸、拉缸等嚴重事故。因此，需要給予冷卻系統預防措施。

1、調整冷卻系統的工作參數

（1）冷卻水泵出口壓力應調整在正常工作范圍。通常淡水壓力應高于冷卻液壓力，防止冷卻器泄漏時冷卻液漏入淡水中，引起其變質。

（2）淡水溫度應根據說明書的規定調整至正常工作范圍。勿使淡水出口溫度過低（造成熱損失增加、熱應力增大、低溫腐蝕）或過高（使缸壁滑油膜蒸發、缸壁磨損加劇、冷卻腔內發生汽化、缸套密封圈迅速老化）。對于中高速柴油機，一般出口溫度可控制在70℃～80℃（不燒含硫重油時），低速機可控制在60℃～70℃；進出口溫差不大于12℃。一般淡水出口溫度以接近允許上限為宜。

（3）冷卻液出口溫度不應超過50℃，以免鹽分析出而沉積成垢，影響傳熱。

（4）在運轉中，調節淡水溫度可以利用冷卻液管路上的旁通閥來調節進入淡水冷卻器的冷卻液量，或者利用淡水管路上的旁通閥來調節進入淡水冷卻器的淡水量或調節冷卻液溫度。現代新建的船舶多裝設淡水和滑油溫度自動調節裝置，它們的調節閥多裝在淡水和滑油的管路中，以控制進入冷卻器的淡水量和滑油量。

（5）檢查各缸冷卻水的流動情況，如需調整冷卻水流量，應調整冷卻水泵的出口閥，同時注意調節速度應盡量緩慢。冷卻水泵的進口閥應始終處于全開位置上。

（6）當發現氣缸冷卻水壓力波動而調節無效時，通常是由于系統中有氣體存在造成，應盡快查明原因并消除。

2、執行定期檢查

（1）定期檢查膨脹水箱和淡水循環柜的水位變化。如水位降低過快應迅速查明原因，加以排除。

（2）定期檢查柴油發電機系統的冷卻劑水位、水管、水泵等，及時發現并清除水垢、堵塞等故障。

（3）檢查冷卻液濾器和冷卻液閥是否被雜物堵塞。在寒冷地區航行時，應加強對冷卻液管系的管理，防止海底閥被冰塊卡死，并應保證冷卻液進入冷卻器的溫度（25℃）。

（4）最好每周一次檢查冷卻水質量，檢測水處理添加劑（如緩蝕劑）的濃度應在其說明書規定范圍內，pH值（在20℃時應為7～10）和氯化物濃度（不大于50ppm）。通過這些指標的變化可大致判斷冷卻系統的工作狀態。如若氯化物濃度增加，則表示有冷卻液漏入；pH值降低說明有排氣漏入。

（5）在運行時，要檢查通風系統是否順暢，使柴油發電機得到充分的空氣流動，極大地提高柴油發電機的散熱能力，降低高溫的風險。

 

總結：

      針對柴油發電機高溫現象，合理的預防措施和解決方法是減少柴油發電機運轉不順暢的風險、保障柴油發電機正常的生產效率及其使用壽命的必要保證。可以通過多個方面改善柴油發電機的環境、提高柴油發電機的部件質量以及采取保養措施來降低其高溫現象的風險程度，從而更好地保護和利用的柴油發電機組。柴油發電機高水溫故障很常見，但只要及時發現一般不會對柴油發電機組造成重大傷害。發現后盡量不要緊急停機，不要急著補水，待負載卸掉后再停機。以上是結合康明斯發電機組廠家培訓資料及現場服務的一點心得，希望以后與各位同事共勉，齊心協力維護好發電設備。

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