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故障检查与技术维护 |
康明斯柴油发电机组带载启动后频率下降的原因分析 |
摘要：当柴油发电机启动后，但额定频率只能到45Hz或更低现象。这种故障看起来是调速器或控制部分内部有故障，但实际上有可能是由于燃油系统或机械故障而引起转速达不到额定频率50Hz。柴油发电机组在使用过程，其柴油机是动力核心部分，如出现频率下降情况，会导柴发整机故障。经过康明斯公司实例验证后，在本文中阐迷了柴油机频率掉速的情况分析了频率掉速的原因和种类，并提出了修理方法，介绍了最终解决问题的方法。
一、频率不足故障原因
柴油发电机组频率掉速会导致柴油机工作时达不到额定功率，即柴油机动力不足，而使整个柴油发电机无法使用。在这种情况下，只有通过正确的判断和维修，才能尽快的处理好问题，否则将影响其它工作的顺利进行，造成更大的经济损失。柴油机频率掉速有多种原因，主要原因有：
1、燃油不足
柴油机频率低可能是由于燃油供给不足造成的。根据图1燃油系统工作原理，柴油机需要通过喷油器将燃油喷入燃烧室，以产生爆炸反应驱动柴油机的运转。如果喷油器出现故障或者燃油供给管路堵塞，就会导致燃油供给不足，从而使柴油机转速降低。
2、点火系统故障
柴油机频率低可能与点火系统有关。点火系统是点燃柴油的关键，如果点火系统出现故障，就会导致点火不充分或者点火时间不准确，从而使柴油机转速下降。
3、机械故障
柴油机频率低可能是由于机械故障引起的。比如，曲轴轴颈和轴承磨损、气缸活塞密封不良、气门间隙过大等问题都可能导致柴油机的机械运转不畅，从而使转速降低。
以曲轴轴颈磨损为例，曲轴主轴颈与连杆轴颈的磨损是不均匀的，且磨损部位有一定的规律性。主轴颈和连杆轴颈径向最大磨损部位相互对应，即主轴颈的最大磨损部位在靠近连杆轴颈一侧，连杆轴颈的最大磨损部位在靠近主轴颈一侧，如图2所示。连杆轴颈的径向不均匀磨损，是由于作用在轴颈上的力，沿圆周方向分布不均匀所引起的。连杆轴颈的内侧磨损最大。主轴颈径向的不均匀磨损，主要是受连杆、连杆轴颈和曲柄臂离心力的影响，使靠近连杆轴颈一侧的轴颈与轴承间发生的相对磨损较大。由于连杆轴颈的负荷较大，润滑条件又差，所以连杆轴颈的磨损比主轴颈的磨损大。
4、环境因素
环境因素也会对柴油机的转速产生影响。比如，气温过低时，柴油的粘度会增加，使得燃油喷射不畅，从而使柴油机转速下降。
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图1 柴油机燃油供给系统示意图 |
图2 柴油机曲轴轴颈磨损示意图 |
二、频率排除方法
以下就上述不同的状况分别介绍柴油机频率下降故障现象及故障排除方法。
1、柴油机转速不平稳，排气管排黑烟
这种情况下柴油机主要表现为动力不足，运转不稳定并排出黑烟加载时出现敲击声。在这种情况下诊断：
（1）逐缸断油试验
在柴油机运转时，可逐缸断油试验。当某缸断油时，若柴油机转数明显降低、黑烟减少、敲击声变弱或消失，说明该缸供油量过多。若柴油机转数无变化或变化甚小，说明该缸供油量少。若柴油机转速变化小而黑烟消失，说明该缸喷油器喷雾质量差。找出有故障的单缸后，再进一步查明故障原因，例如：该缸喷油泵柱塞副情况、扇形齿轮固定螺钉有无松动、柱塞弹簧有无断裂等。若均正常，可拆检它的喷油器。必要时，可换装新喷油器进行对比，若用新喷油器时故障消失。说明原喷油器有故障。
（2）喷油正时调整
上述方法仍不能排除故障时，对于喷油泵柱塞挺杆具有调整螺钉的，应检查各缸喷油正时是否一致，必要时进行调整。调整到黑烟和敲击声均减轻为止。
（3）气缸压力测试
若以上各项均无问题，应对有故障的单缸测试气缸压缩压力，以判断是否因气缸、活塞、活塞环等磨损漏气或气门密封不良。柴油机气缸压力试验流程如图3所示。
修理时应注意检查调整喷油器。据使用经验，只要认真做好柴油的使用管理，喷油泵及喷油器很少发生故障。如个别缸喷油器雾化不良，燃烧不好，应予以校验。仍不能解决的话，可以更换柱塞副，在校验台上调整喷油泵。
2、柴油机转速不平稳，排气管排大量白烟
此种现象柴油机频率掉速，运转不平稳并排出大量白烟，或者柴油机刚启动时排白烟，温度升高后变成黑烟。
（1）校对喷油提前角
柴油机动力不足时，排气管排灰白色烟雾，一般是喷油时间过迟。此种情况不仅是高速动转不匀、加载不灵敏而且温度过高。如果是新装配的柴油机，是因装配调整不当.如果突然有上述现象，多系喷油泵驱动轴联轴节固定螺栓松动或柴油机装配不当。调整喷油提前角，喷油提前角发生变化.多数为高压油泵连接盘固定螺丝松动造成。应重新校对喷油提前角。调整好喷油提前角后，应紧固高压油泵连接盘螺栓，防止松动。
（2）气缸进水排除
若排气管排水蒸气烟雾时，将手靠近消声器口处，当白烟掠过手面留有水珠，则应先检查柴油；若柴油内无水，说明气缸进水，采用单缸断油试验检查喷油器喷嘴上有无水迹。若有水则应查明进水原因，是气缸破裂还是气缸垫冲坏。发现管线中有水，应先排掉水，方法是打开高压油泵、柴油滤清器上的放空螺钉，用手油泵泵油排空，直到将水和水油混合部分排掉为止。
（3）调整气门间隙
柴油机刚启动时排白烟.温度升高后冒黑烟，说明气缸压力不足。若气门关闭不严，应注意调整气门间隙。发生此类故障时，随着柴油机的运转，会出现“嗒、嗒”的声音，转速高时，声音大，冷机尤为严重。气门间隙出现变化时.应注意检查气门弹簧是否断裂。如单缸气门间隙变化可采用单缸校对法：盘动飞轮，待校对气门那个缸的活塞到达上死点时(高压油泵的出油管拆卸后，即将喷油的时刻),进、排气门全部关闭，再用塞尺校对。
3、柴油机运转平稳，无高速排烟较少
这种现象柴油机动力不足，但运转平稳排烟较少，急加载时，转速下降，排气管有少量黑烟。此种现象可以断定，是因达不到最大供油量而使柴油机转速下降。
（1）应先将供油系中的空气排除。
（2）检查供油量：
① 首先检查调整调速器高速限制螺钉和最大供油量限制螺钉。旋进高速限制螺钉则高速降低；反之，则高速增高。旋进最大油量限制螺钉则供油量增加；反之则减少。当将两个调整螺钉向增加的方向旋进时，柴油机感到有力.说明此处即为故障所在。应调整供油量，直到急加载时排气管冒黑烟为宜。
② 若不属上述情况，即应检查喷油泵、调速器等高压油路部分。拆下喷油泵边盖，查看油量调节齿杆能否达到最高速位置，喷油泵挺杆或柱塞是否粘滞，柱塞、挺杆滚轮、凸轮是否磨损过甚，柱塞弹簧有无折断，出油阀是否密封等。若均正常，应检查喷油器有无泄漏，调速器弹簧弹力是否符合规定标准。
③ 断定故障不在高压油路，即应检查低压油路。主要检查项目是油箱通气孔及管道有无堵塞、输油泵滤网有无堵塞、柴油滤清器有无堵塞、输油泵油阀有无渗漏或粘住、整个油道有无渗漏等。清洗低压油路，解除油路中的堵塞故障。低压油路中容易堵塞的部位是柴油粗滤器。由于柴油不干净，或是在清洗油箱、粗滤器时用棉纱头、毛巾，易造成粗滤器堵塞。如柴油发电机组急于执行供电任务，可将粗滤器滤芯去掉。待完成供电任务，再彻底清洗或更换柴油滤清器。
以上供油量检查方法是人工检修流程，缺点是需要维修工有足够的经验，并且也不够精确。以下介绍一种自动供油量检测装置，结构示意图如图4所示。
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图3 柴油机气缸压力测试连接图 |
图4 机械式喷油泵喷油量检测装置结构图 |
总结：
柴油发电机组转速与频率有着密切比例和相互影响的关系，频率过低将会影响柴油发电机组的正常作业，无功功率负荷将增大，从而导致发电质量无法满足用户要求。由于柴油机频率低的原因可能有多种多样，包括燃油供给不足、点火系统故障、机械故障以及环境因素等。在遇到柴油机频率低的情况时，我们可以根据具体情况再结合以上方法进行排查和修复，以保证柴油发电机组的正常运转。
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