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故障检修与技术维护 |
柴油发电机漏水现象的解决方法 |
摘要：康明斯柴油发电机漏水现象是指冷却液经散热器、水泵、汽缸套等处漏出的故障，漏水现象可分为外部渗漏和内部渗漏两种。外部渗漏的常见原因有机体或缸盖裂纹、水箱泄漏、砂眼、水堵等部位漏水，一般可用紧固螺栓，焊补及涂密封胶的方法加以解决。而柴油机内部漏水不易发现，渗漏部位也不容易找到。若冷却水漏入油底壳，油底壳里的机油量由浓变稀，油水混合后会使机油变质，加刚配合件的磨损，甚至发生拉缸、烧瓦、抱轴故障，严重影响果油机的使用寿命。因此，柴油发电机漏水故障不容忽视，应及时查找原因并排除。
一、柴油机气缸内部水渗漏
由于柴油机气缸盖的结构复杂，制造时的加工孔需要使用堵子，最常用的就是水道的水堵。柴油机气缸盖也常出现水堵漏水，裂纹导致的漏水及喷油器保护套漏水等故障。喷油器保护套漏水则可以分为两种情况：如果喷油器护套上边漏水，会出现机油变质、油底壳内机油液面升高现象；如果喷油器护套下边漏水，那么水就会进入气缸内，排气呈白烟的情况了，直至发生顶缸事故。当柴油机气缸盖发生漏水现象，无论上述哪种情况，柴油机首先会因为缺水而导致水温超温报警，严重者会导致机器过热，甚至是抱缸、拉缸事故的发生。
1、发生漏水的原因
（1）导致水堵漏水的原因
水堵漏水较为常见，水堵漏水的主要原因是水堵外围与水墙孔安装不当，或压装水堵时水堵外围膨胀量太小，使水增被水冲出后大量漏水，如图1所示。缸盖水堵孔处局部轻微漏水，解决的办法是将原水堵取下（如损坏应换新的），在缸盖水堵孔处涂密封胶，装上水堵后用专业压入装置压紧，如图2所示。柴油发电机缸盖上装有三只水堵，上面两只水堵漏水在柴油发电机的外面，下面的一只水堵漏水则会通过缸盖下部回油孔处流到油底壳里，检修时要特别注意。
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图1 柴油机密封件安装不当示意图 |
图2 柴油机密封件正确压入方法 |
（2）喷油器护套漏水的原因
从护套本身的加工质量问题出发可以分为两个方面：
① 喷油器护套的外表面如果有腐蚀或穴蚀，就会发生漏水，从护套内部漏到气缸盖内，通过回油孔流到油底壳。
② 喷油器护套外部的密封问题，如密封O型圈的尺寸太小，或护套本身的密封圈槽尺寸太大，亦或是气缸盖喷油器护套安装孔与护套不同心、尺寸偏大等，都会导致喷油器护套的O型圈处漏水，继而漏到气缸盖内，再由回油孔流到油底壳。
（3）缸套封水圈漏水
柴油发电机缸套上装有两根或三根封水圈，失效机理如图3所示。其漏水的原因及排除方法是∶
① 封水圈的直径大小相差较大或有其它缺陷，会引起封水圈漏水，这时应更换合格的封水圈。
② 装配封水圈时，由于安装不当使封水圈扭曲，因此装配时要注意，不要使封水圈扭曲。
③ 缸塞封水圈槽内夹有硬物等也会使封水圈变形而失去封水效果，这时应把硬物或垃圾清除。
④ 缸套封水圈槽底直径尺寸过小，也会造成封水圈漏水，这时可在封水圈槽底部缠适量生料带后再装封水圈，即可解决问题。
⑤ 机体上与缸套封水圈结合处的孔口倒角不好或没有倒角，缸套装入机体时封水圈被切破，造成漏水，这时应对准孔口倒角后再进行装配。其倒角为20°，倒角长为4mm。
为了预防封水圈漏水，装过的封水圈不宜再次使用。在安装封水圈前，要查看封水圈的安装位置，并对这一部分进行严格的清洗，确保在安装封水圈的路径上没有积琐等细小颗粒。除了安装位置以外，还需要对机体上用来支撑汽缸套的环带部位进行清洗，防止杂物粘连，影响封水圈的正常效果。另外装配缸套时，可在封水圈处涂漆防漏。在汽缸套等部件安装完成后，可以进行水压实验，查看封水圈的密封性能是否良好。具体操作方法是∶施加147～196kPa的水压，经过5min以后，观察封水圈部位不得出现渗漏现象。
（4）汽缸垫漏水
① 汽缸垫使用时间长后，积碳严重，密封性差，这时应更换新的汽缸垫。
② 机体与缸盖结合平面不平、粗糙度差以及有伤痕，或在结合面处有污物，都会造成汽缸垫漏水。这时可对机体或缸盖结合平面进行刮削或修磨，去除污物，保证装配时的清洁度，并按规定扭矩拧紧汽缸盖螺母。
③ 由于汽缸盖加工时基准面不对或因铸件质量差，使机体水道孔与缸盖水道孔位移较大，汽缸垫不能增住水孔。遇此情况，可试用汽缸壁错位的方法解决，如此仍不能解决，则应更换汽缸盖。
（5）其它部位漏水
机体靠缸盖端的水、油道之间的隔板有砂眼、装封水圈的孔处有缩孔，孔与曲输箱处的连接辐板处有砂眼、缸盖进、排气门座之间有限独、缸盖水道与进、排气口处有砂眼、缸套破裂等都会引起漏水。经检查后确定引起的漏水的原因，无论哪种失效都要更换新零部件，排除故障。
2、诊断方法
针对气缸套的漏水问题，一般需要对加压试验，如图4所示。如果柴油机的水箱液面高于气缸盖可利用液体势能不必加压，可使用以下诊断方法：
① 水堵漏水通过观察即可判断；
② 如果喷油器与喷油器护套之间发生漏水，可以断定是喷油器护套发生腐蚀或穴蚀而导致的漏水；
③ 如果气缸盖上的喷油器护套孔和喷油器护套之间漏水，则证明是喷油器的密封出现问题导致了漏水的发生；
④ 将气缸盖的验火螺栓拧开并盘车，如果验火孔内有水喷出，那么可以断定是柴油机喷油器护套下边出现了漏水。
柴油机的漏水点确认后，可以按照操作规程对故障零件进行检查，按照故障的严重程度对其进行维修或更换新零件。
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图3 柴油机高温导致缸套密封件失效机理 |
图4 缸套水压试验示意图 |
二、柴油机外部水渗漏
1、散热器漏水
柴油机散热器漏水大都是因为被冷却液腐蚀造成的，尤其使用寿命超过十年以上的散热器漏水，基本都是因被腐蚀造成的。因此说冷却液的质量很重要，影响散热器使用寿命。另外，如果柴油发电机性能不好，冷却系统和润滑系统、燃烧系统窜气，就更容易腐蚀水箱，而一旦腐蚀到锈烂的地步，在压力、温度较高的状态下就会漏水。
检查排除方法：发现水箱漏水后，将水箱拆下，用橡皮塞把水箱的进水口和出水口堵死，将整个水箱放入水中，用打气筒从水箱的放水管向水箱内打气，冒出气泡的地方即为漏水处，作好记号。水箱上、下水室漏水，可采用直接锡焊或铜皮焊补;散热水管漏水可用卡管、补管、堵管、接管及换管的方法修复。放水开关漏水，应拆下研磨修理或更换。水箱进出水软管破漏应更换。焊补后的水箱应按上述方法继续进行检查排除。
2、水泵水渗漏
（1）水泵壳体裂纹，可在裂纹两端钻止裂孔，然后开V°形坡口，用铸铁焊条进行焊补。
（2）轴承或衬套座孔离损，可镗大座孔塞入衬套，再按标准尺寸加工。
（3）水泵壳体与密封衬垫接触平面有擦痕、麻点、沟槽或不平时，可在车床上车平。
（4）安装水泵时，水封座圈总成未安装到位，造成水泵漏水。机器老旧，水封内机件磨损、锈蚀和老化失效。维修方法如下：
① 采用水封螺帽下压石墨、石棉填料形式的水封漏水，可逐步拧紧水封螺母压紧填料，如仍漏水，则应更换水封填料。
② 采用密封圈、水封砌等零件进行封水的水封，如果漏水，可能是橡胶老化，弹簧变软或耐磨磨损严重导致的，此时则应更换水封总成。磨损了的密封圈端面，应进行研磨，密封座面磨损，也应磨平。
③ 柴油发电机水封有的采用陶瓷材料，耐磨，密封性能好，但这属脆性材料，工作过程中如缺水，在高温情况下马上加进凉水，水封就会脆裂，造成漏水。必须让柴油发电机空转，温度下降后才能慢慢增添冷却水，并时常调整风扇皮带的张紧度。
3、缸盖裂纹引起的漏水
在柴油机中气缸盖的主要作用是与气缸和活塞共同组成燃烧室，并用来安装喷油器、排气阀、起动阀、示功阀和安全阀等阀件。它是柴油机中结构最复杂的零件之一。气缸盖工作条件非常苛刻，一方面要承受气缸盖螺栓预紧力所产生的安装应力和缸内周期性变化的气体压力所产生的高频脉动机械应力；另一方面，气缸盖底板燃气侧还要受到高温燃烧气体的剧烈加热，冷却水腔还受到水的腐蚀。一般由燃烧气体传来的热量以及排气的高速冲刷，使气缸盖中央和排气阀孔附近温度最高，有的达到400～480 ℃，而气缸盖的外围和冷却水侧的温度相对较低，使气缸盖的温度分布很补均匀；再由于气缸盖螺栓紧固力等的约束，使高温部分的热膨胀受到抑制，从而在各阀孔之间的狭窄区域产生很大的热应力。在这些应力及腐蚀的长期作用下，容易使气缸盖发生裂纹等故障，造成气缸盖裂纹的主要原因有以下三点：热疲劳；机械疲劳；腐蚀疲劳。
三、故障预防措施研究
1、降低冷却水腔腐蚀程度
按保养规程，柴发冷却水必须定期检查水质，投放处理剂，保持水质硬度较低，防止水腔结垢和腐蚀。经研究发现，弗列加预混型冷却液最适合康明斯柴油发电机组使用。
通过CWT TITRETS型水质检测剂对冷却水化验，当数值在1.2～1.8之间时，水腔不易产生腐蚀；数值小于1.2，表示冷却水中药量过量，水质呈碱性，水腔容易产生碱性腐蚀；数值大于1.8，表示冷却水中药量不足，水质呈酸性，水腔容易产生酸性腐蚀或结垢。因此，我们一直坚持每个月检查一次膨胀水箱水质，采取加水或加药等措施，将冷却水水质控制在最佳状态，降低冷却水腔腐蚀程度。
2、减小部件产生裂纹概率
柴油机超负荷运行时，部件产生裂纹的概率将大大提高。根据柴油机超负荷特性的具体情况，可分为超机械负荷或超热负荷以及两者均超等三种情况。结合柴油发电机组实际工作状态，通过研究发现，按以下规程操作使用时，可以有效避免柴发超负荷：
启动前必须暖机，冷却水温度达到60度以上方可带载（正常带载时水温一般在80度以上）；在启动时，使柴发在最低怠速运转，然后随着逐渐，直至达到额定转速为止；然后方可开始带载运行。
3、延缓“O”形圈老化速度
“O”形圈老化速度受冷却水温度的影响很大，水温越高，“O”形圈老化速度越快，但是水温越低，柴油机的热损失越大。通过研究发现将水泵出口压力控制在0.3～0.4MPa，通过节温器，在不同的工况下，将水温调整在相应温度时，“O”形圈老化速度较慢而且柴发热损失较小：柴发低负载运行时，水温在82℃左右；柴发满负载运行时，水温在80℃左右。当柴油发电机水温低于75摄氏度时，节温器处于关闭状态，如图5所示。
为了能够精确控制冷却水温度，需要保持节温器处于良好的工作状态，需要定期清洁机油冷却器，保养水套加热装置，检查冷却水泵工作状态。
4、提高系统连接管路可靠性
经研究发现，柴发振动对系统连接管路的可靠性影响最大，水路连接示意图如图6所示。因此，需要经常检查法兰紧固情况及系统连接管路的振动情况，防止法兰松动或管路变形，并根据实际情况，采取相应的固定措施，提高系统连接管路的可靠性。
5、降低漏水故障发生频率
经研究表明，故障发生的频率与设备保养周期，保养部位，保养次数等因素存在一定的数学模型。加强设备的保养（比如更换“O”形圈，清洁水腔等），可以有效降低漏水故障发生的频率。此外在日常管理中，要注意观察记录设备运行参数的细微变化，有效做好预防性的设备保养工作，降低漏水故障发生频率。
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图5 柴油机节温器低温运行原理 |
图6 柴油机水泵及管路连接示意图 |
总结：
柴油机无论是内部还是外部漏水，不仅给加水带来麻烦，漏水严重时，会导致柴油机过热，烧坏气缸垫、缸盖，机体产生裂纹、变形，损坏机件。因此，柴油机漏水故障不容忽视，应及时查找原因并排除。结合以上研究成果，通过采取相应的预防措施，柴油发电机组近年来漏水故障发生的频率逐渐降低。虽然各型柴油机的结构特点不同，发生故障的原因及频率也不尽相同，但只要操作人员做好相应的预防措施，柴油机漏水故障就可以得到一定的控制。
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