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故障检修与技术维护 |
康明斯柴油发电机水温、油温和排气温度过高的原因 |
摘要：柴油发电机温度异常，是指柴油发电机水温、油温、排温、轴承温度等超过正常值，也就是的柴油发电机过热的表现。柴油机工作过程中，燃料在气缸内燃烧所产生的热量，一部分转化为有效功，一部分随着废气排到大气中去，另有一部分的热量则通过与燃气接触的零件，传递给冷却介质被带走，如果没有冷却介质及时地把受热零件的热量传递出去，将使零件温度急剧升高，造成许多严重后果，柴油机也就无法在允许的温度条件下正常地工作。通常情况下，可以直观地从水温表、油温表上观察柴油机的温度，也可以用手触摸机体，其次就是观察水箱口或机体侧面呼吸器口所散发出的热气。如果柴油机的温度过高，应根据具体情况进一步分析造成温度过高的原因。
一、故障现象
以康明斯系列柴油发电机为例，对高速大功率柴油发电机来说，正常的机油温度和出水温度在70--85℃之间，正常的排气温度在600℃以内，正常的轴承温度在 80℃以内。当出现温度异常时，有以下现象∶
1、机油温度指示表如图1所示。机油温度超过 90℃，此时还往往伴随着机油压力下降和从呼吸器冒油气。
2、冷却液温度指示表如图2所示。水温超过 85℃或者进出水温差超过10℃。有时短时间成蒸汽状态，超过 100℃。此时伴随着从膨胀水箱加水口处向外冒蒸汽。甚至会在冷却系统中产生局部气障。
3、排气温度超过 600℃，此时伴随着排气管发红，甚至从排气管喷出火苗。
4、轴承温度超过 100℃，此时往往伴随着轴承烧损，从呼吸器向外冒出烟雾。
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图1 机油温度表 |
图2 水温表指示图 |
二、后果危害
发生温度异常会带来以下危害∶
1、 当发生水温异常时，破坏正常配合，那将导致活塞拉缸、甚至抱缸，缸盖裂纹、.气门磨损大等。还会造成缸内空气充量减少使柴油机功率下降，也会增加缸套穴蚀。
2、当发生油温异常时，将导致油压不足，轴承、缸套等零件异常磨损，甚至烧瓦、拉缸。
3、当发生排气温度异常时，将导致活塞、缸盖.、气门、燃气涡轮受热零件热负荷大，强度下降，磨损增加，甚至裂纹、损坏。
4、当发生轴承温度异常时，将导致轴承异常磨损或烧损。
三、 原因分析
1、水温异常
冷却系统如图3所示。既然水温异常表现为出水温度过高或进出水温差过大，因此分析原因时，这两方面均应予以考虑。柴油发电机超负荷运转或供油角太早太晚，是由于柴油发电机产生的热量多，而冷却系统不适应要求，所以造成水温高。水温过高应主要从传热和散热两个方面去分析原因。从散热方面分析，当热量散不出去时，必然引起的柴油发电机水温过高。
（1）由于偶合器的故障使风扇因滑差大，或汽囊离合器打滑使风扇转速达不到要求，因而风量减小，散热不足造成柴油发电机水温过高。
（2） 高温水泵因故障造成水量不足，或因管路中有空气，产生气障，造成水量不足；或管路泄漏造成水量不足；或者冷却系统管路和部件阻力大造成水量不足；以及散热器内水量不足，均使通过冷却水带走的热量减小，造成柴油发电机水温过高。
（3） 高温水泵（或散热器）的故障，使散热量减小，造成柴油发电机水温过高。
（4）柴油发电机水道（机体.缸盖）污堵，或铸造质量不佳，使水道通流能力太小，均使水的流量减小，从而柴油发电机热量向外传出受到影响，造成柴油发电机水温过高。
（5）从传热方面分析，当热量交换有问题，热量传不出去，也引发的柴油发电机水温过高。散热器结垢、污堵或散热片间脏污，造成水的热量向空气散热受阻。造成柴油发电机水温过高。
（6）凡是由于水的流量小造成水温高的原因，也是柴油发电机进出水差大的原因。因为柴油发电机的传热量是水的流量和温差、比热的乘积，比热和总传热量一定，所以水的流量越小，温差就会越大。
2、机油温度异常
柴油机润滑系统如图4所示。柴油机正常技术状态时，燃烧所产生的热量，一部分变成有用功，一部分由废气带走，还有一大部分热量及摩擦生热，由冷却水和机油带走。而温度升高的机油通过机油冷却器，将热量再传给冷却水，从血使温度始终保持在 85℃以下。所以出现温度过高时。 主要从生热和传热途径进行分析。
（1）柴油机超负荷运转时，燃烧热量高，机油吸热多，所以导致机油温度过高。
（2）当中冷水泵流量小或低温散热器散热效果不女好， 或机油冷却器冷却效果不好，或风扇转速低，均使机油的热量传不出去，从而造成油温过高。
（3）油底壳油不足或机油泵泵量小， 均使参加循环换热的机油量不足，散热效果差，也造成机油温度过高
（4）当轴承烧损时，有大量摩擦热散发到机油中，或者活塞环漏气，高温燃气加热机油，这一切均导致油温过高。
3、 排温异常
影响排气温度过高的原因，主要是由燃烧系统、燃油系统、.进排气系统造成的。柴油发电机排气温度是指柴油发电机燃烧后排出的废气的温度。正常的排气温度取决于柴油发电机正常的燃烧。正常燃烧的基本条件是一定数量的燃油，在雾化良好的状态下和足够的空气良好的混合。在燃烧室内完全燃烧。所以任何不满足这些条件的因素，均会造成排温过高。
（1）进气系统的阻力大的因素均导致进入柴油发电机的空气量不足，使油气海合质量不好。扫气效果差，从而引起排温升高。
（2）进气系统中的管路漏气，将使空气进不到气缸中；而排气系统管路漏气，将使排气能量减小导致增压器作功减小，压气后气压降低，减少了向缸内供气，排气系统的阻力加大。使柴油发电机排气背压增大，降低了涡轮膨胀比和增压压力，也减小了进入缸内的空气；而增压器的任何故障都使增压压力降低，减少了向缸内供气和影响扫气效果，从而引起排温升高。
（3）气门间隙不对，导致配气相位不对。如排气门间隙小，则排气门开的早，使缸内燃烧气体膨涨不充分即被排出；如排气门间隙大，则排气门开的晚，关闭早，排气时间截面变小，排气不充分；如进气门间隙过大，则进气门开的晚，关闭早。进气时间截面变小，进气不允分和扫气效果不佳∶如进气间隙过大， 又会因产生气门重叠期间的废气倒灌。使进气充量中废气含量高，这一切均造成燃烧不充分，排气温度过高。
（4）供油角过晚，产生过后燃烧，排温升高；喷油器雾化不良，燃烧不充分，排温升高。
（5）燃油品质，特别是十六烷质，残炭、胶质等指标不符合要求，也造成燃烧不充分引起做排温升高。
（6）至于气缸压缩压力低，造成排温高是因为此时柴油发电机的指示热效率降低，燃烧不完全所致。
（7）柴油发电机的排温与负荷成比例，负荷越大，排温越高。所以柴油发电机超负荷运行造成排温过高是在情理之中的事情。
（8）中冷进水温度过高，使中冷器后的空气温度就高；还有环境温度高；环境气压低，均造成进入气缸的空气量减少，燃烧不完全，排气效果不佳，从而排温升高。
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图3 柴油机冷却系统循环图 |
图4 柴油机机油润滑示意图 |
四、排除措施
对温度异常的诊断，可用热工仪表监测法诊断出温度异常的程度和原因。当然也可用触模法或比较法诊断水温和油温异常，用观察法诊断排温异常。针对诊断出的原因，有的放矢的排除故障。
1、机油温度过高
① 首先加足机油，放掉管路中的空气，消除气障。
② 如是冷却系统原因造成，则应清洗或更换机油冷却器，恢复其冷却效果∶修理或更换水泵，保证水的流量足够；调整偶合器和皮带松紧度，使风扇转速达到正常；清洗或修理低温散热器，恢复其冷却效果。
③ 如系润滑系统造成，则应修复或更换机油泵，使其泵量达到要求。
④ 如系超负荷引起，则应减载运行。
2、水温过高
① 如系冷却系统散热效果差引起，则应视情况调整和修理偶合器，调整风扇的松紧程度，使风扇转速达到要求放掉水路中之空气，消除气障修理或更换水泵，使泵量达到要求；清洗散热器，使其良好的散热；清理冷却系统和机体、缸盖水道的水垢。
②如系供油角不对引起水温过高，则应重新调整供油提前角；
③如系超负荷运行引起，则应降载运行。
3、排温过高
① 首先保证进排气系统工作正常，清洗空滤器∶清洗压气机叶轮流道；清洗进气道∶清洗排气消声器；修理或更换漏气处之垫片，保证密封良好∶调整气门间隙；修理或更换有故障之增压器，使之供气正常。
② 调整供油提前角，使之符合要求；检查和修理喷油器，使之雾化良好；调整各缸供油量，使之一致更换不合格之柴油修理和更换活塞环，使之密封良好研磨气门，使之密封良好。
③ 检查和修理冷却系统，使中冷水温保持在要求范围∶检查和修理低温冷却系统，使之冷却正常，保持中冷水温在规定范围内。
④ 如系超负荷运转，则应降载运行。
⑤ 如环境温度太高，或大气压力太低，则应降载运行。
总结：
由于冷却系统的各种因素导致的水温高会造成柴油机过热。此时，过热的零件强度和刚度会降低，正常的配合间隙会被破坏，运动件间的润滑油会变质和焦化，结果使得受力零件可能损坏，运动零件的摩擦和磨损加剧，进入气缸的空气由于强烈受热，比容增大，使得实际进入气缸中的空气质量减少。最终使柴油机工作不可靠、使用寿命下降、动力性和经济性变差。油温高会使摩擦副间的润滑油膜遭到破坏，出现干摩擦现象，使摩擦力增大，结果是柴油机内部的功率损耗增大，影响动力输出。严重的将导致摩擦副表面熔化，这又进一步造成油温升高，造成恶性循环。对以上所述造成水温高、油温高的各种原因，应根据不同的情况，逐个采取相应的措施予以排除。谨记履行迅速、快捷的原则，抓住问题的本质，及时排除故障所在。
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