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故障检查与技术维护 |
如何解决柴油发电机组排气管和增压器发红现象 |
摘要：深圳某用户反映，其购买的柴油发电机组涡轮增压器的涡轮壳变得通红通红的。因为涡轮壳材料为铸铁，柴油发电机组正常排气温度下涡轮壳根本不会出现发红现象，所以康明斯公司判定该机组为温度过高引起的。以下是康明斯以实例说明来对柴油发电机组排气管和增压器发红现象进行分析，并将维修过程公布在本文中，主要内容请阅读本文。
一、排烟管发红现象和危害
1、现象
排气管红，是指柴油机排气温度超过了技术规定的范围。技术规定标定功率时的气缸盖出口排气温度为：≤540℃；排气管的废气温度为：≤630℃。从这两个数字看出：
（1）废气在气缸盖出口和排气管里的温度是不同的且排气管温度比气缸盖出口温度要高，其原因是废气具有的总能量包括势能(热能)和动能在气缸、气缸盖出口、排气管中均保持不变。 由于支管的通道较小，排气管的容积较大，因此废气通过较短的支管时具有较高的流速，到达排气管后，废气的流速有较大幅度的下降，根据能量守恒定律，流速下降的这一局部动能转变为势能，即用来增加热量，使排气管的废气温度高于气缸盖出口温度；
（2）显而易见的是在正常情况下，排气管内的废气温度是比拟高的，一块铁加热到这种温度以上，也会发红的。因此，判断排气管真正发红，应该用数据说话。即采用热电偶测量排气温度来确定。如超过技术要求规定的范围，那么属于排气管红，按故障处理；如没有超过技术规定的范围，那么不应该认为排气管发红，不应该当作故障对待。但由于现在柴油机上没有实测排气温度的工具，因此，在实际运用中判断柴油机是否出现排气管发红只能用肉眼凭经历观察。一般说来在可见度良好的情况下排气管出现暗红色和可见度差的情况下排气管出现发亮的红色，那么认为出现排气管发红的故障。
2、后果
（1）由于排气管红的实质是排气管内的废气温度超高。也就是说，废气具有较大的能量，这将使增压器转子的转速提高，在进气量不变的情况下，造成增压器出现喘振现象，使得局部空气与压气机叶片之间发生脱离、蜗旋，空气波动而发生刺儿的尖叫声，导致增压器前的进气管道振动，增压器转子轴也产生高频的轴向颤抖，并使柴油机的工作状态趋于不稳定，缩短了柴油机和增压器的使用寿命。
（2）由于排气管内废气温度超高，排气管长时间在高温下工作，容易出现变形、裂损及密封垫破损，产生漏烟和喷火。
（3）排气管红也意味着排气管外围有较高的辐射热，给柴油机运用中带来不平安的因素，一旦柴油机燃油系统〔如高压油管〕或机油系统发生漏泄，极易发生火灾，造成车毁人亡，损失不可估量。
（4）排气管发红根本原因是燃烧状态差，燃油在气缸内没有充分燃烧，大局部燃油的燃烧在排气管内进展，未能完成热能与机械能的转换就排入大气。从而使柴油机的经济性下降。
二、原因分析
柴油机的工作过程是由进气、压缩、燃烧膨胀和排气四个冲程五个工作过程组成。其中进气、压缩和排气是辅助冲程，燃烧膨胀是做功冲程。从理论上分析正常的燃烧膨胀过程应是在气缸内完成，而排气管红说明燃烧没有完全在气缸内完成，局部燃烧在气缸外进展的，即在排气总管内进展的。从而造成后燃严重，使排气管温度过高。造成这一现象的原因取决于两个方面，即燃油和空气。包括燃油的品质、燃油的压力、雾化状态、喷油时机和进入气缸的空气量、压力、温度以及燃油与空气的混合程度等。具体分析如下：
1、燃油系统故障
① 由于喷油器针阀偶件不能按25.5MPa的规定压力开启，或低或高，一局部出现二次喷射〔易发生在高速重载〕或间隔喷射〔易发生在低速空载〕甚至滴漏〔针阀卡滞在开启位或密封锥面磨损超限〕等不正常喷射现象，造成喷油器燃油雾化不良，燃烧状态不好，排温升高；同时有局部燃油来不及燃烧而到排气管内燃烧，进一步提高排气管内的温度。
② 喷油泵供油量超出标准，喷油泵供油量大，过量空气系数偏小，导致排气管红。
③ 喷油提前角偏小，为使燃烧在上止点开场进展，燃油通常在上止点前喷入气缸，确保燃油在气缸内充分燃烧。假设喷油过迟〔针阀弹簧压力过大、出油阀行程过长等〕造成燃油在上止点以后才开场燃烧，那么燃烧未完时已进入到排气过程，未燃烧的燃油随废气进入排气管内继续燃烧，引起后燃严重而增高排温。
④ 各喷油泵供油量超差。单体式喷油泵各缸供油量与供油提前角的一致性是通过在喷油泵下体与上体之间加减调整垫片来保证的。在一次供油总量不变的情况下各缸齿条刻线的超差直接产生某缸的喷油量增大，供气量相对缺乏，使某缸燃烧不完全，形成后燃，导致排气管发红。
2、进排气系统故障
新鲜空气进入气缸前需要进展二级滤清〔离心作用的旋风式滤清器和油浴式的板网式滤清器〕，清洁的空气进入增压器压气机，增压后的压缩空气进入中间冷却器再经进气总管、进气支管进入气缸；燃烧做功后的废气经气缸盖出口、排气支管、排气总管进入增压器涡轮机带动与压气机同轴的转子旋转；将废气的热能转换为动能后排入大气。完成这些任务的设备工作不良，也会出现排气管红的现象。如：
① 空气滤清器脏污，进气量缺乏，在供油量不变得情况下，造成燃烧不充分，导致排温高。
② 空气中间冷却器脏，冷却效率差，进入稳压箱内的空气温度高，使空气密度低，进入燃烧室内的空气量缺乏，燃烧不充分，造成排气管发红。
③ 进气支管垫漏泄，中冷器密封垫漏泄或中冷器与增压器软连接漏泄等造成稳压箱内的空气压力缺乏，进入燃烧室内的空气量少，使燃烧不充分，造成排气管发红。
④ 排气管漏泄使增压器涡轮侧燃气量减少，热能转换少，使得增压器转速低，造成进入气缸的空气量减少，导致排气温度高。
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图1 柴油机进气系统原理图 |
图2 柴油机进气系统检查 |
3、增压器问题
废气在排入大气前为进一步利用其能量被送入增压器涡轮机带动同轴的压气机工作以提高进入压气机内新鲜空气的压力。因此，涡轮机和压气机的正常工作与否直接影响进入气缸的空气质量。
（1）喘振原因
通常在选配增压器时，已根据采用不同的增压系统（图1）的工作特性将压气机配合工作线选择在喘振线B右侧的适当位置。此时既可保证柴油发电机达到预定的增压指标和增压器在高效率区工作，又保证在柴油发动机全部工作范围内增压器不发生喘振。
（2）阻塞因素
由于供油量增多，废气能量增大，必然导致增压器转速提高，压气机排气量和排出压力升高。而此时柴油发电机转速低，耗气量少，使增压器供气与柴油发电机耗气之间的供需平衡被打破。压气机背压升高，流量减少，从而引起增压器温度过高而发红。
（3）冷却变差
当空冷器冷却能力下降时，柴油发电机排气温度升高，压气机转速升高，配合运行点移向高处，喘振余量减小会造成增压器温度过高。
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图3 涡轮增压器原理图 |
图4 增压器内部高温及发红现象 |
4、气缸内压缩压力低
燃油具有自燃性，即到达一定的压力、温度的条件下燃油自行着火燃烧。喷入气缸的雾状燃油自行燃烧依靠的是气缸内被压缩的新鲜空气的压力和气缸内的温度来实现。也就是说，压缩过程终了时气缸内必须具有足够大的压力和足够高的温度。一般情况下，压缩终了时的气缸内的温度应在200℃—300℃。
正常运用油、水温度下，柴油机转速400r/min，压缩压力达不到2.65—2.84MPa的规定范围，也就成为造成燃烧不良的一个重要因素。如气缸串气，气门间隙〔进气0.40mm、排气0.50mm〕调整不当，气门弯曲或气门盘裂损，气环和油环与环槽间隙超过禁用限度〔气环 ＞0.30mm，油环＞0.25mm〕也会使排气管发红。
三、判断与处理
1、检查与判断
根据上述对故障原因的分析总结出判断及处理的方法。
（1）查漏泄：检查进气系统、排气管的漏泄，发现漏泄及时处理。
（2）测压力：用压力表测增压器的扫气压力，压力过低予以更换；用爆发压力表测各缸的压缩压力，不合标准，及时拆检。
（3）看齿条：检查喷油泵齿条是否超差，发现各缸差超过0.5刻线时，及时调整。
（4）对脏污的空气滤清器按检修工艺进展清洗。
（5）校验喷油泵的供油量和喷油器的喷射压力及雾化质量，不符合要求的及时检修。
（6）校验各缸的几何供油提前角，提前角偏小的通过减少喷油泵垫片及时修正。
（7）观察中冷器进口水温，如超过45℃应查找原因，及时处理，无论如何不应高于50℃。
（8）配合调整：使装机的增压器与柴油机匹配。最简单的方法是调整喷嘴环出口截面积或改变扩压器进口角度和叶片高度。一般情况下采用减小喷嘴环出口截面积或增大扩压器叶片进口角度和叶片高度以使柴油机的运行线进入增压器的高效区。
（9）测量压铅值：测量活塞到达上止点时，活塞顶面距气缸盖底面间的最小距离〔3.8—4.0mm〕。可用撤除局部缸盖垫片来提高压缩压力。
另外，新配属的柴油机因产地和使用地的海拔不同，柴油机的功率需进展修正。修正功率的方法是调整联合调节器中的功调螺栓的载入深度使柴油机的功率略低于标定功率。这主要由于西部地区海拔高，空气稀薄，等量燃油进入气缸不能完全燃烧，造成排气管红，同时油耗增大，柴油机经济性变差。或移动悬挂点在联合杠杆中的位置，调整各转速下柴油机的功率。注意的时，这些调整须相互配合，单一进展局部调整有时会适得其反。
2、增压器发红应急措施
增压器烧红的原因可能是由于使用过度或者故障导致的。如果你的增压器烧红了，以下是一些可能的解决方案：
（1）停止使用增压器，并等待它冷却。
如果增压器已经过度使用，它可能会过热并导致燃烧。如果增压器已经烧红， 那么你需要停止使用它并等待它冷却，这样可以避免进一步的损坏。
（2） 检查增压器的散热器。
散热器可能会因为灰尘和污垢而阻塞，导致增压器过热从而烧红。因此，你需要检查并清洁散热器，这样可以让增压器正常工作。
（3） 检查电源电压。
电源电压不稳定可能会导致增压器过载，从而导致烧红。因此，检查电源电压并确保它稳定。
（4）更换故障的部件。
如果增压器出现了故障，例如损坏的继电器或损坏的电容器，那么你需要将这些部件更换掉，这样可以避免增压器再次烧红。
总之，当增压器烧红时，需要立刻停止使用，并进行检查和维修。如果你不确定如何处理，最好请专业人士帮助你修理。
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图5 增压器发红状态 |
图6 气缸压缩压力检查方法 |
总结：
以上对发生排气管和增压器发红的故障原因进展了分析并提出了一些具体的处理方法。上述方法对柴油机运行中发生的此类故障根本得到控制。不过，从中我们也看到，虽然故障原因是针对柴油机自身工作状态提出的，但设备的检查是通常由用户的操作人员完成的。因此，须进一步提高一线操作员的自身素质和技术水平，只有精检细修、防患于未然，才能保证柴油机平安运行。另外，文中未提但在运用中不容无视的是也有人为因素造成的排气系统发红现象。如某段为提高空气的滤清质量，减少气缸拉伤，自行在增压器进口又加装了一级滤清同时未对功率进展相应调整造成柴油机燃烧恶化、排气冒黑烟、增压器喘振甚至排气管喷火等现象。这不仅使柴油机经济性差、运行本钱提高而且给行车平安带来隐患。最后，提到的是造成排气管和增压器发红的因素还有很多，有待我们在实践中进一步摸索，积累经历，以使这一难题彻底解决。
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