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故障检查与技术维护 |
康明斯柴油发电机组为何会高温报警停机 |
摘要：柴油发电机是生产用电的可靠保证，其安全有效的运行对保障平台生产至关重要。柴油发电机高水温是最常见的故障之一，如不及时处理会延伸成重大设备故障，影响生产，造成不可估量的经济损失。柴油发电机运行时的温度，无论是机油温度还是冷却液温度，都必须在一个正常范围內，对于柴油发电机而言，机油温度最佳运行范围应该在90°至105°，冷却液的最佳温度应该在85°至90°范围內。如果柴油发电机在运行过程中温度超出上述范围甚至更高，就属于过热运行。过热运行对柴油发电机危害较大，应及时排除。否则，水温过高通常会造成散热器内冷却液沸腾、功率下降、润滑油黏度降低、零部件间摩擦加剧，甚至会导致拉缸、汽缸垫烧毁等严重故障。
一、冷却系统简介
在柴油发电机中燃油燃烧放出的热量约为30%～33％要经过气缸、气缸盖和活塞等部件散向外界。为了能散出这些热量，需要有足够数量的冷却介质强制连续流经受热件，通过冷却保证这些受热部件的正常稳定温度。因而在多数柴油发电机中均设置冷却系统，保证足够而连续的冷却介质流量以及适当的冷却介质温度。
1、冷却的作用和方式
从能量利用观点来看，柴油发电机的冷却是一项应予避免的能量损失，但从保证柴油发电机正常工作考虑它又是必需的。柴油发电机冷却有以下作用：首先，冷却可以保持受热件的工作温度不超过材料所允许的限值，从而可保证在高温状态下受热部件的足够强度；其次，冷却可以保证受热件内外壁面适当的温差，减少受热件的热应力；此外，冷却还可以保证运动部件如活塞与缸套的适当间隙、缸壁工作面滑油膜的正常工作状态。冷却的这些作用通过冷却系统来实现。在管理中应兼顾柴油发电机冷却的两方面要求，既不使柴油发电机因过分冷却而过冷，也不使柴油发电机因缺乏冷却而过热。近代，从尽量减少冷却损失以充分利用燃烧能量出发，国内外正在进行绝热发动机的研究，相应发展了一批耐高温的材料，如陶瓷材料等。
目前，柴油发电机的冷却方式分强制液体冷却和风冷两种。绝大多数柴油发电机使用前者。
2、冷却介质
在柴油发电机强制液体冷却系统中的冷却剂通常有淡水、冷却液、滑油等三种。淡水的水质稳定，传热效果好并可采用水处理解决其腐蚀和结垢的缺陷，因而它是目前使用广泛的一种理想冷却介质。柴油发电机对淡水水质的要求一般为不含杂质的淡水或蒸馏水。若为淡水要求其总硬度不超10（德国度）、pH值为6.5～8、氯化物含量不超过50×10-6。当使用蒸馏水或离子交换器产生的完全脱离子水作为冷却淡水时，必须特别注意对淡水进行水处理，并定期化验，确保水处理剂的浓度达到规定范围。否则由浓度不够而产生的腐蚀比使用一般硬水还严重（因无一般硬水所形成的石灰薄膜沉淀物保护）。冷却液的水质难以控制且其腐蚀和结垢问题比较突出，为减少腐蚀和结垢应限制冷却液的出口温度不宜超过45℃，因而目前很少使用冷却液直接对柴油发电机进行冷却；滑油的比热小，传热效果较差，高温状态易在冷却腔内产生结焦，但它不存在因漏泄而污染曲轴箱油的危险，因而适于作为活塞的冷却介质。
3、 冷却系统的组成和设备
由于受热件工作条件不同，所要求的冷却液温度、压力和基本组成也各不相同。因而各受热件的冷却系统通常由几个单独的系统组成。一般分为缸套和气缸盖、活塞、喷油器三个闭式淡水冷却系统。
缸套冷却水泵出口的淡水由缸套水进口总管进入各缸套下部，沿缸套→气缸盖→增压器路线进行冷却。各缸出水管汇总后，一路经造水机和淡水冷却器冷却，重新进入缸套冷却水泵进口；另一路进入淡水膨胀水箱。在淡水膨胀水箱和缸套冷却水泵之间设有平衡管用于给系统补水并保持冷却水泵吸入压头。
系统中有温度传感器检测冷却水出口温度的变化，并通过热力控制阀控制其进口温度。水温最高温度一般不得超过90~95℃（如图1所示），否则水温传感器会将信号传达给控制器，引起柴油机过热报警并指令设备停机（如图2所示）。
柴油发电机冷却方式有一体和分体的两种。特别注意的是，康明斯分体式中冷系统中，有部分机型中冷器热交换器的冷却面积有可能大于缸套水的热交换器，厂家服务工程师也经常搞错。因为感觉上缸套水需交换的热量要大得多，但因为中冷冷却温差较小，热交换效率低，所以所需冷却面积较大。新机安装时一定要厂家确认好，以免返工影响进度。冷却器出水温度一般不要超过54度，过高的温度会生成一种化合物吸附在冷却器的表面，影响热交换器冷却效果。
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图1 最高柴油机温度要求 |
图2 柴油机高水温报警图标示例 |
二、高水温故障诊断和处理
1、冷却液位低或选型不当
最先最容易检查的就是冷却液液位。不要迷信低液位报警开关，有时液位开关的细水管堵塞会误导检查人员。而且高水温停车后必须等水温降下后再补水，不然可能会造成缸头裂开等重大设备事故。
康明斯发动机专用冷却液实物如图3所示。定期检查散热器及膨胀水箱内冷却液存量，液位低时应及时补充。因为柴油发电机冷却系统中若缺少冷却液，则会影响柴油发电机散热效果，造成柴油发电机高温。
2、冷却器或散热器（风冷）堵塞
散热器堵塞有可能是灰尘或其他脏物造成，也可能是有弯曲或折断的散热翅，限制空气流动。用高压空气或水清洗时需注意不要打弯散热翅，特别是中冷器散热片。有时冷却器使用时间太久，会有一层化合物吸附在冷却器表面，影响热交换效果，造成高水温，判断冷却器效果，可用测温枪测量热交换器进出水温差和发动机进出水温差，根据康明斯厂家提供的参数就能判断出是冷却器效果不好还是冷却循环有问题。
3、导风板和护罩损坏（风冷)
风冷柴油发电机还要检查导风板和护罩有没有损坏，损坏会造成热风循环至进风口，影响冷却效果。出风口一般要为冷却器面积的1.1-1.2倍，根据风道的长短和格栅形状而定，但不得小于冷却器面积。风扇叶出风方向不一样，护罩安装也有差异，新机安装时需注意。
4、风扇损坏或皮带损坏、过松
定期检查柴油发电机风扇皮带是否松弛及风扇形状是否异常。因为风扇皮带过松，容易造成风扇转速降低，造成散热器不能发挥应有的散热能力，导致柴油发电机温度过高。
皮带张紧度要调整合适，松了固然不好，但太紧会降低支带和轴承的使用寿命，如在运行中皮带断离可能会缠绕在风扇上，伤害冷却器，使用过程中有客户出现过类似故障。此外，风扇变形也会导致散热器的散热能力不能充分发挥。
5、节温器失效
节温器外观实物如图4所示。节温器失效可利用测温枪测量水箱进水、水泵进水热交换器进出水温差，做出初步判断。进一步检查需拆出节温器，用水煮，测量开启温度、全开温度以及全开的开度，确定节温器的好坏。康明斯要求6000H检查一次，但一般是顶部或上下大修时直接换掉，中间无故障不做检查。但如使用中出现节温器损坏故障，需检查冷却水泵风叶是否损坏，检查水箱内是否有节温器残余物，避免对水泵造成进一步伤害。
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图3 康明斯发动机专用冷却液 |
图4 康明斯节温器 |
6、水泵损坏
这种可能比较小。可能叶轮损坏，也可能叶轮脱开，可以通过测温枪、压力表综合判断后再确定是否拆开检查，而且需与系统进空气的现象区别开来。水泵下部有一泄水口，此处滴水表明水封失效，有的机器会由此进入空气至系统影响循环，造成高水温。但如新更换水泵此处有一分钟几滴滴漏现象，可暂不处理，观察使用，部分磨合一段时间就不再滴漏。
7、冷却系统里有空气
系统有空气会影响水的流动，严重时会造成水泵失效，系统停止流动。甚至有发动机曾出现过运转时水箱水不停溢出，停车时低位报警，厂家服务商误判，以为是某缸燃烧气体漏进冷却系统，更换了所有16缸的汽缸垫，但是运行时故障依旧。我们到现场后，从发动机最高点排气，排气结束后，发动机运行正常。因此在处理故障时必须确信已排除类似现象再做大的修理工作。
8、机油冷却器损坏导致冷却液泄漏
（1）故障现象
某单位一台康明斯发电机组，开机前检查时发现有水从润滑油量油尺孔边缘不断地向外滴，散热器中的冷却液已所剩无几。
（2）故障查找分析
经了解可知，柴油发电机组出现该故障前，在工地上施工，一直没有发现异常现象。说明冷却液是在柴油发电机停机后泄漏到油底壳中的。而导致该故障的原因主要有机油冷却器泄漏或者气缸套封水阁损坏。于是首先对机油冷却器进行加压试验，即拆掉机油冷却器的冷却液以及润滑油的进口和出口连接管，然后堵住冷却液出口，在冷却液进口处通以一定压力的水，结果发现润滑油口有水流出，说明漏水的故障出在机油冷却器内。冷却液泄漏故障是冷却器芯焊接处开焊造成的，而且可能是在柴油发电机停机过程中出现的，所以柴油发电机组工作结束时，没有出现异常现象。但是当柴油发电机熄火后，润滑油压力接近零，而散热器有一定高度，这时冷却液压力大于润滑油压力，冷却液就会从冷却器芯开焊处流入油底壳，从而造成水从机油量尺孔边缘向外滴的现象。
（3）故障排除
拆解机油冷却器（外观如图5所示），找到了开焊处的位置，重新焊好后故障即被排除。
9、气缸套漏气导致冷却液温度过高
（1）故障现象
一台康明斯B系列柴油发电机。该机在修理厂进行大修时，更换了活塞、活塞环、轴瓦等零部件，磨削了气缸盖平面，更换了气缸套。大修完毕后，在厂内进行磨合时未见异常，但交付机主使用后，出现冷却液温度过高的故障。据操作人员反映，该机在达到正常工作温度后，再运行3～5km，冷却液温度便会达到100℃。若停放一段时间，待水温降低后继续运行时，在很短的时间内又会升高到100℃。柴油发电机没有异响，也未见有水从气缸体渗出。
（2）故障查找分析
柴油发电机没有异响，排气管冒烟也基本正常，可以判断气门、气门与导杆等配合间隙基本正常。首先用压缩压力表对气缸气压进行测量（如图6所示），然后再对冷却系统进行基本检查，未发现漏水、渗水的现象，散热器里的冷却液位也符合规定。起动后检查水泵的运行情况时，也没有发现异常，而且散热器上、下水室没有明显的温差，但是发现有少量气泡，于是怀疑是气缸垫冲坏了。因此，拆下气缸盖后检查气缸垫，却没有发现明显的烧蚀现象。经过仔细观察发现，气缸套顶部高出气缸体上平面的部位有一个破损，装上气缸垫时，其活塞孔正好套在破损处的外圆上，且气缸垫与破损口的上平面平齐。由此可以判断是由于气缸垫密封不严导致高压燃气窜入水道，造成冷却液温度过高。
（3）故障排除
更换气缸套，并且按规定扭力拧紧缸盖螺栓后，再没有出现冷却液温度过高的现象。
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图5 康明斯机油冷却器 |
图6 气缸套漏气检测方法 |
10、长时间超负荷作业
柴油发电机长时间超负荷作业，会使其油耗增加、热负荷升高，从而出现水温过高现象。为此，应避免柴油发电机长时间超负荷作业。
11、发动机拉缸
发动机拉缸会产生大量热量，使机油温度、缸套水温升高。拉缸严重时曲轴箱透气口会冒白烟，但轻微拉缸只能看到水温偏高，曲轴箱透气无明显变化，如再观察不到机油温的变化，很难判断。在水温异常高时可作为一个可能，将曲轴箱道门打开，检查缸套表面，及时发现问题，避免严重拉缸事故发生。巡视时需每班检查曲轴箱透气口出气状况，发现有白烟或出气明显加大一定要停车检查，如缸套无异常则须考虑是否有轴承润滑不良造成机油高温，同样会在曲轴箱透气口发现出气变大现象。一定要查明原因处理后再运行机器，避免重大设备事故的发生。
以上所列是可能的几种原因，判断时可从简到繁，结合其他可能的故障现象，找出原因所在。新车或大修试车时一定要测量记录好各负载工况下冷却器进出口、机器进出口水温，各润滑点温度等参数，便于机器异常时对比参数，及时查处异常点。如简单处理不了，可以多测量几个温度点，利用以下理论分析，寻找故障原因。
三、高温危害和预防措施
如果柴油发电机处于“干烧”的状态，也就是无冷却水状态下运转，这种情况采用任何冷却水浇散热器的方式降温都基本无效，柴油发电机运转也无法散热。首先在着车状态下，应打开机油加注口，迅速加注润滑油，这是因为在彻底缺水状态下，柴油发电机润滑油会随之大量高温蒸发，必须迅速补充。然后加完润滑油必须熄火，采取任意办法让柴油发电机熄火断油。同时运转启动机，被动运转柴油发电机，可持续10秒运转，间隔5秒停顿，保持此频率。宁可损坏一个启动机，也要保住柴油发电机，最大程度避免粘缸、拉缸等严重事故。因此，需要给予冷却系统预防措施。
1、调整冷却系统的工作参数
（1）冷却水泵出口压力应调整在正常工作范围。通常淡水压力应高于冷却液压力，防止冷却器泄漏时冷却液漏入淡水中，引起其变质。
（2）淡水温度应根据说明书的规定调整至正常工作范围。勿使淡水出口温度过低（造成热损失增加、热应力增大、低温腐蚀）或过高（使缸壁滑油膜蒸发、缸壁磨损加剧、冷却腔内发生汽化、缸套密封圈迅速老化）。对于中高速柴油机，一般出口温度可控制在70℃～80℃（不烧含硫重油时），低速机可控制在60℃～70℃；进出口温差不大于12℃。一般淡水出口温度以接近允许上限为宜。
（3）冷却液出口温度不应超过50℃，以免盐分析出而沉积成垢，影响传热。
（4）在运转中，调节淡水温度可以利用冷却液管路上的旁通阀来调节进入淡水冷却器的冷却液量，或者利用淡水管路上的旁通阀来调节进入淡水冷却器的淡水量或调节冷却液温度。现代新建的船舶多装设淡水和滑油温度自动调节装置，它们的调节阀多装在淡水和滑油的管路中，以控制进入冷却器的淡水量和滑油量。
（5）检查各缸冷却水的流动情况，如需调整冷却水流量，应调整冷却水泵的出口阀，同时注意调节速度应尽量缓慢。冷却水泵的进口阀应始终处于全开位置上。
（6）当发现气缸冷却水压力波动而调节无效时，通常是由于系统中有气体存在造成，应尽快查明原因并消除。
2、执行定期检查
（1）定期检查膨胀水箱和淡水循环柜的水位变化。如水位降低过快应迅速查明原因，加以排除。
（2）定期检查柴油发电机系统的冷却剂水位、水管、水泵等，及时发现并清除水垢、堵塞等故障。
（3）检查冷却液滤器和冷却液阀是否被杂物堵塞。在寒冷地区航行时，应加强对冷却液管系的管理，防止海底阀被冰块卡死，并应保证冷却液进入冷却器的温度（25℃）。
（4）最好每周一次检查冷却水质量，检测水处理添加剂（如缓蚀剂）的浓度应在其说明书规定范围内，pH值（在20℃时应为7～10）和氯化物浓度（不大于50ppm）。通过这些指标的变化可大致判断冷却系统的工作状态。如若氯化物浓度增加，则表示有冷却液漏入；pH值降低说明有排气漏入。
（5）在运行时，要检查通风系统是否顺畅，使柴油发电机得到充分的空气流动，极大地提高柴油发电机的散热能力，降低高温的风险。
总结：
针对柴油发电机高温现象，合理的预防措施和解决方法是减少柴油发电机运转不顺畅的风险、保障柴油发电机正常的生产效率及其使用寿命的必要保证。可以通过多个方面改善柴油发电机的环境、提高柴油发电机的部件质量以及采取保养措施来降低其高温现象的风险程度，从而更好地保护和利用的柴油发电机组。柴油发电机高水温故障很常见，但只要及时发现一般不会对柴油发电机组造成重大伤害。发现后尽量不要紧急停机，不要急着补水，待负载卸掉后再停机。以上是结合康明斯发电机组厂家培训资料及现场服务的一点心得，希望以后与各位同事共勉，齐心协力维护好发电设备。
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