Waukesha天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)故障診斷與處理

何青海 馬 云 郝崇志 魏養(yǎng)民 臧 偉

（1.吐哈油田公司機(jī)械廠；2.渤海石油裝備制造有限公司第一機(jī)械廠，新疆 鄯善 838202）

·監(jiān)測(cè)與診斷·

Waukesha天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)故障診斷與處理

何青海1馬 云1郝崇志1魏養(yǎng)民1臧 偉2

（1.吐哈油田公司機(jī)械廠；2.渤海石油裝備制造有限公司第一機(jī)械廠，新疆 鄯善 838202）

根據(jù)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動(dòng)大的現(xiàn)象，分析和總結(jié)了導(dǎo)致停機(jī)的故障原因，運(yùn)用故障排除法逐項(xiàng)排除、驗(yàn)證，找出并解決了故障。

L7042GSI；天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)速波動(dòng)；排除法；故障診斷

丘東采氣工區(qū)4#壓縮機(jī)組是由美國(guó)德萊塞蘭公司成撬，驅(qū)動(dòng)端選用美國(guó)瓦克夏公司生產(chǎn)的L7042GSI系列天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)為帶渦輪增壓、中冷、V型12缸發(fā)動(dòng)機(jī)，調(diào)速方式為機(jī)械調(diào)速，點(diǎn)火方式為磁電機(jī)點(diǎn)火，額定轉(zhuǎn)速1000r/min，功率1087kW。由于該型號(hào)機(jī)組為瓦克夏公司早期產(chǎn)品，使用時(shí)間長(zhǎng)和控制系統(tǒng)落后導(dǎo)致機(jī)組故障診斷能力差，在運(yùn)行過(guò)程出現(xiàn)故障后，大多情況需要多次排查才能找準(zhǔn)原因所在。

自2015年6月以來(lái)，4#發(fā)動(dòng)機(jī)空載時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)范圍在30r/min內(nèi)，加載后轉(zhuǎn)速大幅度波動(dòng)，振動(dòng)加劇后轉(zhuǎn)速下降，進(jìn)而停機(jī)，多次開機(jī)后，機(jī)組運(yùn)行未見好轉(zhuǎn)，機(jī)組已經(jīng)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

一、故障診斷

1.故障原因

（1）空氣/燃?xì)夤┙o系統(tǒng)。空氣/燃?xì)夤┙o系統(tǒng)的作用是將空氣和燃?xì)獍匆欢ǖ谋壤腿肴紵抑谐浞秩紵涫疽鈭D如圖1所示。進(jìn)入混合器的空氣需經(jīng)過(guò)空氣濾清器、調(diào)壓閥等部件，而燃?xì)鈩t需經(jīng)過(guò)減壓閥、燃?xì)馇袛嚅y等部件進(jìn)入混合器與燃?xì)饣旌虾筮M(jìn)入燃燒室。減壓閥損壞或者燃?xì)鈮毫Σ▌?dòng)大可能會(huì)導(dǎo)致功率不足，轉(zhuǎn)速波動(dòng)大。空燃比系統(tǒng)故障會(huì)導(dǎo)致空燃比失調(diào)，過(guò)高過(guò)低的空燃比波動(dòng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力和轉(zhuǎn)速有著直接的影響。

圖1 空氣/燃?xì)夤┙o系統(tǒng)示意圖

（2）點(diǎn)火系統(tǒng)。點(diǎn)火系統(tǒng)的是通過(guò)火花塞釋放高壓電流引燃混合氣，使混合氣燃燒對(duì)外做功，其構(gòu)成如圖2所示，磁電機(jī)按照一定的時(shí)序向各缸點(diǎn)火線圈供電，電流經(jīng)過(guò)高壓線圈包變?yōu)?0kV的高壓電流，此高壓電流經(jīng)過(guò)火花塞放電引燃混合氣，過(guò)低的高壓電流或者火花塞積碳都有可能導(dǎo)致缺火和間隙性點(diǎn)火，對(duì)于12缸發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，缺火間隙性點(diǎn)火的缸數(shù)過(guò)多會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)比較大。

圖2 點(diǎn)火系統(tǒng)示意圖

（3）配氣機(jī)構(gòu)。配氣機(jī)構(gòu)的作用是按照一定的時(shí)序，開啟和閉合氣門，使混合氣和尾氣能夠有序進(jìn)出燃燒室，氣構(gòu)成如圖3所示，進(jìn)排氣門損壞或密封氣門、氣門座損壞、氣門與氣門座密封不嚴(yán)都有可能使氣體漏氣，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，在負(fù)荷不變的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動(dòng)大的現(xiàn)象。

圖3 配氣機(jī)構(gòu)示意圖

（4）調(diào)速器故障。發(fā)動(dòng)機(jī)的工況是隨著外界負(fù)荷及自身變化而不斷波動(dòng)的，調(diào)速器的作用是自動(dòng)地改變?nèi)細(xì)夤獾y的開度，以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的不斷變化，若調(diào)速器出現(xiàn)故障，發(fā)動(dòng)機(jī)可能會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動(dòng)現(xiàn)象。

2.故障排除

故障排除法是設(shè)備檢修最常用的方法之一，該方法遵循由易向難的方法，逐項(xiàng)排除，對(duì)以上敘述的故障點(diǎn)逐個(gè)排除，排除過(guò)程如下。

（1）檢查火花塞。將氣缸蓋中央安裝的12個(gè)火花塞全部拆下，火花塞表面干燥，清除表面積炭，用廠家提供塞尺（厚度為0.15in），檢查中心電極與側(cè)電極之間距離，塞尺恰能通過(guò)，證明間隙滿足要求，同時(shí)用萬(wàn)能表測(cè)試電壓為95mV，屬于正常。通過(guò)外觀檢查，測(cè)量電極間間隙和電壓，可以初步判定火花塞應(yīng)該能正常工作。

（2）檢查高壓線，在機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，斷火法分別檢查各缸高壓線是否有電，均有電火花噴出，說(shuō)明點(diǎn)火線圈及高壓線圈正常。

（3）檢查增壓器。轉(zhuǎn)動(dòng)增壓器中輪，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無(wú)卡阻、松曠，證明增壓器工作正常。

（4）檢查燃?xì)饣旌掀鳌⑷細(xì)饣旌蠚獠痖_后，檢查膜片尚好，氣流流通通道暢通，燃?xì)夂涂諝庠诖颂幠芎芎玫幕旌希梢耘懦細(xì)饣旌掀鞴收稀?/p>

（5）檢查機(jī)械調(diào)速器，機(jī)械調(diào)速器油位在刻度范圍內(nèi)及內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作靈活，說(shuō)明調(diào)速器工作正常。

（6）檢查燃?xì)庹{(diào)壓器機(jī)組啟動(dòng)后，用“U”水柱測(cè)試，空氣與燃?xì)忾g壓差，范圍在5～1/2寸水銀柱左右，說(shuō)明空燃比符合要求。

（7）缸壓測(cè)試。分別拆除氣缸蓋中央火花塞，將缸壓測(cè)試壓力表安裝在火花塞孔上，轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)，逐缸測(cè)試，結(jié)果如表1所示。從缸壓上反應(yīng)出R 4(右4缸)、L1（左1缸）、L5(左5缸)缸壓缸低，將缸蓋拆卸下來(lái)，發(fā)現(xiàn)氣門上積炭，存在泄露。可初步判斷積碳是導(dǎo)致轉(zhuǎn)速波動(dòng)大的原因之一。

表1 左右排缸壓對(duì)比表

3.故障處理

完成上述檢查后，修復(fù)更換氣門、氣門座，重新研磨、試漏，合格安裝后，機(jī)組重新啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，加載后運(yùn)轉(zhuǎn)波動(dòng)在10r/min內(nèi)，滿足使用要求，故障排除。

4.故障分析

此次故障是由于積碳導(dǎo)致多個(gè)氣缸的氣門與氣門座密封不嚴(yán)原因造成的，氣門在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)承受高溫高壓，在冷卻不良的條件下作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，尤其是運(yùn)轉(zhuǎn)到一定周期后，活塞環(huán)及缸套磨損，油底殼中潤(rùn)滑油進(jìn)行燃?xì)馐遥诟邷叵滦纬煞e炭，積炭附著在氣門上，加速氣門氣門座磨損，導(dǎo)致氣門關(guān)閉不嚴(yán)。空載時(shí)，機(jī)組維持怠速運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的燃?xì)夂涂諝饬枯^小，轉(zhuǎn)速波動(dòng)表現(xiàn)不明顯，加載后，空氣量和燃?xì)饬吭黾樱旌蠚庠诟變?nèi)燃燒產(chǎn)生功率增加，由于氣體密封不嚴(yán)多個(gè)缸工作不良，發(fā)出功率不平衡，致使運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速波動(dòng)大。

5.預(yù)防措施

在高溫、高壓氣體作用力下，氣流可能會(huì)將氣門燒毀，造成重大機(jī)械事故。因此定期對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各部件進(jìn)行檢查，及時(shí)提供維修保養(yǎng)，提前發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)排除，可避免事故的發(fā)生，延長(zhǎng)機(jī)組無(wú)故障使用時(shí)間。

二、結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)瓦克夏L7042GSI發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)大故障原因進(jìn)行了分析，利用故障診斷排除法快速定位了故障源并排除了故障。為維護(hù)好發(fā)動(dòng)機(jī)性能，應(yīng)定期對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各部件進(jìn)行檢查，保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

[1]馮顯欽.簡(jiǎn)析空燃比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響[J].科技致富向?qū)В?013，5：82-83.

[2]吳勤.發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)原因的分析及解決方法[J].車用發(fā)動(dòng)機(jī)，2001，6：36-37.

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1671-0711（2015）10-0067-02

2015-09-16）