柴油機(jī)進(jìn)氣管線閥門內(nèi)漏對入口壓力影響研究

姚志剛，龍 斌，李德知

（陽江核電有限公司，廣東陽江 529941）

0 引言

某電廠在執(zhí)行柴油機(jī)低功率試驗(yàn)時(shí)，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)LHP251EL 主啟動閥排氣孔在柴油機(jī)運(yùn)行期間存在漏氣，經(jīng)過排查，LHP292VA 存在輕微內(nèi)漏，由于LHP251EL 有對空排放的小孔，通過LHP251EL 排至大氣，LHP292VA 所在位置及空氣泄漏路徑如圖1所示。如果LHP292VA 泄漏量增加，可能導(dǎo)致柴油機(jī)進(jìn)氣壓力下降，如果壓力下降至350 kPa 以下，則不滿足柴油機(jī)滿功率運(yùn)行350 kPa運(yùn)行條件。目前不清楚LHP292VA 最大泄漏量及最大泄漏量對柴油機(jī)入口聯(lián)箱壓力的影響，需要對評估計(jì)算LHP292VA 最大泄漏量及最大泄漏量對柴油機(jī)入口聯(lián)箱壓力的影響。

圖1 LHP292VA 所在位置及空氣泄漏路徑

查詢廠家文件及相關(guān)文獻(xiàn)、標(biāo)準(zhǔn)，目前沒有對柴油機(jī)進(jìn)氣管線閥門內(nèi)漏導(dǎo)致的空氣外漏對入口壓力影響的評估方法、標(biāo)準(zhǔn)，本文首次通過flowmaster 計(jì)算空氣泄漏量，根據(jù)泄漏量初步判斷對入口壓力的影響，進(jìn)一步評估柴油機(jī)的可用性。

1 柴油機(jī)進(jìn)氣管線介紹

柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)管道布置如圖1 所示，管道為60 mm×2.9 mm和28 mm×2 mm 兩種規(guī)格碳鋼管道，空氣泄漏的途徑設(shè)備包括電磁閥LHP0251EL、逆止閥LHP292VA、截止閥LHP254VA、軟管LHP255FL、電磁閥LHP252EO 以及換熱器（圖紙未畫出）、增壓渦輪（圖紙未畫出）和進(jìn)氣聯(lián)箱等設(shè)備，由于上述設(shè)備均無阻力系數(shù)相關(guān)信息，有些設(shè)備甚至無圖紙，為準(zhǔn)確計(jì)算泄漏量及泄漏對入口聯(lián)箱空氣壓力的影響，需要對上述設(shè)備阻力系數(shù)等參數(shù)做出合理假設(shè)。

2 柴油機(jī)進(jìn)氣管線空氣泄漏量計(jì)算

影響柴油機(jī)進(jìn)氣聯(lián)箱壓力參數(shù)主要為進(jìn)氣量和耗氣量，如果耗氣量小于或等于進(jìn)氣量，則壓力可以保持不變；如果耗氣量大于進(jìn)氣量，則壓力會出現(xiàn)下降趨勢。耗氣量主要包含逆止閥泄漏空氣和柴油機(jī)正常用氣，正常用氣通過排量計(jì)算，約為2.4 m3/s，泄漏氣量主要通過flowmaster 計(jì)算，由于目前參數(shù)較少，需要對現(xiàn)場設(shè)備計(jì)算所需參數(shù)做出合理假設(shè)，相關(guān)假設(shè)如下所示。

2.1 相關(guān)假設(shè)

2.1.1 柴油機(jī)進(jìn)氣量計(jì)算假設(shè)

柴油機(jī)實(shí)際進(jìn)氣量，主要由進(jìn)氣增壓渦輪控制，保持蒸汽入口聯(lián)箱壓力的穩(wěn)定，壓力測點(diǎn)位置如圖2 所示，測點(diǎn)為301/302 MP，正常運(yùn)行期間進(jìn)氣聯(lián)箱壓力為350 kPa 以上。由于目前無渦輪準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，無法通過渦輪實(shí)際控制計(jì)算準(zhǔn)確進(jìn)氣量，本評估假設(shè)入口聯(lián)箱壓力穩(wěn)定，入口空氣流量等于通過排量計(jì)算出的流量2.4 m3/s。

圖2 進(jìn)氣聯(lián)箱壓力測點(diǎn)位置

2.1.2 柴油機(jī)空氣泄漏途徑計(jì)算假設(shè)

（1）假設(shè)1——LHP292VA 全部失去逆止閥功能。目前已知LHP292VA 內(nèi)漏，但是不知道LHP292VA 實(shí)際泄漏量大小，LHP292VA 為逆止閥，LHP292VA 結(jié)構(gòu)如圖3 所示，介質(zhì)的允許流動方向?yàn)榧^方向，當(dāng)閥門反向流動時(shí)，閥瓣關(guān)閉。當(dāng)閥門反向內(nèi)漏時(shí)，則證明閥瓣與閥座密封不嚴(yán)，泄漏量最大時(shí)為失去逆止閥閥瓣時(shí)。為了計(jì)算最大泄漏量，假設(shè)LHP292VA 失去整個(gè)閥瓣，當(dāng)LHP292VA 失去全部閥瓣，其固有的縮頸結(jié)構(gòu)也可以起到一定的節(jié)流作用，但是由于無具體LHP292VA 結(jié)構(gòu)尺寸，本計(jì)算采取保守假設(shè)，假設(shè)LHP292VA 所在管道為直管段。

（2）假設(shè)2——LHP251EL 排氣孔漏氣。LHP251EL 為電磁閥，泄漏的空氣通過排氣孔排出，排氣孔孔徑為25 mm，長度為54 mm。采取保守假設(shè)，不考慮其他結(jié)構(gòu)節(jié)流效果，假設(shè)此設(shè)備為內(nèi)徑25 mm，管道直徑為54 mm 的孔板。

（3）假設(shè)3，助燃空氣進(jìn)氣管線與進(jìn)氣聯(lián)箱之間有換熱器，該換熱器為管殼式換熱器，空氣走殼側(cè)，冷卻水走管側(cè)。在柴油機(jī)功率運(yùn)行期間，空氣通過進(jìn)氣管線通過換熱器降壓后進(jìn)入進(jìn)氣聯(lián)箱。進(jìn)氣聯(lián)箱壓力為通過換熱器降壓后的數(shù)據(jù)，實(shí)際小于助燃空氣的壓力。實(shí)際泄漏空氣上游壓力為進(jìn)氣壓力，進(jìn)氣壓力等于聯(lián)箱壓力加上換熱器壓差，由于無換熱器相關(guān)參數(shù)，且換熱器正常運(yùn)行期間，換熱器壓力很小（通常20～50 kPa），本計(jì)算忽略換熱器對壓力的影響，假設(shè)助燃空氣進(jìn)氣壓力等級進(jìn)氣聯(lián)箱壓力。同時(shí)，為了進(jìn)一步評估進(jìn)氣壓力變化對泄漏量影響，計(jì)算過程中可以多選取機(jī)組進(jìn)氣聯(lián)箱壓力。

圖3 Y5LHP292VA 結(jié)構(gòu)

2.2 空氣泄漏管線泄漏量模型建立及計(jì)算結(jié)果

2.2.1 柴油機(jī)空氣泄漏模型建立

根據(jù)上述假設(shè)及現(xiàn)場實(shí)際測量數(shù)據(jù)，建立模型，模型相關(guān)條件如下。

邊界條件為聯(lián)箱壓力和大氣壓力，為了得到聯(lián)箱壓力變化對泄漏量變化的影響，聯(lián)箱壓力分別從聯(lián)箱最低運(yùn)行壓力350 kPa至700 kPa。大氣壓力為0 kPa。其他參數(shù)管道長度、彎頭、變徑數(shù)量以現(xiàn)場實(shí)際測量為準(zhǔn)，粗糙度為0.025 mm。

2.2.2 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)上述模型，計(jì)算柴油機(jī)進(jìn)氣聯(lián)箱壓力為350 kPa 時(shí)，空氣泄漏量為0.169 347 m3/s。與柴油機(jī)耗氣量2.4 m3/s 相比，大約相差14 倍，泄漏量所占耗氣量比例約為7.06%，比例較小，對柴油機(jī)進(jìn)氣壓力影響較小。不同進(jìn)氣聯(lián)箱壓力計(jì)算泄漏量結(jié)果見表1，即使計(jì)算進(jìn)氣聯(lián)箱壓力為正常運(yùn)行的2 倍，泄漏量占正常耗氣量比例仍然小于10%，對壓力影響較小。由此可見，即使采取上述保守假設(shè)，當(dāng)完全失去LHP292VA 止回閥功能時(shí)，依然可以保證進(jìn)氣聯(lián)箱壓力，不會因?yàn)槁?lián)系壓力影響柴油機(jī)的可用性。

表1 不同進(jìn)氣壓力下泄漏量計(jì)算結(jié)果

3 結(jié)論與展望

從上述研究可見，完全失去LHP292VA 止回閥功能時(shí)，依然可以保證進(jìn)氣聯(lián)箱壓力。但是由于無相關(guān)文獻(xiàn)及標(biāo)準(zhǔn)支撐，無廠家相關(guān)文件支持，本研究建立在眾多假設(shè)上，在計(jì)算過程相對保守，同時(shí)，本研究僅針對完全失去LHP292VA 止回閥功能對聯(lián)箱進(jìn)氣壓力的研究，對其他系統(tǒng)、部件研究較少，后繼為了提高用戶對柴油機(jī)故障評估能力，需柴油機(jī)廠家及相關(guān)組織進(jìn)一步完善文件體系，提高用戶對對柴油機(jī)故障排查、評估、維修能力。