侯繼夫　王苗苗

摘 要：應(yīng)急柴油發(fā)電機組是核電廠內(nèi)獨立的應(yīng)急電源，其可靠性對核安全有直接影響。某核電廠應(yīng)急柴油機發(fā)生多起高壓油泵泵體安全閥異常噴油故障，影響了機組的安全運行。噴油泵又稱高壓油泵，是柴油機燃油系統(tǒng)中最重要的部件之一，高壓油泵柱塞偶件是柴油機三大精密耦件之一，該文結(jié)合實際情況，對故障原因進行了分析，采用故障樹分析法，逐個排除可能的故障原因，最終徹底解決了這一故障，保障了柴油機作為廠內(nèi)獨立電源的可靠性，為其他在建與運行核電機組提供了參考。

關(guān)鍵詞：柴油機 高壓油泵 安全閥

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（a）-0139-02

法國S.E.M.T PIELSTICK公司生產(chǎn)的16PC2-5V400型大功率柴油機，其噴油系統(tǒng)由噴油泵頂升機構(gòu)、噴油泵、高壓油管和噴油器組成。柴油機采用的是分體式高壓油泵，分別為16缸燃燒室供油。1號機組A列應(yīng)急柴油機A3與A5缸高壓油泵泵體安全閥先后發(fā)生多起安全閥異常開啟事件，對柴油機的正常運行及安全帶來不利的影響。

1 高壓油泵結(jié)構(gòu)

1.1 功用

高壓油泵的功用是提高燃油進機壓力，并根據(jù)柴油機工況的要求，將一定量的燃油在準確時間內(nèi)壓入噴油器，進入燃燒室，達到良好的霧化效果。

其一般技術(shù)要求是：

對高壓油泵的供油量應(yīng)滿足柴油機在各種工況下的需要，即負荷大時供油量增多；負荷小時供油量減少。同時還要保證對各缸的供油量應(yīng)相等。

根據(jù)柴油機的要求，高壓油泵要保證各缸的供油開始時刻相同，即各缸噴油提前角一致，還應(yīng)保證供油延續(xù)時間相同，而且供油應(yīng)急速開始，停油要迅速利落，避免滴油現(xiàn)象。

不論燃燒室形式和混合氣形成的方法有何不同，高壓油泵都必須向噴油器提供壓力足夠高的燃油，以保證良好的霧化質(zhì)量。

1.2 結(jié)構(gòu)及工作原理

PC2-5柴油機高壓油泵為柱塞式油泵，工作原理是利用柱塞在套筒中上下運動，控制套筒上進、回油孔的關(guān)閉和開啟，向噴油器提供一定壓力、流量的燃油，以保證柴油機的正常工作。其采用的噴油量調(diào)節(jié)方式為改變供油終點調(diào)節(jié)，即通過旋轉(zhuǎn)柱塞變更其有效行程，以達到調(diào)節(jié)目的。高壓油泵結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，組成部分主要包括柱塞偶件、高壓油管、出油閥、拉桿齒條、升程限制器及底部的頂升機構(gòu)等。安全閥安裝在泵殼上，避免油泵下部與頂升器上部構(gòu)成空間內(nèi)殘存的積液產(chǎn)生過大的壓力，從而影響噴油正時。

2 高壓油泵泵體安全閥噴油故障分析

2.1 狀況說明

在2005—2009年間，所有發(fā)生安全閥噴油故障的高壓油泵均集中在1LHP001GE的A列氣缸上，且全部為A3缸和A5缸高壓油泵。故障發(fā)生時，油流呈霧狀向機體外側(cè)噴射，持續(xù)時間不等，多則3 min，少則十幾秒；相鄰兩次噴油時間間隔長約1年，短則數(shù)月。

2.2 故障機理分析

故障發(fā)生后，相關(guān)技術(shù)人員與國內(nèi)相關(guān)機型柴油機制造廠進行了咨詢，對方反饋，在其檢修過的同型機中從未見過類似故障，也沒有處理該故障的檢修經(jīng)驗。國內(nèi)有類似機型的其他核電機組也未遇到過此問題。

維護手冊中涉及此安全閥的論述很少，只簡單的說明了安全閥的校驗定值要根據(jù)流量與壓力確定，而對其功用與具體定值未做論述。國內(nèi)支持廠家反饋，國內(nèi)引進圖紙生產(chǎn)的同型號機組已經(jīng)取消了此安全閥，改用堵頭封死。相關(guān)技術(shù)人員考慮到此安全閥的設(shè)置主要是異常工況下防止柱塞偶件底部“憋壓”，從而影響噴油正時，因此取消此安全閥的做法存在一定的風險。必須徹底對其異常噴油的故障加以分析并解決。

技術(shù)人員仔細對系統(tǒng)和圖紙進行了分析，并列出了所有可能導致故障的原因，如圖1所示。

3 解決措施

針對故障樹所列條目，對所有可能故障原因進行了逐一排查。

3.1 排查方法最簡單，也是最直觀的故障原因就是安全閥本身定值漂移、損壞

最先發(fā)生噴油故障的是A5缸高壓油泵，2005年10月9日，A5缸高壓油泵安全閥發(fā)生第一次噴油，由于以往從未發(fā)生此故障，且事發(fā)突然，檢修人員將懷疑重點放在了安全閥本身上。

2006年4月檢修人員利用機組大修窗口對A5缸高壓油泵的安全閥進行了校驗，閥門密封良好，檢修人員對安全閥進行了回裝。在隨后進行的柴油機品質(zhì)再鑒定試驗中，包括滿負荷試驗和低負荷試驗中均未發(fā)生噴油故障。但2007年4月10日進行的低負荷試驗中，A5缸高壓油泵安全閥再次發(fā)生噴油故障。安全閥定值漂移、損壞的原因首先被排除。

3.2 高壓油泵的介質(zhì)容納空間為柱塞偶件底部與頂升器上部，容納介質(zhì)為柱塞偶件的泄漏燃油與下部頂升器飛濺的潤滑油

通過在試驗過程中對噴油殘留物的觀察，確認介質(zhì)主要是柴油，若活塞環(huán)存在故障的話，噴油介質(zhì)將包含大量的潤滑油。因此初步排除頂升器底部密封用活塞環(huán)損壞的可能。

2007年1月，檢修人員對存在同樣問題的A3缸高壓油泵進行了整體更換，并對更換下來的高壓油泵進行了解體。對柱塞偶件和單向閥進行了檢查，柱塞偶件工況正常。

正常工況下柱塞偶件產(chǎn)生的泄漏油會通過高壓油泵底部的單向閥流向漏油管，柴油機電超速保護動作時，來自超速保護空氣罐內(nèi)7bar的壓縮空氣吹入高壓油泵，底部單向閥關(guān)閉，柱塞被壓縮空氣頂起，實現(xiàn)高壓油泵的快速斷油。檢修人員對單向閥的檢查也未發(fā)現(xiàn)異常，閥片狀態(tài)良好。2008年1月，一年前更換的A3缸高壓油泵安全閥再次發(fā)生了噴油現(xiàn)象。故障依然存在。但通過上述檢查處理過程，我們確認柱塞偶件的燃油泄漏量及單向閥都是正常的，這一點可以通過更換的A3高壓油泵得到證實。

3.3 在排除了安全閥、高壓油泵本身故障可能性后

故障的可能就集中在了泄漏油回路上。泄漏油管路由頂升器底部的泄油孔、與泄油孔聯(lián)結(jié)的管座、漏油管，泄漏油總管幾部分組成。其結(jié)構(gòu)復雜，拆檢繁瑣，但必須針對上述可能故障進行檢查，否則無法排除泄漏油管路堵塞的可能性。

泄油孔是在高壓油泵頂升機構(gòu)底座上直接加工而成，如圖2所示。

拆除了A5缸接油盒及其附屬接管。對泄油管進行了逐步拆解。拆解后發(fā)現(xiàn)油管內(nèi)部積存了大量的柴油，約20 L。

柴油機每列有8個高壓油泵，柴油機運轉(zhuǎn)期間通過柱塞偶件正常泄漏的少量殘油通過泄油孔匯總到漏油管，最后流入漏油罐，正常的情況下，該油管內(nèi)的殘油是不會這么多的。說明先前泄漏油回路存在堵塞的判斷是正確的。檢查泄油孔及泄油管連接的管座，沒有發(fā)現(xiàn)堵塞。檢查并疏通了頂升機構(gòu)座上的泄油孔，也沒有發(fā)現(xiàn)異常。

根據(jù)上述檢查結(jié)果，唯一可能導致管道堵塞的可能就是漏油總管了。管道絕大部分都是焊接而成，只有通往漏油罐的橡膠膨脹節(jié)和A列緊急停機控制三通閥是法蘭連接，堵塞的可能也最大，橡膠膨脹節(jié)的檢查沒有發(fā)現(xiàn)堵塞。剩下最有可能堵塞的就是A列緊急停機控制三通閥，閥門的設(shè)計功用可表述為：正常工況下，高壓油泵的泄漏油通過閥門流入漏油罐；一旦柴油機發(fā)生超速，電超速保護動作，7bar的壓縮空氣通過該閥門進入高壓油泵將柱塞頂起，迅速切斷燃油供應(yīng)，實現(xiàn)快速停車。

在拆除閥門下游管法蘭螺栓后，發(fā)現(xiàn)法蘭的墊片中央竟然沒有開孔（安裝遺留缺陷），正常的泄漏油管路被堵塞，導致柴油機正常運轉(zhuǎn)過程中泄漏油無法通過頂升機構(gòu)的泄油孔排出高壓油泵底部空間。隨著柴油機運轉(zhuǎn)時間的增加，泄漏油越積越多，并逐步充滿A列泄油管路空間，新產(chǎn)生的泄漏油無處釋放，在頂升機構(gòu)的攪動下產(chǎn)生壓力波動，達到泵體安全閥開啟壓力后開始噴油。當積存的燃油通過安全閥噴出后，高壓油泵底部空間壓力迅速降低，安全閥關(guān)閉。從機組投運開始的1999年—2005年共6年時間始終未發(fā)生噴油故障，則是因為正常的泄漏油尚未充滿泄漏油管。

需要指出的是，此墊片的缺陷不但會導致高壓油泵安全閥異常噴油，而且在柴油機發(fā)生超速故障時，超速保護空氣罐內(nèi)的壓縮空氣無法正常進入高壓油泵底部腔室實現(xiàn)快速斷油。電氣超速保護將失去其應(yīng)有的保護作用，甚至會損壞機組。

在故障根本原因查明以后，檢修人員重新制作了新墊片并進行了更換。

4 結(jié)語

高壓油泵泵體安全閥異常噴油故障的解決消除了機組運行的隱患，為其他機組運行和維護提供了參考。應(yīng)急柴油機作為廠內(nèi)的獨立應(yīng)急電源，設(shè)備安裝的質(zhì)量必須得到加強，同時應(yīng)加強經(jīng)驗反饋，杜絕類似問題的再次發(fā)生。

參考文獻

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