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造成廣東廣州柴油發(fā)電機(jī)組燒瓦和軸瓦失效現(xiàn)象的原因
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廣東廣州柴油發(fā)電機(jī)組是社會生產(chǎn)生活的重要動力源，在船舶、核電、化工、交通等多領(lǐng)域廣泛使用。柴油機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、激勵源多，長期受不平衡慣性力、爆燃沖擊力作用，其運(yùn)動件、易損件故障頻發(fā)。當(dāng)前柴油斷齒故障、曲柄連桿機(jī)構(gòu)故障研究成果很多但研究方法較為傳統(tǒng)，缺乏對其它關(guān)聯(lián)零部件原因?qū)е碌墓收线M(jìn)行分析的方法，因此常出現(xiàn)故障不能一次性徹底解決的問題。柴油機(jī)故障輕則停機(jī)維修造成企業(yè)和社會巨大經(jīng)濟(jì)損失，重則引起機(jī)組失控危及人身影響企業(yè)聲譽(yù)。因此提高柴油機(jī)故障分析診治水平，發(fā)展柴油機(jī)故障在線監(jiān)測診斷技術(shù)實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警，降低惡性故障發(fā)生概率減小故障損失極具社會和經(jīng)濟(jì)價值。本文針對柴油機(jī)實(shí)際運(yùn)行中齒輪系與曲柄連桿機(jī)構(gòu)故障頻發(fā)，嚴(yán)重危害機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的問題，考慮到實(shí)際故障數(shù)據(jù)缺乏，部分故障進(jìn)行故障模擬實(shí)驗(yàn)難度大、風(fēng)險高、成本昂貴的現(xiàn)狀，采用計(jì)算機(jī)建模仿真技術(shù)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐驗(yàn)證的方式，開展柴油機(jī)齒輪系與曲柄連桿機(jī)構(gòu)故障機(jī)理與監(jiān)測研究。
（1）現(xiàn)象與判斷
1）燒瓦。燒瓦是指曲軸的主軸頸與主軸瓦之間或連桿軸頸與連桿軸瓦之間因缺少潤滑油潤滑而咬死。
廣東廣州柴油發(fā)電機(jī)工作時，如果突然在曲軸箱聽到一種“唧、唧”的響聲，好像在缺乏潤滑油的情況下用大鉆頭在材質(zhì)堅(jiān)硬的鋼件上鉆孔時所發(fā)出的聲音，這一般是缺油而發(fā)生燒瓦的前兆。同時出現(xiàn)以下三種情況時，一般可判斷廣東廣州柴油發(fā)電機(jī)的軸瓦已燒壞；潤滑油溫度急劇升高達(dá)90℃以上、潤滑油壓力原來正常后又突然大幅度下降、拆開機(jī)油濾清器或清洗油底殼時發(fā)現(xiàn)許多軸瓦合金碎末。
燒瓦常常與“所軸”同時出現(xiàn)。軸瓦在運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)了不應(yīng)有的剝離、龜裂、燒損、粘結(jié)和嚴(yán)重拉傷等現(xiàn)象，輕者需要更換軸瓦及連桿活塞組，重者會使廣東廣州柴油發(fā)電機(jī)曲軸頸嚴(yán)重拉傷，甚至還會使曲軸、機(jī)體報廢。造成廣東廣州柴油發(fā)電機(jī)燒瓦抱軸的原因雖然是多方面的，但歸根到底是其潤滑條件被破壞，引起摩擦性質(zhì)改變成粘附磨損。
2）疲勞剝落。疲勞剝落是由于交變負(fù)荷及其作用周次超過材料本身所能承受的極限而發(fā)生的損壞現(xiàn)象。
出現(xiàn)疲勞剝落的軸瓦工作表面出現(xiàn)微裂紋，進(jìn)而向縱深和橫向護(hù)展，裂紋相互連通時，軸瓦表面層剝落形成不規(guī)則的剝落坑。實(shí)際使用中，若瓦背墊有異物，造成局部應(yīng)力集中，也是引起疲勞剝落的原因。合金脫落會導(dǎo)致軸頸和軸瓦配合間隙增大、潤滑油壓力下降和出現(xiàn)響聲（敲擊聲）。
3）劃痕。劃痕是指軸瓦表面沿圓周方向出現(xiàn)連續(xù)或斷續(xù)的溝線，輕微的劃痕并不影響廣東廣州柴油發(fā)電機(jī)正常工作，嚴(yán)重的劃痕使軸瓦承載面積顯著減少。
4）異物嵌入。所謂異物嵌入是指外來顆粒全部或部分嵌入合金層。異物混入潤滑油后，在工作負(fù)荷作用下被壓入合金層。細(xì)小顆粒全部嵌入合金層時，通常不會使軸瓦失效，但大于0.3mm的顆粒將不能被合金層全部嵌藏。
5）軸瓦穴蝕。軸瓦穴蝕是因潤滑油中形成大量細(xì)小的潤滑油蒸氣泡被擠壓破裂而產(chǎn)生很大的 力，沖擊軸瓦表面形成凹坑。蒸氣泡的形成是由于軸瓦承受的載荷發(fā)生波動或波動幅度增加及油中含水或夾帶空氣所致。
6）擦傷。擦傷是因瞬時缺潤滑油，油膜破裂面造成軸瓦工作表面與軸頸表面直接接觸，而導(dǎo)致的一種熱損壞，其特征為軸瓦和軸頸表面出現(xiàn)擦傷的斑痕，屬較為嚴(yán)重的粘著磨損。
(2)軸瓦失效的原因
1）油底殼內(nèi)潤滑油量不足或機(jī)油油路不暢通，機(jī)油泵不能正常供油或潤滑油壓力過低，導(dǎo)致潤滑不良。
2）潤滑油的等級不符合要求，潤滑油變質(zhì)、過臟；氣缸套防水橡皮密封圈失效，導(dǎo)致冷卻水滲漏到油底殼。
3）軸頸和軸瓦的間隙不符合標(biāo)準(zhǔn)。該間隙影響潤滑油膜的形成；間隙過小，則潤滑油不易進(jìn)入軸頸和軸瓦的摩擦表面，無法形成潤滑油膜；間隙過大，軸頸與軸瓦間的振動和撞擊增大，導(dǎo)致潤滑油膜破裂。
4）廣東廣州柴油發(fā)電機(jī)剛起動，特別是冬季，潤滑油尚沒有進(jìn)行充分潤滑時，應(yīng)以很高的速度并滿負(fù)荷工作，或頻繁起動，長時間怠速運(yùn)轉(zhuǎn)等。
5）廣東廣州柴油發(fā)電機(jī)長時間超負(fù)荷、超轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)：機(jī)體溫度高，潤滑油粘度下降，不易形成正常的潤滑油膜；交變載荷及作用周次超過了軸瓦材料極限；載荷波動或波動幅度增加，使?jié)櫥蜌馀萜屏选?
6）使用維護(hù)和裝配不當(dāng)，軸頸表面有飛邊，以及裝配時未清洗干凈。
在排除機(jī)件本身故障的同時，還要特別注意查找、分析引起故障的原因，如軸瓦失效是由于潤滑油壓力低、缺潤滑油，還是油道有臟堵、油流不暢等原因所致，只有查找到引發(fā)故障的終原因并排除后，才能保證廣東廣州柴油發(fā)電機(jī)可靠工作，以免更換軸瓦后，再次發(fā)生同類故障。
全新發(fā)電機(jī)組或設(shè)備大修后使用中的幾點(diǎn)錯誤做法
廣東廣州柴油發(fā)電機(jī)組在使用過程中發(fā)動機(jī)的故障較多。 為此， 筆者走訪和調(diào)查了一些廣東廣州柴油發(fā)電機(jī)組修理廠和一些擁有大量廣東廣州柴油發(fā)電機(jī)組的施工單位。根據(jù)調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在使用中發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的故障主要是由于發(fā)動機(jī)的使用維護(hù)不當(dāng)所造成的。 由于一些機(jī)手技術(shù)素質(zhì)不高或思想不夠重視，在使用廣東廣州柴油發(fā)電機(jī)組時，不能嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)規(guī)定和操作規(guī)程， 甚至還采用一些錯誤的做法進(jìn)行操作和維護(hù)，造成了發(fā)動機(jī)磨損加劇，功率下降油耗上升，從而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)過早產(chǎn)生故障?，F(xiàn)將調(diào)查結(jié)果及個人的一些建議歸納總結(jié)如下。
1 新發(fā)動機(jī)或大修后的發(fā)動機(jī)不進(jìn)行磨合
新設(shè)備或發(fā)動機(jī)大修后，更換了氣缸套、活塞、活塞環(huán)和軸瓦等零件，而沒有經(jīng)過充分的磨合，立即進(jìn)行重負(fù)荷作業(yè)，會造成零件的早期磨損，有的還會出現(xiàn)拉缸、燒瓦現(xiàn)象。 例如有一臺TY220推土機(jī)上裝用的是NT855柴油機(jī)，大修后沒有按要求進(jìn)行磨合就直接重負(fù)荷作業(yè)，結(jié)果工作不到20 h就出現(xiàn)了燒瓦現(xiàn)象。
2 發(fā)動機(jī)冷啟動后就立即高速運(yùn)轉(zhuǎn)
發(fā)動機(jī)冷啟動后，由于發(fā)動機(jī)處于冷態(tài)，機(jī)油粘度高，油道阻力也大，機(jī)油泵的轉(zhuǎn)速較低，供油量較小，使得機(jī)油進(jìn)入摩擦副的時間滯后，發(fā)動機(jī)的各部分還沒有得到充分潤滑， 會造成發(fā)動機(jī)的齒輪及軸承由于潤滑不良而損壞， 同時也加劇了氣缸及軸瓦的磨損。
特別是帶有渦輪增壓器的發(fā)動機(jī)會造成渦輪增壓器的轉(zhuǎn)軸燒蝕。由于增壓器轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速較高，因此滾動軸承無法適應(yīng)，只能采用浮動軸承結(jié)構(gòu)，即轉(zhuǎn)軸在軸套內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的同時， 軸套還可在壓氣殼與渦輪殼內(nèi)低速旋轉(zhuǎn)。 這樣，軸套內(nèi)、外圓必須具備完整的油膜，才能確保增壓器的正常工作。 為此，柴油機(jī)啟動后應(yīng)空轉(zhuǎn)一會，機(jī)油溫度上升，流動性好轉(zhuǎn)，增壓器得到充分潤滑后方可提高轉(zhuǎn)速，投入作業(yè)，這一點(diǎn)在寒冷的冬季更為重要。 例如有一臺從俄羅斯進(jìn)口的T-330推土機(jī)，發(fā)動機(jī)為B-400柴油機(jī)（V形8 缸帶兩個增壓器，功率為300kW）。這臺推土機(jī)從運(yùn)載設(shè)備上卸下時正是寒冬季節(jié)（氣溫比較低），卸下后，機(jī)手立即啟動發(fā)動機(jī)，隨后高速開回工地，次日發(fā)現(xiàn)可以空轉(zhuǎn)，但一加載就走不動了。原來是增壓器因潤滑不良而燒蝕轉(zhuǎn)軸，缸內(nèi)進(jìn)氣量隨之減少，機(jī)設(shè)備功率就大幅度下降。
3 柴油機(jī)突然熄火
當(dāng)裝有增壓器的柴油機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時突然熄火，機(jī)油泵立即停止轉(zhuǎn)動，增壓器內(nèi)的機(jī)油也停止流動，如果此時排氣歧管的溫度很高，其熱量會被吸收到增壓器殼體上，將停留在那里的機(jī)油熬成積碳。當(dāng)這種積碳越積越多時就會阻塞進(jìn)油口， 導(dǎo)致軸套缺油，加速轉(zhuǎn)軸與軸套之間的磨損，甚至產(chǎn)生“咬死”的嚴(yán)重后果。 因此，柴油機(jī)停轉(zhuǎn)前一定要先卸荷，使其空轉(zhuǎn)，待發(fā)動機(jī)溫度下降后再熄火。
4 使用劣質(zhì)柴油
使用不合格的柴油。 由于劣質(zhì)柴油的十六烷值不符合標(biāo)準(zhǔn)，造成發(fā)動機(jī)燃燒狀況不良，積碳多，發(fā)動機(jī)活塞環(huán)燒結(jié)引起拉缸。 同時劣質(zhì)的柴油也加速了噴油泵柱塞、出油閥及噴油器的磨損。
電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行技術(shù)措施
發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時，向系統(tǒng)提供有功的同時還提供無功，定子電流滯后于端電壓一個角度，此種狀態(tài)即遲相運(yùn)行。當(dāng)逐漸減少勵磁電流使發(fā)電機(jī)從向系統(tǒng)提供無功而變?yōu)閺南到y(tǒng)吸收無功，定子電流從滯后而變?yōu)槌鞍l(fā)電機(jī)端電壓一個角度，此種狀態(tài)即進(jìn)相運(yùn)行。同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時較遲相運(yùn)行狀態(tài)勵磁電流大幅度減少，發(fā)電機(jī)電勢Eq亦相應(yīng)降低。從P-功角關(guān)系看，在有功不變的情況下，功角必將相應(yīng)增大，比值整步功亦相應(yīng)降低，發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定性下降。其穩(wěn)定極限與發(fā)電機(jī)短路比，外接電抗，自動勵磁調(diào)節(jié)器性能及其是否投運(yùn)等有關(guān)。
進(jìn)相運(yùn)行時發(fā)電機(jī)定子端部漏磁較遲相運(yùn)行時增大。特別是大型發(fā)電機(jī)線負(fù)荷高，正常運(yùn)行時端部漏磁比較大，端部鐵芯壓指連接片溫升高，進(jìn)相運(yùn)行時因?yàn)槁┐旁龃螅瑴厣觿?。進(jìn)相運(yùn)行時發(fā)電機(jī)端部電壓降低，廠用電電壓也相應(yīng)降低，如果超出10%，將影響廠用電運(yùn)行。
因此，同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行要通過試驗(yàn)確定進(jìn)相運(yùn)行深度。即在供給一定有功狀態(tài)下，吸收多少無功才能保持系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定，各部件溫升不超限，并能滿足電壓的要求。
進(jìn)相運(yùn)行進(jìn)相運(yùn)行現(xiàn)象：
1、勵磁電流大幅度減少;
2、發(fā)電機(jī)定子電壓降低;
3、發(fā)電機(jī)無功負(fù)荷變?yōu)樨?fù)值。
相運(yùn)行進(jìn)相運(yùn)行危害：
1、增加發(fā)電機(jī)有功負(fù)荷，將使發(fā)電機(jī)向不穩(wěn)定方向發(fā)展，易造成發(fā)電機(jī)失穩(wěn)運(yùn)行甚至系統(tǒng)振蕩事故。
2、繼續(xù)減少發(fā)電機(jī)勵磁電流，使發(fā)電機(jī)進(jìn)相深度增加，可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動作或發(fā)電機(jī)失穩(wěn)運(yùn)行。
3、發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行，定子電流增加，定子發(fā)熱增加;發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時，定子端部漏磁通變化比增大，使得端部發(fā)熱嚴(yán)重，發(fā)電機(jī)定子線圈溫度將持續(xù)上升。
4、發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行，發(fā)電機(jī)出口電壓降低，使得6KV母線電壓降低。設(shè)有低電壓保護(hù)的高壓電動機(jī)將跳閘;運(yùn)行中的各電氣設(shè)備，因母線電壓降低，電流增大，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱，長時間運(yùn)行會損壞設(shè)備絕緣。
該廠母線電壓考核范圍為230—235KV，在電網(wǎng)某些運(yùn)行方式下，會出現(xiàn)我廠發(fā)電機(jī)無功減至 但是母線電壓仍然高出235KV，此時應(yīng)考慮發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行。
一、運(yùn)行人員要密切監(jiān)視220KV母線電壓和機(jī)組有功、無功負(fù)荷，當(dāng)母線電壓超過235 KV時，必須控制發(fā)電機(jī)組功率因數(shù)達(dá)到0.99以上。當(dāng)機(jī)組功率因數(shù)已達(dá)0.99以上，母線電壓接近控制上限值時，值長應(yīng)主動向上級調(diào)度匯報，根據(jù)上級調(diào)度的命令調(diào)整機(jī)組無功出力，直至進(jìn)相運(yùn)行。
二、發(fā)電機(jī)是否進(jìn)相運(yùn)行由值長統(tǒng)一命令執(zhí)行，在進(jìn)相運(yùn)行前應(yīng)匯報上級調(diào)度發(fā)電機(jī)帶無功及220KV母線電壓情況，并請示上級調(diào)度申請進(jìn)相運(yùn)行，如上級調(diào)度未許可則申請220KV母線電壓超限點(diǎn)免考核，未經(jīng)上級調(diào)度許可不得擅自進(jìn)相運(yùn)行。
三、機(jī)組在不同運(yùn)行方式下進(jìn)相運(yùn)行規(guī)定：
1、單機(jī)運(yùn)行時原則上不進(jìn)相運(yùn)行，但在春節(jié)等特殊方式下除外。
2、雙機(jī)運(yùn)行時原則上一臺機(jī)進(jìn)相運(yùn)行，另一臺機(jī)組保持高功率因數(shù)遲相運(yùn)行，即控制無功盡量在小范圍。但在春節(jié)等特殊方式下可以同時進(jìn)相運(yùn)行。
3、在考慮進(jìn)相運(yùn)行的機(jī)組時，該機(jī)組運(yùn)行情況應(yīng)保持穩(wěn)定。否則考慮另一臺機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行，當(dāng)兩臺機(jī)組運(yùn)行都不穩(wěn)定時，應(yīng)向上級調(diào)度說明詳細(xì)情況，并按照調(diào)度命令執(zhí)行。
4、若兩臺機(jī)同時運(yùn)行時，考慮兩臺機(jī)同時進(jìn)相，且兩臺機(jī)進(jìn)相深度應(yīng)保持平衡。
四、連續(xù)進(jìn)相運(yùn)行時間不得超過6小時。
五、進(jìn)相運(yùn)行時，應(yīng)專設(shè)監(jiān)盤人員，并嚴(yán)格按照上級調(diào)度命令進(jìn)行。
六、在發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行期間，無值長允許任何崗位人員不得私自啟動6KV轉(zhuǎn)機(jī)，包括輸煤、脫硫、化學(xué)、水源地，否則將按嚴(yán)重違反生產(chǎn)調(diào)度紀(jì)律處理!待啟動6KV轉(zhuǎn)機(jī)前，值班員需將6KV廠用母線電壓調(diào)整至6.1KV以上，在啟動電泵、循泵、增壓風(fēng)機(jī)等大容量設(shè)備需將6KV廠用母線電壓調(diào)整至6.45KV以上。
七、進(jìn)相運(yùn)行時操作：在進(jìn)相運(yùn)行前，請示上級調(diào)度解除AVC裝置自動，手動減少發(fā)電機(jī)勵磁，發(fā)電機(jī)在減少無功操作時，要循序漸進(jìn)緩慢進(jìn)行，嚴(yán)禁超調(diào)度規(guī)定進(jìn)相深度值。進(jìn)相結(jié)束后，手動增加發(fā)電機(jī)勵磁，使之恢復(fù)正常運(yùn)行方式觀察五分鐘無異常后，投入AVC自動。在手動調(diào)整期間應(yīng)保持220KV母線電壓合格。
八、進(jìn)相運(yùn)行期間監(jiān)視參數(shù)：發(fā)電機(jī)出入口風(fēng)溫、定冷水、氫氣壓力;定子鐵芯及鐵芯端部溫度、定子線圈各部溫升、溫差不超過規(guī)定允許值、軸振不超過允許值;定子電流、勵磁電流、端電壓、勵磁變高壓側(cè)電流、滑環(huán)溫度、勵磁變溫度不超過允許值;上述參數(shù)每小時檢查一次。
九、進(jìn)相運(yùn)行參數(shù)控制：
1、任一段6KV廠用母線電壓不得低于5.8KV，0.4KV母線電壓不得低于0.36KV(照明段除外)，發(fā)電機(jī)端電壓不得低于20KV，220KV母線電壓230—235KV，功率因數(shù)不得低于0.95。
2、發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時功角不得大于60度，防止系統(tǒng)沖擊破壞發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定而造成發(fā)電機(jī)震蕩。
3、進(jìn)相深度試驗(yàn)數(shù)據(jù)(二零零九年河南省電力實(shí)驗(yàn)院)：
4、根據(jù)我廠實(shí)際情況且在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上再留有充分進(jìn)相裕度，現(xiàn)規(guī)定：發(fā)電機(jī)進(jìn)相深度限制不得超過調(diào)度規(guī)定的進(jìn)相深度。
5、在機(jī)組負(fù)荷大于500MW情況下需要進(jìn)相時，應(yīng)向上級調(diào)度充分說明此時進(jìn)相運(yùn)行危險性，并按上級調(diào)度命令處理。
十、發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行必要條件：勵磁系統(tǒng)自動運(yùn)行，勵磁自動調(diào)節(jié)器無異常報警信號;低勵限制、失磁保護(hù)投入。
十一、進(jìn)相運(yùn)行機(jī)組應(yīng)具備雙向無功表，自動勵磁調(diào)節(jié)裝置正常投入，其低勵定值應(yīng)按滿足進(jìn)相運(yùn)行進(jìn)行整定。
十二、若進(jìn)相運(yùn)行引起系統(tǒng)故障時，應(yīng)立即恢復(fù)原運(yùn)行方式。
十三、進(jìn)相運(yùn)行期間做好事故預(yù)想，在值班日志做好進(jìn)相運(yùn)行時間、進(jìn)相深度及命令人等相關(guān)記錄。
十四、進(jìn)相運(yùn)行期間事故處理：
1、若發(fā)電機(jī)出現(xiàn)機(jī)端電壓越下限，應(yīng)立即停止進(jìn)相并匯報上級調(diào)度，積極恢復(fù)6KV母線電壓不超過規(guī)定值，確保廠用電系統(tǒng)穩(wěn)定。
2、運(yùn)行期間參數(shù)異常達(dá)到停機(jī)值則應(yīng)申請停機(jī)。
3、若震蕩或者失去同步時，應(yīng)立即增加勵磁電流，同時減少有功負(fù)荷，恢復(fù)正常運(yùn)行方式，若在1分鐘內(nèi)不能恢復(fù)則申請停機(jī)，待系統(tǒng)正常后再申請并網(wǎng)。
4、發(fā)電機(jī)失磁，若失磁保護(hù)動作跳閘，則按發(fā)電機(jī)跳閘處理，若保護(hù)未動作則應(yīng)立即解列發(fā)電機(jī)。
5、在進(jìn)相運(yùn)行過程中若發(fā)生異常情況，應(yīng)及時匯報調(diào)度。
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