新聞主題	康明斯柴油機飛車原因及超速保護裝置原理

 

摘要：柴油機飛車現(xiàn)象是指轉速失去控制，大大超過額定轉速，柴油機劇烈振動，發(fā)出轟鳴聲，排氣管冒出大量黑煙或藍煙的故障表征。針對目前柴油發(fā)電機組在運行過程中偶會產(chǎn)生超速保護的現(xiàn)象，康明斯公司在本文中通過加裝柴油機超速保護裝置解決方案的原理剖析，并從電路框架、電氣原理、常見故障及應急處理等幾方面出發(fā)，詳細分析了柴油發(fā)電機超速保護裝置的實際應用情況。

一、柴油機“超速飛車”現(xiàn)象的原因分析

 

      發(fā)生“飛車”后，隨著柴油機轉速的增高，噴油泵柱塞與柱塞套間的漏損減小，進入氣缸內(nèi)的柴油增加，導致柴油機的轉速再增高，從而形成惡性循環(huán)。柴油機轉速的不斷增高，使氣缸內(nèi)溫度不斷升高，活塞的膨脹量增加，活塞連桿組各零件運動加劇，負荷增大，超過其強度極限后，將發(fā)生打壞缸體、連桿折斷、曲軸斷裂以及活塞、缸套和缸蓋被打碎等事故。而且嚴重危及柴油發(fā)電機組操作員的人身安全，嚴重影響柴油發(fā)電機組的正常供電。因此，柴油發(fā)電機一旦發(fā)生“飛車”，必須采取措施減短“飛車”時間減少損失。

1、噴油泵調(diào)速器原因

      正常情況下，當柴油發(fā)電機的負荷變化時，調(diào)速器能自動調(diào)節(jié)噴油泵的供油量，使其轉速保持穩(wěn)定;反之，當柴油發(fā)電機負荷變化時，噴油泵的供油量不能做出響應，即會發(fā)生“飛車”。噴油泵供油量不能隨負荷而變化的原因如下：

（1）B型噴油泵調(diào)節(jié)齒桿或Ⅱ號噴油泵的調(diào)節(jié)拉桿卡死在最大供油量位置上；

（2）噴油泵柱塞彈簧折斷使柱塞卡在高速位置；

（3）柱塞調(diào)節(jié)齒圈或撥叉松動移位使柱塞失控；

（4）油量調(diào)節(jié)齒桿與調(diào)速器拉桿連接脫落；

（5）調(diào)速器杠桿銷子脫落；

（6）調(diào)速器飛鐵銷軸斷裂、飛鐵脫落;飛鐵壓力軸承損壞；

（7）調(diào)速器彈簧折斷或彈力減弱；

（8）調(diào)速器內(nèi)加機油太多，機油粘度太大；

（9）調(diào)速器的高速限制螺釘或最大油量限制螺釘調(diào)整不當。

2、額外油料進入燃燒室的原因

（1）發(fā)動機油底殼內(nèi)機油過多，氣缸和活塞環(huán)磨損過甚，使機油竄入氣缸內(nèi)；

（2）使用慣性油浴式空氣濾清器的柴油機，在清洗后，殘余清洗油或加注機油過多，被吸入燃燒室；

（3）增壓器油封損壞，機油進入燃燒室；

（4）低溫起動裝置的電磁閥漏柴油，使其進入氣缸。

 

二、超速飛車保護的解決方案

      由上述原因可知，飛車主要是柴油機調(diào)速系統(tǒng)故障等原因，造成柴油機燃燒室燃油量供應超量，一般發(fā)生在發(fā)電機組突卸負載時。為了應對柴油機在突卸負載時發(fā)生超速飛車現(xiàn)象，在康明斯柴油機中，除PT燃油泵中設置了超速斷油保護裝置外，還應在設備控制箱中也設置了超速保護控制板。當柴油機的轉速超過額定轉速的15%（即1725rpm）時，系統(tǒng)自動切斷通向停車電磁閥的供電，使柴油機斷油停機，從而達到保護發(fā)電機組的功能。

1、柴油機超速斷油保護停車裝置

      柴油機超速斷油保護停車裝置包括配裝在柴油機燃油管路上的輸油泵、燃油濾清器、輸油泵、噴油泵之間經(jīng)聯(lián)接油管液密封聯(lián)接有由執(zhí)行器控制的二位四通換向閥，二位四通換向閥具有兩個工作位置和四個進出油通道；噴油泵配接有單向止回閥。當柴油機失控時，通過監(jiān)視裝置發(fā)出信號，二位四通換向閥具有改變供油方向，利用輸油泵的泵吸功能使噴油泵中的低壓油腔內(nèi)局部形成真空，使噴油泵內(nèi)失油，而阻斷向噴油咀提供壓力油，使氣缸內(nèi)缺油而不能燃燒，迫使柴油機轉速下降直至停機，從根本上杜絕了柴油機的超速事故的發(fā)生。

 

圖1  柴油機超速斷油保護裝置結構示意圖

圖2  柴油機超速斷油保護裝置原理圖

 

2、超速報警保護板面板結構

      柴油發(fā)電機組中的超速報警保護板，又名速度開關板。以3036453超速報警保護板為例，其主要為柴油發(fā)電機組提供了以下三個信號：

（1）曲軸停止（STOP CRANK）信號（啟機成功）：

      起動到300rpm，上部13燈亮，柴油機引爆，升到怠速（625rpm~700rpm），對柴油機預潤滑、預熱，為高速和加載作準備。

（2）并車允許（PARALLELING）信號：

      怠速3min~5min后，開關扳到RUN位，轉速升到1450mpm以上，中燈L2亮，為并車提供基本條件，調(diào)動微調(diào)電位計可與外電同步并車。

（3）超速保護（OVERSPEED）信號：

      當發(fā)電機組故障、發(fā)生飛車、轉速超過1725rpm時，下燈L1亮，并自動停車。但紅燈繼續(xù)亮，必須關斷24V電源后燈才能熄滅，才能重新開機。

3、超速報警保護板工作原理

      超速報警保護板安裝位置如圖2所示，其工作原理是轉速傳感器接收到柴油機的轉速信號，經(jīng)頻率→電壓變換器（F/V）轉換成相應的電流信號、ABCD電阻產(chǎn)生電壓。和設定的電位器（CW）比較，在相應轉速上繼電器動作，發(fā)出燈指示，繼電器觸點供外電路使用。

      柴油機機型不同，飛輪齒數(shù)不同，轉速傳感器感應脈沖數(shù)也不同。為了補償差異，超速板內(nèi)有4組切換電阻，通過A、B、C、D插腳引出，在大底板上采用剪留三根跳線J3、J4、J5來解決。對K系列康明斯柴油機而言，飛輪號為0，齒數(shù)為142，留用J4跳線。

 

圖3  康明斯柴油機3036453超速報警保護板

圖4  柴油機超速停機保護裝置安裝位置

 

4、超速報警保護板的使用與調(diào)整

（1）超速報警保護板的設定

      超速報警保護板中三套設定電位器，可以改變繼電器動作所對應的轉速，即起動成功，并車允許、超速保護。正旋為整定值上升，反之為下降。如果發(fā)電機組經(jīng)常出現(xiàn)超保護，而實際并非故障時，正調(diào)OVERSPEED ADJUST少許，即可解決。這主要是整定值太小的緣故。

（2）超速報警保護板的調(diào)整

      在正常情況下打開電源時，超速板上沒有燈亮。在超速板右下方，有一個按鈕OVERSPEED TEST，是模擬超速保護的。高速運行時，按下此按鈕，如果報警停機，表明超速板的保護繼電器是正常的。柴油發(fā)電機組出廠時，不一定進行超速保護測試，一般不進行超速保護值的整定，因此柴油發(fā)電機組進段后，最好進行保護數(shù)據(jù)的整定。為了防止柴油機在飛車時不能起到保護作用而造成不必要的損失，可采取以下方法來調(diào)整保護值：

① 將超速板中的OVERSPEEDADJUST整定旋鈕正旋少許。

② 起機后，通過RUN SPD調(diào)升空在轉速到1725rpm:

③ 將整定電位器慢慢反旋至保護動作，OVERSPEED紅燈亮停車。

④ 重起后，再將空車轉速調(diào)回正常1500 pm位置。

4、超速保護裝置失效后的應急方法

      一旦出現(xiàn)“飛車”，而超速保護系統(tǒng)又失效的情況下，必須要采取緊急措施，設法立即熄火（截斷噴油泵的進油和空氣濾清器的進氣），避免發(fā)生機器報廢或造成傷亡的嚴重事故。

（1）切斷油路

      即將油門拉到停機位置，關掉油門開關。但由于產(chǎn)生飛車的多數(shù)原因是油門失去對油泵柱塞控制，并且在低壓油路中尚有存油，這種措施往往不能很快使柴油機停機。如果擰開高壓油管連接螺帽，使柴油機立即“斷油”，大多數(shù)情況可以迅速停機。

（2）切斷氣路

      對柴油機來說，一般進氣管道較小，可直接用棉衣等物包住空氣濾清器，或將空氣濾清器迅速拆下，直接堵住進氣口。在任何情況下，只要確實堵住進氣通路，都可以迅速停機。

 

總結：

      柴油機飛車是一種嚴重的故障，可能會導致柴油機轉速迅速增加，超出正常工作范圍，造成嚴重的機械損傷和安全事故。因此，一旦發(fā)生飛車，應立即采取緊急措施，以防止進一步損壞。而加裝超速保護裝置是柴油發(fā)電機組三級停機保護中的一個重要功能，其功能的好壞將直接影響發(fā)電機組的安全、正常運行。切實掌握柴油機超速保護裝置的工作原理和必要應急處理知識是十分必要的，將有助于柴油發(fā)電機組的安全正常運行。

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