PA6B型柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)超時(shí)問題的分析和處理

核電應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組在機(jī)組出廠試驗(yàn)(FAT)中有一項(xiàng)試驗(yàn)是單排連續(xù)啟動(dòng)，具體要求為：機(jī)組啟動(dòng)空氣瓶在不補(bǔ)充氣源的條件下，單排連續(xù)啟動(dòng)5次，每次都須在10S內(nèi)達(dá)到額定電壓和轉(zhuǎn)速。但PA6B型機(jī)組常會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)間超出10s的情況。針對(duì)該問題本文簡(jiǎn)要介紹影響啟動(dòng)性能的部件，并通過針對(duì)性的調(diào)整和排除查找問題原因，并進(jìn)行驗(yàn)證。一、機(jī)組啟動(dòng)方式18PA6B型應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的主機(jī)為V型18缸壓燃式柴油機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為1000r/min，額定功率為6203kW，啟動(dòng)方式為壓縮空氣啟動(dòng)。柴油機(jī)A、B排各裝有一件空氣分配器，以達(dá)到單雙排肩動(dòng)的效果，從而滿足核電冗余肩動(dòng)的要求。機(jī)組的啟動(dòng)采用電子調(diào)速器進(jìn)行控制，此外柴油機(jī)上還裝有液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可在電調(diào)故障時(shí)臨時(shí)使用。1、電子調(diào)速器控制原理電子調(diào)速器作為機(jī)組的“大腦”，直接控制液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)拉動(dòng)油門齒條，控制油門開啟的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)速的控制和調(diào)節(jié)。圖1、表1分別為電調(diào)控制的原理圖和軟件設(shè)置參數(shù)。從圖1和表1中可看出：機(jī)組啟動(dòng)階段T3之前屬于油門開度定量控制階段，T3之后進(jìn)人PID控制階段，通過期望斜率設(shè)定參數(shù)執(zhí)行轉(zhuǎn)速控制。柴油機(jī)的啟動(dòng)分為三個(gè)階段，第一階段當(dāng)轉(zhuǎn)速在(T1，STI)時(shí)，電調(diào)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，并將該信號(hào)傳遞給執(zhí)行器，執(zhí)行器通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)與該信號(hào)相匹配的燃油齒條格數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)速升至(T2，ST2)時(shí)，同樣會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相匹配的信號(hào)，此時(shí)，齒條數(shù)值會(huì)被限制，避免油門過大導(dǎo)致柴油機(jī)超速。當(dāng)轉(zhuǎn)速升至(T3，ST3)時(shí)，調(diào)速器進(jìn)入調(diào)速模式，轉(zhuǎn)速逐漸穩(wěn)定至額定轉(zhuǎn)速。表1為軟件內(nèi)部相應(yīng)(T1，STl)等數(shù)值的齒條參數(shù)設(shè)置點(diǎn)。STl的轉(zhuǎn)速設(shè)定值為20r／min，ST2的轉(zhuǎn)速設(shè)定值為250r／min，ST3的轉(zhuǎn)速設(shè)定值為450r／min，這些設(shè)定值均為經(jīng)驗(yàn)數(shù)值。2、啟動(dòng)系統(tǒng)圖2為PA6B型柴油機(jī)啟動(dòng)原理圖。如圖所示：?jiǎn)闻艈?dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，電磁閥帶電并打開，0.7MPa控制氣源由此進(jìn)入并開啟主啟動(dòng)閥，4MPa的啟動(dòng)空氣旋即經(jīng)由該閥被分為兩路，一路進(jìn)入缸蓋上的啟動(dòng)閥前端待命；另一路進(jìn)入空氣分配器，并經(jīng)分配器將啟動(dòng)閥打開。此時(shí)啟動(dòng)空氣通過缸蓋進(jìn)入燃燒室，推動(dòng)活塞連桿運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)曲軸、凸輪軸旋轉(zhuǎn)，凸輪軸帶動(dòng)安裝在凸輪軸端的空氣分配器分配盤旋轉(zhuǎn)，分配盤按照發(fā)火順序分別開啟各缸蓋啟動(dòng)閥，使啟動(dòng)空氣按照發(fā)火順序依次進(jìn)入各燃燒室，推動(dòng)活塞連桿運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)柴油機(jī)旋轉(zhuǎn)。待轉(zhuǎn)速升至120r／min時(shí)，柴油機(jī)啟動(dòng)成功，此時(shí)轉(zhuǎn)速傳感器將該轉(zhuǎn)速信號(hào)反饋至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)切斷控制空氣，關(guān)閉主啟動(dòng)空氣閥，柴油機(jī)啟動(dòng)完成。二、啟動(dòng)超時(shí)排查及處理圖3為FAT單排連續(xù)快啟試驗(yàn)中最后一次試驗(yàn)時(shí)的特性曲線。由圖可見：機(jī)組在12S時(shí)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速1000r／min，不滿足試驗(yàn)大綱規(guī)定的10S內(nèi)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的要求。機(jī)組啟動(dòng)系統(tǒng)零部件眾多，在查找問題原因時(shí)主要采用了經(jīng)驗(yàn)法加排除法。1、燃油齒條情況液壓執(zhí)行器和橫向拉桿座采用彈性拉桿連接，右側(cè)為燃油齒條，如圖4所示。基于經(jīng)驗(yàn)對(duì)柴油機(jī)燃油齒條擺動(dòng)情況進(jìn)行檢查，同時(shí)錄制該部分啟動(dòng)時(shí)的視頻并與以往的視頻進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)：該機(jī)燃油齒條格數(shù)達(dá)到30mm和20mm(與電子調(diào)速器中的兩個(gè)啟動(dòng)臨界點(diǎn)設(shè)置數(shù)值基本對(duì)應(yīng))時(shí)所用時(shí)間均大于以往的機(jī)組。2、啟動(dòng)空氣系統(tǒng)影響啟動(dòng)時(shí)間的部件為：主啟動(dòng)閥、缸蓋啟動(dòng)閥、啟動(dòng)空氣管路、空氣分配器及傳動(dòng)系統(tǒng)。下文將對(duì)以上部件進(jìn)行詳細(xì)介紹，并進(jìn)行針對(duì)性的檢查和排除。（1）主啟動(dòng)閥主啟動(dòng)閥主要由三部分構(gòu)成：電磁閥、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥體(圖5)。其動(dòng)作原理為：接到啟動(dòng)信號(hào)后，電磁閥帶電并打開，控制空氣經(jīng)電磁閥進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作并將閥門打開。當(dāng)接到關(guān)閉信號(hào)后，電磁閥關(guān)閉并切斷氣源，執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部彈簧動(dòng)作并推動(dòng)閥桿將閥門關(guān)閉。經(jīng)計(jì)算，主啟動(dòng)閥的響應(yīng)時(shí)間要求為不大于30ms，且從0～100％開啟和100％～0關(guān)閉的時(shí)間不大于0.5S。現(xiàn)場(chǎng)采用秒表分別在開機(jī)時(shí)對(duì)兩個(gè)主啟動(dòng)閥的開啟和關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行實(shí)測(cè)，發(fā)現(xiàn)：一臺(tái)閥開啟時(shí)間大于0.5S。對(duì)其進(jìn)行更換后，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間在11S至12S間，略有好轉(zhuǎn)，仍不滿足要求。因主啟動(dòng)閥本身參數(shù)已滿足要求，所以不再對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步處理。（2）缸蓋啟動(dòng)閥缸蓋啟動(dòng)閥為活塞連桿式滑閥，如圖6所示。壓縮空氣經(jīng)分配器進(jìn)入閥腔后，推動(dòng)活塞壓縮彈簧使閥桿整體移動(dòng)，啟動(dòng)閥打開，壓縮空氣進(jìn)入缸套；反之啟動(dòng)閥關(guān)閉，并切斷4MPa氣路。缸蓋啟動(dòng)閥打開的時(shí)間同樣會(huì)影響機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，但受制于測(cè)量手段，且據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，該閥出現(xiàn)問題的可能性不大，所以暫將其排除。（3）啟動(dòng)空氣管路啟動(dòng)空氣管路對(duì)氣壓有一定的影響，氣壓越大則作用于活塞頭上的壓力越大，曲軸的轉(zhuǎn)速也就越高。盡管壓縮空氣氣壓恒定，設(shè)定值一般為4MPa，但使用中發(fā)現(xiàn)以下兩點(diǎn)會(huì)對(duì)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間產(chǎn)生影響：一是管路的管徑。由伯努利方程(P+1／2pV2=常量)可推得：恒定壓強(qiáng)下管路通徑越大其壓力越大，反之則壓力越小。圖紙要求管路尺寸為中8mm×1mm。二是管路彎制質(zhì)量。該型柴油機(jī)上每排各有9根管段連接至分配器罩殼，采用空問布置，拐角多且不規(guī)則，整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，制作難度大。其布置如圖7所示。氣體經(jīng)過管路就會(huì)有一定的沿程阻力損失，拐角處因阻力大損失會(huì)更大些。此時(shí)如果管子制作質(zhì)量不高，折彎處不夠圓滑，阻力就更大，從而影響柴油機(jī)的啟動(dòng)。檢查空氣管路的管徑和彎管處，發(fā)現(xiàn)：所有管路管徑均符合圖紙要求，但部分管路存在拐角處被壓扁現(xiàn)象；進(jìn)一步檢查確認(rèn)系制作時(shí)使用不當(dāng)工裝所致。圖8a)是采用不當(dāng)工裝制作的管路，彎角處通徑面積大大減小，圖8b)是采用新工裝制作的管路，彎角處通徑無變化。對(duì)壓扁的管路更換后，啟機(jī)多次，啟動(dòng)時(shí)間多在10～11S間，仍不滿足要求。（4）空氣分配器試驗(yàn)前曾因A排空氣分配器漏氣對(duì)其進(jìn)行過更換，更換后該排啟動(dòng)情況得到改善。檢查B排空氣分配器(圖9)，主要檢查分配器盤(圖10)與分配器本體的貼合情況。檢查結(jié)果顯示貼合情況良好，滿足T藝文件中貼合度大于75％且應(yīng)連續(xù)不斷的要求。（5）傳動(dòng)系統(tǒng)該機(jī)組采用電子調(diào)速器控制轉(zhuǎn)速，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)在其控制下輸出扭矩，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)拉動(dòng)高壓油泵齒條動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油量的控制，最終達(dá)到對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)和控制。該部分傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有兩部分：縱橫向傳動(dòng)部分(圖11)及液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)與橫向機(jī)構(gòu)問的傳動(dòng)部分(圖12)。該兩處影響啟動(dòng)的因素主要是部件的裝配位置和裝配尺寸?？v橫向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分別安裝于柴油機(jī)自由端上部和柴油機(jī)凸輪軸窗口內(nèi)，檢查難度較大；另外由于柴油機(jī)的排溫、最高燃燒壓力等運(yùn)行參數(shù)均正常，初步判斷其發(fā)生故障的可能性不大。對(duì)傳動(dòng)部件的靈活性進(jìn)行了檢查，同時(shí)檢查了油泵齒條的裝配尺寸，均正常。之后檢查了彈性連接桿和搖臂(圖12)的裝配位置尺寸，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)問題：一，連接桿中心距(T藝文件要求為250mm)不滿足要求；二，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)上搖臂的初始角略大(工藝文件要求為30°)。針對(duì)以下問題對(duì)彈性連接桿進(jìn)行淵整，使其與工藝文件要求一致。調(diào)整后開啟機(jī)組，進(jìn)行單排連續(xù)5次啟動(dòng)試驗(yàn)，啟動(dòng)時(shí)間均在10S內(nèi)。為確認(rèn)問題是否得到徹底解決，再次進(jìn)行了多次單排連續(xù)啟動(dòng)試驗(yàn)，啟動(dòng)時(shí)間均符合大綱要求。三、結(jié)論綜上，造成此次機(jī)組啟動(dòng)超時(shí)問題的原因有兩點(diǎn)：一是管路的制作質(zhì)量不達(dá)標(biāo)；二是液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)與橫向拉桿間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)部分部件未裝配至預(yù)期位置，導(dǎo)致啟動(dòng)過程(及其后過程)噴油量小于柴油機(jī)設(shè)計(jì)預(yù)期。其中第二點(diǎn)