新聞主題	康明斯柴油機(jī)飛車原因及超速保護(hù)裝置原理

 

摘要：柴油機(jī)飛車現(xiàn)象是指轉(zhuǎn)速失去控制，大大超過額定轉(zhuǎn)速，柴油機(jī)劇烈振動，發(fā)出轟鳴聲，排氣管冒出大量黑煙或藍(lán)煙的故障表征。針對目前柴油發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中偶會產(chǎn)生超速保護(hù)的現(xiàn)象，康明斯公司在本文中通過加裝柴油機(jī)超速保護(hù)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(yīng)急處理等幾方面出發(fā)，詳細(xì)分析了柴油發(fā)電機(jī)超速保護(hù)裝置的實(shí)際應(yīng)用情況。

一、柴油機(jī)“超速飛車”現(xiàn)象的原因分析

 

      發(fā)生“飛車”后，隨著柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的增高，噴油泵柱塞與柱塞套間的漏損減小，進(jìn)入氣缸內(nèi)的柴油增加，導(dǎo)致柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速再增高，從而形成惡性循環(huán)。柴油機(jī)轉(zhuǎn)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(yùn)動加劇，負(fù)荷增大，超過其強(qiáng)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(yán)重危及柴油發(fā)電機(jī)組操作員的人身安全，嚴(yán)重影響柴油發(fā)電機(jī)組的正常供電。因此，柴油發(fā)電機(jī)一旦發(fā)生“飛車”，必須采取措施減短“飛車”時(shí)間減少損失。

1、噴油泵調(diào)速器原因

      正常情況下，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)的負(fù)荷變化時(shí)，調(diào)速器能自動調(diào)節(jié)噴油泵的供油量，使其轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定;反之，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷變化時(shí)，噴油泵的供油量不能做出響應(yīng)，即會發(fā)生“飛車”。噴油泵供油量不能隨負(fù)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(jī)油太多，機(jī)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(dāng)。

2、額外油料進(jìn)入燃燒室的原因

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

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

（3）增壓器油封損壞，機(jī)油進(jìn)入燃燒室；

（4）低溫起動裝置的電磁閥漏柴油，使其進(jìn)入氣缸。

 

二、超速飛車保護(hù)的解決方案

      由上述原因可知，飛車主要是柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)故障等原因，造成柴油機(jī)燃燒室燃油量供應(yīng)超量，一般發(fā)生在發(fā)電機(jī)組突卸負(fù)載時(shí)。為了應(yīng)對柴油機(jī)在突卸負(fù)載時(shí)發(fā)生超速飛車現(xiàn)象，在康明斯柴油機(jī)中，除PT燃油泵中設(shè)置了超速斷油保護(hù)裝置外，還應(yīng)在設(shè)備控制箱中也設(shè)置了超速保護(hù)控制板。當(dāng)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的15%（即1725rpm）時(shí)，系統(tǒng)自動切斷通向停車電磁閥的供電，使柴油機(jī)斷油停機(jī)，從而達(dá)到保護(hù)發(fā)電機(jī)組的功能。

1、柴油機(jī)超速斷油保護(hù)停車裝置

      柴油機(jī)超速斷油保護(hù)停車裝置包括配裝在柴油機(jī)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(gè)工作位置和四個(gè)進(jìn)出油通道；噴油泵配接有單向止回閥。當(dāng)柴油機(jī)失控時(shí)，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(jī)轉(zhuǎn)速下降直至停機(jī)，從根本上杜絕了柴油機(jī)的超速事故的發(fā)生。

 

圖1  柴油機(jī)超速斷油保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖2  柴油機(jī)超速斷油保護(hù)裝置原理圖

 

2、超速報(bào)警保護(hù)板面板結(jié)構(gòu)

      柴油發(fā)電機(jī)組中的超速報(bào)警保護(hù)板，又名速度開關(guān)板。以3036453超速報(bào)警保護(hù)板為例，其主要為柴油發(fā)電機(jī)組提供了以下三個(gè)信號：

（1）曲軸停止（STOP CRANK）信號（啟機(jī)成功）：

      起動到300rpm，上部13燈亮，柴油機(jī)引爆，升到怠速（625rpm~700rpm），對柴油機(jī)預(yù)潤滑、預(yù)熱，為高速和加載作準(zhǔn)備。

（2）并車允許（PARALLELING）信號：

      怠速3min~5min后，開關(guān)扳到RUN位，轉(zhuǎn)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(jì)可與外電同步并車。

（3）超速保護(hù)（OVERSPEED）信號：

      當(dāng)發(fā)電機(jī)組故障、發(fā)生飛車、轉(zhuǎn)速超過1725rpm時(shí)，下燈L1亮，并自動停車。但紅燈繼續(xù)亮，必須關(guān)斷24V電源后燈才能熄滅，才能重新開機(jī)。

3、超速報(bào)警保護(hù)板工作原理

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

      柴油機(jī)機(jī)型不同，飛輪齒數(shù)不同，轉(zhuǎn)速傳感器感應(yīng)脈沖數(shù)也不同。為了補(bǔ)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(jī)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(jī)3036453超速報(bào)警保護(hù)板

圖4  柴油機(jī)超速停機(jī)保護(hù)裝置安裝位置

 

4、超速報(bào)警保護(hù)板的使用與調(diào)整

（1）超速報(bào)警保護(hù)板的設(shè)定

      超速報(bào)警保護(hù)板中三套設(shè)定電位器，可以改變繼電器動作所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，即起動成功，并車允許、超速保護(hù)。正旋為整定值上升，反之為下降。如果發(fā)電機(jī)組經(jīng)常出現(xiàn)超保護(hù)，而實(shí)際并非故障時(shí)，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(bào)警保護(hù)板的調(diào)整

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

① 將超速板中的OVERSPEEDADJUST整定旋鈕正旋少許。

② 起機(jī)后，通過RUN SPD調(diào)升空在轉(zhuǎn)速到1725rpm:

③ 將整定電位器慢慢反旋至保護(hù)動作，OVERSPEED紅燈亮停車。

④ 重起后，再將空車轉(zhuǎn)速調(diào)回正常1500 pm位置。

4、超速保護(hù)裝置失效后的應(yīng)急方法

      一旦出現(xiàn)“飛車”，而超速保護(hù)系統(tǒng)又失效的情況下，必須要采取緊急措施，設(shè)法立即熄火（截?cái)鄧娪捅玫倪M(jìn)油和空氣濾清器的進(jìn)氣），避免發(fā)生機(jī)器報(bào)廢或造成傷亡的嚴(yán)重事故。

（1）切斷油路

      即將油門拉到停機(jī)位置，關(guān)掉油門開關(guān)。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(jī)停機(jī)。如果擰開高壓油管連接螺帽，使柴油機(jī)立即“斷油”，大多數(shù)情況可以迅速停機(jī)。

（2）切斷氣路

      對柴油機(jī)來說，一般進(jìn)氣管道較小，可直接用棉衣等物包住空氣濾清器，或?qū)⒖諝鉃V清器迅速拆下，直接堵住進(jìn)氣口。在任何情況下，只要確實(shí)堵住進(jìn)氣通路，都可以迅速停機(jī)。

 

總結(jié)：

      柴油機(jī)飛車是一種嚴(yán)重的故障，可能會導(dǎo)致柴油機(jī)轉(zhuǎn)速迅速增加，超出正常工作范圍，造成嚴(yán)重的機(jī)械損傷和安全事故。因此，一旦發(fā)生飛車，應(yīng)立即采取緊急措施，以防止進(jìn)一步損壞。而加裝超速保護(hù)裝置是柴油發(fā)電機(jī)組三級停機(jī)保護(hù)中的一個(gè)重要功能，其功能的好壞將直接影響發(fā)電機(jī)組的安全、正常運(yùn)行。切實(shí)掌握柴油機(jī)超速保護(hù)裝置的工作原理和必要應(yīng)急處理知識是十分必要的，將有助于柴油發(fā)電機(jī)組的安全正常運(yùn)行。

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