故障檢查與技術維護

柴油發電機轉速忽高忽低的原因

 

摘要：柴油發電機組轉速不穩定通常外部負載造成的，專業術語即是發動機游車，也就是轉速不穩的意思。大部分出于調速器的問題，調速不靈敏，調速器殼體里機油加多了或者是機油粘稠會造成這種情況，齒條卡滯不靈活也會造成。柴油發電機在出現嚴重的運轉不穩故障時，將會對柴油發電機的可用壽命產生不良影響。康明斯公司在本文中就柴油發電機出現運轉不穩故障的規律性，從多個方面（調速器、燃油系統、工作器械的傳動等方面）對其發生故障的相關因素以及維修對策進行探討。

 

一、轉速不穩的故障表現及后果

 

      現代柴油機分為直噴和電噴機型，其轉速不穩的原因幾乎相同，故障診斷方法分別如圖1、圖2所示。

1、轉速不穩時的故障表現

      柴油發電機在出現轉速不穩的現象時，具有以下特點：

（1） 柴油發電機在轉速時忽高忽低，且具有一定的規律性，也就是俗稱的喘氣、頻率不穩。此類情況在柴油發電機采取低速運行措施時常會出現。

（2） 柴油發電機在轉速時忽高忽低，且無規律性。

（3）當柴油發電機的油門處于一定特定的位置時，機械會出現異常情況，例如轉速不穩定、機身擺動、機身發抖等。

2、轉速不穩時的不良后果

      柴油發電機若出現轉速不穩的情況，將會引起多種不良后果。

（1） 柴油發電機的轉速不穩使其在功率發揮上也受到一定的影響，并間接增加了柴油發電機的耗油量，增加經濟負擔。

（2）轉速不穩一定程度上使柴油發電機和其相配套的相關工作機械之間的穩定性出現問題，尤其是在柴油發電機擔當發電動力時，由于轉速不穩，將會到時其發出的電壓、電源頻率等存在不穩定的情況，如此一來，不僅會對用電設備以及用電儀器的正常運行產生影響，還阻礙了電網、機組等與柴油發電機的并網運行情況。

（3）轉速不穩障礙情況嚴重時，將會縮短機械的可用壽命。

3、轉速穩定性的主要條件

      在柴油發電機運行時，保持轉速穩定性的主要條件有：

（1）確保柴油發電機噴油器的霧化質量以及各循環系統之間的供油量等相同；

（2）由于調速器對于柴油發電機的轉速可起到自動調節作用，當外界的負荷情況發生改變時，調速器會根據其變化情況會對柴油發電機的供油量進行調整，以保證柴油發電機在轉速時的穩定性，因此需確保柴油發電機中調速器的靈敏性。

（3）需確定柴油發電機的飛輪足以貯藏慣性力，以確保柴油發電機轉速的穩定性。

 

圖1  直噴柴油機轉速不穩故障原因示意圖

圖2  電噴柴油機轉速不穩故障診斷框圖

 

二、轉速不穩的原因

 

      一臺柴油發電機若處于正常運轉的狀態時，只要工況穩定，其各個循環做功時均是相同的，因而在轉運方面也應該為穩定狀態。當若各循環做功存在差異性，則會導致機械在轉速上具有忽快忽慢的情況。

1、燃料系統方面的原因

      以康明斯柴油機為例，燃油系統組成如圖3所示，噴油泵結構如圖4所示。

（1） 燃油系統進空氣

      燃油系統中存在空氣與水時，會引起氣阻現象與水阻現象，導致柴油發電機在供油時出現斷斷續續、時多時少的不良現象，使各個循環做功之間存在差異性，轉速時快時慢，達不到柴油發電機保持穩定轉速所要求的主要條件。

（2） 偶件卡滯

      柴油的噴油偶件（例如噴油泵齒條、噴油泵柱塞、噴油器針閥等）出現卡滯時也會導致才柴油發電機的各個循環出在供油方面、霧化質量方面出現不均勻的情況，達不到柴油發電機保持穩定轉速所要求的主要條件，因而產生轉速不穩定的故障。

（3） 偶件磨損

      柴油發電機的噴油偶件（例如噴油泵柱塞、噴油器針閥、出油閥等）出現嚴重的磨損情況，會引起柴油發電機的供油故障，例如供油數量忽大忽小、霧化質量不均勻、供油不規律等，達不到柴油發電機保持穩定轉速所要求的主要條件，因而產生轉速不穩定的故障。

（4） 霧化不良

      噴油器的霧化質量不好，具有出油閥的減壓容積不足、高壓油管的阻力過大等缺陷，導致柴油發電機在運行期間，噴油器出現多種不良現象，例如滴漏現象、多次噴射、隔次噴射等，影響柴油發電機的轉速。

（5） 供油壓力不一致

      多缸柴油發電機的柱塞副、出油閥副以及分泵滾輪磨損造成各缸供油壓力不一致，而噴油泵調整不當會引起供油量不一致，此時應在試驗臺上重新調整。此外，多缸柴油發電機某氣缸缸墊燒損或氣門密封不好、活塞環過度磨損等使氣缸壓縮不良或不工作，均會使柴油發電機轉速不穩定。

（6） 供油量過大

① 一些有頻率不穩現象的柴油發電機，當把高壓油管接頭稍微松一下，讓柴油流掉一部分，實際供給柴油發電機燃油的供油量減少了，這時頻率不穩現象消除了。

② 把有頻率不穩現象的柴油發電機噴油泵拆下來，把噴油泵的齒圈向減少供油量的方向調整，也就是適當地減少了噴油泵的最大供油量，結果同樣會使頻率不穩現象減小或消除。

③ 多氣缸噴油泵使用過久引起磨損不等，造成各氣缸供油量不同：噴油器的工作有好有環，使發動機各氣缸產生的工作壓力有別，從而引起轉速不穩。噴油泵和噴油器的工作不良，導致調速器飛錘離心力大小也在不停地變化，連鎖反應使油量調節拉桿或控制齒桿也在某一范圍內左右往復運動，使各缸供油發生變化。

 

 

圖3  康明斯發動機PT燃油系統構成

圖4  柴油機燃油泵零件圖

 

2、調速器系統方面的原因

（1）調速器存油量過大

      調速器中存油量過大，加大了調速器飛鐵或是其他運動配件的工作阻力，而且其在運行上的不穩定，因此使調速器的靈敏性、均勻性等受到影響，使柴油發電機出現轉速不穩的故障。

（2）調速器的調速彈簧出現問題（例如彈性變小、斷裂以及變形等），導致調速器的靈敏性、均勻性等受到影響，使柴油發電機出現轉速不穩的故障。

（3）調速器零件磨損

      調速器飛鐵或是其他運動配件出現嚴重的磨損情況，或是具有卡滯現象，導致調速器的靈敏性、均勻性等受到影響，使柴油發電機出現轉速不穩的故障。

3、工作機械傳動性方面的原因

      柴油發電機在和工作機械等進行配套期間，柴油發電機之所以出現轉速不穩的故障，多是由于柴油發電機在故障時處于一個負荷突變的狀態，柴油發電機分別在空車運轉以及負荷遠轉中轉變，而調速器處呈動態調節的情況，在此情況下，柴油發電機無論是在運轉上還是聲音上，均是為不穩定的狀態”。

 

三、轉速不穩的處理措施

 

      在診斷柴油發電機的轉速故障時，同時是通過2個方法進行診斷，分別為聽診法與儀器法。在診斷中，若柴油發電機忽快忽慢的表現具有規律性，通常是調速器系統引起的故障。而在診斷中，若柴油發電機轉速波動多的表現無規律性，通常是燃油系統引起的故障。

1、確保燃料系統處于正常狀態

（1）排除燃油系統中的水與空氣，并清洗其柴油濾，以確保供油的通暢性。

（2） 若噴油系統具有污堵、漏油、滴油等不良情況，應對相關的配件進行檢修或是更換；

（3）對噴油器進行檢修，保證其霧化情況。

（4）對柴油發電機的噴油配件（例如噴油泵齒條、噴油泵柱塞、噴油器針閥等）進行檢修，若配件存在問題應及時修理或是更換.

（5）噴油泵中的油量調節齒具有松動情況時，應對各個缸的油量進行調整，并鎖緊螺釘，確保油缸的均勻性以及噴油泵的正常工作。

（6）當齒圈、齒桿等具有嚴重的磨損情況或是齒桿不靈活時，應更換相關的零件，并對齒桿采取檢修措施或是更換措施。

（7）若出油閥的彈簧斷了，或是閥卡死，應更換彈簧，并對出油閥的相關配件進行檢修。

2、對調速器進行檢修

      以康明斯柴油機為例，調速器的結構和原理分別如圖5、圖6所示。

（1）摩擦力過大

      調速器摩擦阻力過大，不靈活，各連接處“別勁”，這是頻率不穩最常見的原因。柴油發電機調速器摩擦阻力過大的處置方法如下：

① 調速杠桿偏上偏下，不在中間位置。這時，可在調速桿上加減墊片進行調整。

② 調速杠桿上下間隙過大或過小。這時可用墊片調整，使間隙為0.2～0.4 mm。

③ 調速滑盤的斜面對中心的不同軸度超差，使滑盤與鋼球偏磨。應換合格的調速滑盤。

④ 調速杠桿的兩爪φ8 mm圓弧面的高度不一致。這時可敲打一下調速杠桿爪.使高度一致。

⑤ 調速支架上裝鋼球的六個孔偏小.使鋼球活動受阻。這時，銼修一下即可。

⑥ 調速齒輪平面不平，使鋼球運動受阻。換合格的齒輪。

⑦ 有的在裝配調速齒輪軸時把軸頭打毛，使滑盤在軸上有阻力。這時，可把軸頭打毛處銼修平整。

⑧ 調速桿與齒輪室蓋的長孔配合過緊，使調速器不靈活。這時，可用鉸刀鉸修φ10長孔。

      為了預防柴油發電機頻率不穩，必須提高調速器和噴油泵的制造質量和裝配質量，以減小調速系統的摩擦阻力，提高調速性能。

（2）調速器游隙過大

      調速系統各連接處如果配合松曠，游隙過大，也會引起頻率不穩。游隙過大的處置方法如下：

① 平面推力軸承的平面至調速齒輪襯套平面的距離要求為50.5mm，如果小于此值易使頻率不穩。這時，可在調速滑盤外加鐵皮墊片，使該距離增加至50.5 mm。

② 由于柴油機長期使用，使調速杠桿的兩個φ8mm圓弧面磨損，與滑盤的游隙增大。這時，可在滑盤外加墊片.或把圓弧面焊高修好，或者敲打調速杠桿均可。

③ 調速齒輪平面被鋼球磨出凹坑，造成頻率不穩。這時，可在滑盤外加墊片，或更換齒輪。

④ 漏裝鋼球及平面推力軸承.應及時補裝。

⑤ 連接調速桿與調速杠桿的圓錐銷松動，應及時敲緊。

⑥ 噴油泵齒桿凸柄與齒桿配合松動.也會引起頻率不穩。應修好或換件。

（3）其他原因

① 檢修調速器的所有零件，保證其正常運行。

② 將調速器中多余的機油排出。

③ 若調速器的運動件磨損嚴重，則及時更換。

④ 檢修或是更換出現問題的彈簧。

⑤ 飛鐵襯套若具有嚴重的磨損情況，需及時更換新的。

3、檢修工作機械傳動性情況

      嚴謹嚴查柴油發電機和工作機械的傳動情況，確保兩者的連接情況良好，且離合自如。

 

圖5  康明斯PT泵VS調速器結構圖

圖6  康明斯PT燃油泵調速器原理圖

 

總結：

      柴油發電機在處于正常運轉的狀態時，在調速器所具備的自動調節功能支撐下，柴油發電機在轉速時是穩定的，其波動率不超過0.5%。然而若在維修、實驗以及現場使用中，常有柴油發電機轉速不穩定的情況，使柴油發電機無法充分發揮其功率，進而間接增加了在油耗上的經濟負擔，故障嚴重時甚至會對機械的可用壽命產生不良影響。因此對柴油發電機出現轉速故障的原因進行探討十分重要，用戶可根據現場故障參照本文的預防對策。

 

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