海外華龍一號核電站柴油機(jī)拉缸問題研究

殷明 江穎青 郭志遠(yuǎn)

摘? ?要：本文首先闡述“華龍一號”核電站柴油機(jī)的重要性，對柴油機(jī)最常見的拉缸現(xiàn)象的相關(guān)損傷定義進(jìn)行說明，并提出各類拉缸現(xiàn)象的診斷依據(jù)。隨后從核電站柴油機(jī)制造到使用壽期的六個(gè)階段，分階段分析導(dǎo)致柴油機(jī)拉缸的主要因素大類。最后對“華龍一號”核電站柴油機(jī)預(yù)防此問題提出了六項(xiàng)建議措施并進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：核電站柴油機(jī)? 拉缸原理? 拉缸診斷? 原因分析? 預(yù)防措施

中圖分類號：F426.23? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（a）-0073-02

1? 概述

“華龍一號”核電站柴油機(jī)作為安全保護(hù)電源，其安全可用性關(guān)乎核電站的核安全。拉缸是柴油機(jī)中最容易出現(xiàn)的故障，輕度拉缸易減低柴油機(jī)的使用壽命，嚴(yán)重拉缸將導(dǎo)致缸套與活塞咬死，直接影響核電站的安全發(fā)電。因此柴油機(jī)拉缸問題一直以來都是核電站最為關(guān)注的問題之一。

2? 柴油機(jī)拉缸介紹

2.1 缸套工作環(huán)境

柴油機(jī)活塞運(yùn)行時(shí)平均速度較高，導(dǎo)熱時(shí)間及油環(huán)刮油時(shí)間較短。柴油機(jī)缸套內(nèi)表面加工經(jīng)歷了從精車到珩磨的轉(zhuǎn)變過程，珩磨缸套內(nèi)表面的溝槽（珩磨網(wǎng)紋）提高了表面的儲油性，在確保活塞運(yùn)動(dòng)順滑的同時(shí)，微觀上形成一個(gè)開放性的粗糙結(jié)構(gòu)，保證缸壁的儲油能力，確保油膜的穩(wěn)固，從而大幅減少摩擦、降低磨損并保證良好的散熱性[1]。

2.2 拉缸的定義

由于油膜變薄或遭到破壞，柴油機(jī)活塞組件與氣缸套配合工作面之間相互產(chǎn)生強(qiáng)烈的干摩擦作用，在工件表面產(chǎn)生過度的磨損、拉傷、劃痕、裂紋或抱死的現(xiàn)象便稱之為拉缸。

3? 柴油機(jī)拉缸診斷

柴油機(jī)缸套與活塞環(huán)之間的磨損是必然存在，磨損率大于設(shè)計(jì)值便屬于異常情況，拉缸在檢查氣缸壁內(nèi)側(cè)呈現(xiàn)出的現(xiàn)象通常是線條狀劃痕、片狀磨損或缸壁組織黏著。合理提前識別并判斷異?，F(xiàn)象是對核電站柴油機(jī)正確管理使用、提高可靠性、經(jīng)濟(jì)性和延長使用壽命的首要解決問題。

3.1 拉缸時(shí)的征兆

柴油機(jī)在出現(xiàn)拉缸問題時(shí)，通常表現(xiàn)為以下幾種情況：

（1）氣缸冷卻水出口溫度和活塞冷卻液出口溫度明顯升高。

（2）早期可以聽到活塞環(huán)與氣缸壁之間干摩擦的異常聲響。

（3）曲軸箱溫度壓力升高，甚至有煙氣排出。

（4）發(fā)生拉缸的單缸有輕微敲擊聲發(fā)出。

（5）柴油機(jī)排煙顏色變黑。

3.2 拉缸早期識別與判斷

（1）線狀磨損。

柴油機(jī)拉缸早期通常在缸壁內(nèi)側(cè)都會呈現(xiàn)出單線狀磨損或多線狀磨損情況。單線狀磨損情況第一首先判斷劃痕深度是否大于珩磨網(wǎng)紋的深度，如大于網(wǎng)紋深度，該區(qū)域油膜將持續(xù)受到破壞，長期的運(yùn)行下拉缸情況會愈發(fā)嚴(yán)重，故此情況應(yīng)判斷為拉缸。

如單線劃痕小于網(wǎng)紋深度，則查看單線劃痕是否有可觸感的毛刺存在。出現(xiàn)高于缸套珩磨網(wǎng)紋的毛刺時(shí)，會使活塞環(huán)和缸套直接接觸。高點(diǎn)的存在會造成缸套和活塞環(huán)的劃傷，磨平后的高點(diǎn)也有可能會阻斷潤滑油膜，引發(fā)后續(xù)更嚴(yán)重的損壞。因此在出現(xiàn)高于缸壁網(wǎng)紋的毛刺時(shí)，也應(yīng)被判定為拉缸。除上述情況外屬正常磨損可以繼續(xù)使用。

孤立的線條或劃痕之間的最小距離不小于劃痕的10倍寬度的屬于多線狀磨損，其判斷依據(jù)與上述單線損傷相同，需對每條劃痕進(jìn)行評判。

（2）片狀磨損。

密集的線條或呈現(xiàn)片狀的痕跡即為片狀磨損。發(fā)現(xiàn)片狀磨損時(shí)檢查此區(qū)域的珩磨網(wǎng)紋是否清晰可見，若網(wǎng)紋模糊通常會造成竄氣，影響油膜形成，此情況應(yīng)判定為拉缸。此外判斷磨損面積是否大于總面積的1/10，磨損面積過大會進(jìn)一步發(fā)展到整個(gè)圓周表面，該情況也應(yīng)判定為拉缸。

（3）缸套與活塞粘著。

這是柴油機(jī)異常磨損較嚴(yán)重時(shí)的情況，通常伴隨有熱工參數(shù)異常、聲音、油氣異常等，此現(xiàn)象是比較嚴(yán)重的拉缸情況。

4? 導(dǎo)致核電站柴油機(jī)拉缸的一般原因

造成缸套拉缸的原因十分復(fù)雜，尤其是高強(qiáng)度化的核電站柴油機(jī)可能的因素更多。下面從華龍一號核電站柴油機(jī)的制造到最終使用的6個(gè)階段進(jìn)行分析，梳理影響或?qū)е吕椎某Ｒ娨蛩亍?/p>

4.1 零部件原因

缸套珩磨紋路尺寸不符合要求，網(wǎng)紋角過大，其油能力下降;網(wǎng)紋角過小，則影響油膜的均勻性，產(chǎn)生所謂的“燒機(jī)油”。另紋路的尖峰易與活塞環(huán)直接接觸，導(dǎo)致活塞環(huán)加快磨損。

4.2 制造裝配精度原因

制造廠對活塞連桿與曲軸的相對裝配位置，如活塞連桿裝上曲軸后在缸孔中的對中精度，缸套與活塞環(huán)的配合間隙等都會不同程度影響柴油機(jī)運(yùn)動(dòng)部件的工作。

4.3 系統(tǒng)成套原因

柴油機(jī)拉缸一般涉及潤滑油和冷卻水系統(tǒng)，如潤滑油系統(tǒng)在備機(jī)和運(yùn)行時(shí)的流量和壓力是否滿足潤滑和冷卻的要求等等。

設(shè)計(jì)選型的預(yù)供滑油泵流量過低，不能完全滿足日常的潤滑油備機(jī)循環(huán)的使用要求。冷卻水壓力、流量設(shè)計(jì)不足，將不足以帶走氣缸做功產(chǎn)生的部分熱量。

4.4 運(yùn)行調(diào)試原因

在柴油機(jī)出廠后運(yùn)行使用階段，包括系統(tǒng)調(diào)試、機(jī)組投用過程中主要有以下幾個(gè)原因。

（1）潤滑油、燃油油品不符合要求。

滑油粘度不滿足要求或劣質(zhì)燃油經(jīng)噴油器噴射后的霧化質(zhì)量差，產(chǎn)生的不完全燃燒物有一些混入氣缸壁的潤滑油中使活塞環(huán)卡澀造成拉缸[2]。

（2）冷卻水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)或系統(tǒng)中存在較多的氣泡

冷卻水質(zhì)不良，將引起柴油機(jī)氣缸水套和冷卻水管結(jié)垢，易導(dǎo)致氣缸壁局部換熱不均勻，降低冷卻效果。

4.5 運(yùn)輸儲存、保養(yǎng)維護(hù)原因

運(yùn)輸儲存環(huán)境以及后期的維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)也極易引發(fā)拉缸現(xiàn)象：

（1）儲存環(huán)境不佳，灰塵、易腐蝕顆粒進(jìn)入柴油機(jī)對外管系，或運(yùn)輸前未按標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)備進(jìn)行油封，導(dǎo)致機(jī)內(nèi)燃燒室銹蝕或機(jī)體內(nèi)部銹蝕。

（2）濾清器保養(yǎng)不良，濾芯未及時(shí)更換。長期不做清理保養(yǎng)，積碳導(dǎo)致噴油器滴油、霧化不良等故障。

5? 核電站柴油機(jī)預(yù)防拉缸的措施

5.1 零部件加工及裝配控制

加強(qiáng)核電站柴油機(jī)設(shè)備制造過程中的質(zhì)量管理工作，嚴(yán)格按程序文件執(zhí)行，提高制造與裝配精度要求。進(jìn)一步加強(qiáng)對供應(yīng)商的核安全文化宣貫，加強(qiáng)“技術(shù)交底”工作的監(jiān)督、檢查力度。

5.2 避免惡劣工況

盡量避免多次超速、超負(fù)荷、突然加速、突加負(fù)荷或長時(shí)間空載運(yùn)行等惡劣運(yùn)行工況。啟動(dòng)前檢查曲軸箱油位、冷卻水位。檢查柴油機(jī)預(yù)熱溫度，保證啟動(dòng)時(shí)能建立起潤滑油膜。

5.3 清潔度控制

柴油機(jī)安裝管道沖洗、罐體清潔時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，確保清潔度達(dá)到柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)工況條件?？刂茝S房清潔度，避免造成空濾器堵塞，或者空氣質(zhì)量差，混入雜質(zhì)。

5.4 定期檢查油、水介質(zhì)

定期化驗(yàn)潤滑油，油底殼中的滑油收到燃燒室泄漏的高溫燃?xì)獾奈廴荆菀鬃冑|(zhì)。定期對潤滑油化驗(yàn)，更換不合格的潤滑油。定期化驗(yàn)冷卻水品質(zhì)，如水質(zhì)條件硬度高，須加入冷卻水處理劑。

5.5 提高管理人員故障應(yīng)變能力

及時(shí)診斷拉缸現(xiàn)象是首要解決的問題，運(yùn)維人員如能早期發(fā)現(xiàn)和做出正確的應(yīng)對措施，將大幅度地降低拉缸故障所造成的損害程度。加強(qiáng)海外柴油機(jī)運(yùn)維人員的技能培訓(xùn)，建議“華龍一號”核電現(xiàn)場以三個(gè)月為周期使用內(nèi)窺鏡對氣缸內(nèi)壁進(jìn)行檢查，并進(jìn)行氣缸壁檢查與評判。

5.6 專業(yè)團(tuán)隊(duì)大修維護(hù)

柴油機(jī)大修建議請專業(yè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行，更換活塞環(huán)部件注意安裝方向、順序并保證氣密性，大修后按規(guī)定程序進(jìn)行磨合，磨合完成用內(nèi)窺鏡檢查缸套表面是否濕潤、光亮、無油污。

6? 結(jié)語

拉缸現(xiàn)象是核電站柴油機(jī)故障中發(fā)生較為頻繁、引發(fā)后果較為惡劣的故障之一。特別是海外核電站現(xiàn)場的環(huán)境惡劣，各方面的管理控制更為艱難。因此要重視這一問題，結(jié)合實(shí)際情況做好預(yù)防措施，盡早根據(jù)征兆做出判斷，在故障惡化之前將問題消滅，從而保證“華龍一號”核電站柴油機(jī)的安全可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 梁全順.柴油機(jī)氣缸套內(nèi)表面平臺珩磨網(wǎng)紋技術(shù)的探討[J].內(nèi)燃機(jī)車，2001（11）：18-21.

[2] 陳安之.潤滑油變質(zhì)對發(fā)動(dòng)機(jī)的危害與預(yù)防措施[J].潤滑與密封，2003（2）：98-99.

[3] 楊志業(yè).核電站大型柴油機(jī)噴油提前角檢測優(yōu)化[J].機(jī)電信息，2019（18）：71，73.