于洋 華樹明

【摘??要】本文基于核電廠18PA6B柴油發(fā)電機組低壓燃油系統(tǒng)發(fā)生的增壓泵103PO頻繁啟動問題，結(jié)合燃油系統(tǒng)管路內(nèi)壓力波動特性，詳細全面的分析了系統(tǒng)中導致壓力異常波動觸發(fā)增壓泵頻繁啟動的各種因素，并結(jié)合現(xiàn)場試驗驗證數(shù)據(jù)分析，對后續(xù)日常工作中該類問題分析和迅速處理有著積極借鑒參考意義。

【關(guān)鍵詞】柴油發(fā)電機組;低壓燃油;壓力波動;增壓泵;頻啟

1.柴油機燃油系統(tǒng)簡述

燃油系統(tǒng)的任務是根據(jù)柴油機的運轉(zhuǎn)工況，在最佳時刻，在預定的時間內(nèi)，將一定數(shù)量的燃油，以一定的壓力，霧狀形態(tài)噴入氣缸內(nèi)，以便與進入氣缸內(nèi)的空氣充分混合燃燒，使燃料的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)功率輸出，故穩(wěn)定的燃油供給至關(guān)重要。

然而，柱塞式高壓油泵間歇性供油特征，使得低壓燃油回路不可避免的產(chǎn)生燃油波動。燃油波動也會引發(fā)管路振動，當壓力波振動頻率與系統(tǒng)管路的固有頻率接近時，就會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，近而造成疲勞損壞，故通常對系統(tǒng)壓力波動是有嚴格要求的，本機型上游文件中對系統(tǒng)平均壓力要求為3.5±0.25bar。

低壓燃油回路包含設備：燃油增壓泵103PO、機載燃油泵104PO、自凈式燃油過濾器、止回閥、截止閥、儀表（111SP控制103PO啟停＼153MP監(jiān)測燃油進機壓力）及其附件（儀表前置阻尼器）、A/B蓄能器、超速滑閥、壓差指示器、自力式壓力調(diào)節(jié)閥100VF、其他管路附件等。

1.1.低壓燃油系統(tǒng)中燃油輸送

103PO（燃油增壓泵）/104PO（機載燃油泵）為燃油注油器提供燃油，正常情況下，由機載燃油泵104PO提供一個正常的燃油流量，在柴油機啟動初期以及機載泵104PO失效情況下，103PO（燃油增壓泵）啟動并給柴油機提供燃油。低壓燃油系統(tǒng)采用的輸油泵多為具備穩(wěn)定輸出的齒輪泵。

1.2.燃油增壓泵的控制邏輯及技術(shù)參數(shù)

柴油機燃油增壓泵103PO的控制，103PO的啟動和停運是由111SP1開關(guān)來控制的，該開關(guān)布置在103PO的下游。當103PO泵下游管線壓力低于200Kpa時，103PO啟動。當103PO泵下游管線壓力高于200Kpa時，103PO停運。

2.故障分析

故障直接原因較為明確，導致出現(xiàn)油壓低報警原因為油壓波動曲線下移或油壓波動幅度變大，谷值超過報警值從而產(chǎn)生報警。為了便于近一步分析，現(xiàn)場重啟柴油機并對燃油進機壓力進行錄波，近而從壓力波動的產(chǎn)生（脈動源），到過程中波動的疊加，再到管路附件等因素進行波動產(chǎn)生分析，并結(jié)合抑制波動措施設備進行分析排查，最終通過燃油自凈式過濾器排污，111SP儀表阻尼器調(diào)整和100VF自力式壓力調(diào)節(jié)閥微調(diào)，消除故障。

2.1.壓力波動分析

1）脈動源：油管內(nèi)流動基本方程如下，其中輸油泵為流量穩(wěn)定的齒輪泵，故燃油系統(tǒng)進口與出口壓力邊界為恒定壓力，高壓油泵為柱塞泵，其往復運動并從低壓燃油系統(tǒng)吸油和回油，將對低壓系統(tǒng)造成擾動，阻力系數(shù)等一定情況下，不難發(fā)現(xiàn)往復運動的高壓油泵是造成低壓燃油系統(tǒng)壓力波動的主要原因。

針對此故障我們對系統(tǒng)壓力波動信號進來行了數(shù)據(jù)采集，柴油機空載采集信號（時域信號、頻域信號）和帶載采集信（時域信號、頻域信號）。根據(jù)采集的壓力波動信號，可以較為容易判斷平均壓力是否存在異常，近而確定機載燃油泵輸送是否存在異常。本次采集無論柴油機空載還是帶載平均壓力較穩(wěn)定，帶載時系統(tǒng)的平均壓力穩(wěn)定在3.315bar滿足系統(tǒng)平均壓力要求為3.5±0.25bar，機載泵工作正常。

2）高壓油泵產(chǎn)生的脈動疊加

18PA6B機型存在18個缸頭對應18臺高壓油泵，60度夾角，按照如下發(fā)火順序工作，

A1-B4-A6-B9-A3-B5-A2-B1-A8

B6-A7-B3-A4-B2-A9-B8-A5-B7

從而使各高壓油泵按照一定相位差往復運行工作，各高壓油泵引發(fā)的壓力波動存在一定疊加，從加大對管路和設備的沖擊。

3）管路附件對壓力波動影響

低壓燃油系統(tǒng)管路附件包括單向閥、自力式壓力調(diào)節(jié)閥、自凈式燃油過濾器。在回路中對燃油產(chǎn)生流阻，當流截面積發(fā)生變化時，實現(xiàn)局部壓力調(diào)整。同時經(jīng)過各管路附件的固有頻率不同，當與系統(tǒng)脈沖頻率相同時，產(chǎn)生諧振，近而增加了系統(tǒng)脈動。

自凈式燃油過濾器具備反沖洗功能，故其上方設有附有排污口，可以進行在線排污，若過濾器過濾能力下降，存在一定堵塞，對整個燃油系統(tǒng)存在一定影響。此次排查過程中我們對其進行了在線排污，排出一定的棉絮狀物，系統(tǒng)壓力排出前后如下圖所示，壓力波動幅度有一定降低，影響較小。

2.2.低壓燃油系統(tǒng)上采取的壓力波動抑制措施

本系統(tǒng)中采用的壓力波動抑制措施主要是采用蓄能器和節(jié)流孔板。此外，設計上也可考慮增加管路直徑的方法抑制波動。

蓄能器采用皮囊填充結(jié)構(gòu)，流體經(jīng)過蓄能器后改變了流體的剛度與阻尼，近而降低流體波動幅度，吸收脈動。本次對檢查蓄能器頂端皮囊監(jiān)測無異常。

增大節(jié)流孔板對于壓力波動抑制作用較明顯，系統(tǒng)主要設置在回油管線上，流體流經(jīng)節(jié)流孔板，孔板的局部阻力，使得流體能量損耗增加，該方式比采用調(diào)節(jié)閥門更經(jīng)濟和簡單。某試驗驗證節(jié)流孔板效果顯著，參數(shù)及對比表格如下，節(jié)流孔徑從1.0mm增至2.0mm，進油壓力波動最大波動幅度明顯下降，進油壓力均值降低10%，對大波幅降低43%，回油壓力均值波動不大。所以不難看出，節(jié)流孔板孔徑變，壓力波動幅度明顯變化。

增加低壓燃油管路直徑，相應的通過增加管路容積，某試驗表明其對壓力波動有一定衰減作用但不明顯，參考試驗數(shù)據(jù)如下，從數(shù)據(jù)和圖曲線中可明顯觀察改變直徑對壓力波動抑制效果不理想。

2.3.內(nèi)漏與外漏

外漏包括管道接頭、儀表接頭、管路附件密封件失效等，內(nèi)漏包括齒輪泵安全閥、齒輪間隙變大、逆止閥泄漏、背壓閥等。異常的外漏和內(nèi)漏，均會造成壓力曲線整體下移，造成壓力谷值超過2bar，從而引發(fā)增壓泵啟動。

綜上，通過低壓燃油系統(tǒng)給的排查和波形分析，103PO增壓泵的頻繁啟動和自力式壓力調(diào)節(jié)100VF的啟閉之間存在耦合現(xiàn)象現(xiàn)場通過在線排污、自力式壓力調(diào)節(jié)100VF微調(diào)、儀表阻尼器調(diào)整打破該耦合現(xiàn)象，最解決現(xiàn)場頻啟問題。

3.結(jié)論

高壓油泵往復運動吸油和回油是產(chǎn)生低壓燃油系統(tǒng)壓力波動的主要原因，當壓力波動異常時，應采用如下方法：

1）低壓燃油系統(tǒng)壓力錄波，確認平均壓力，分析泄漏情況和機載燃油泵供油效率是否下降。

2）低壓系統(tǒng)設備狀態(tài)排查，確認泄漏，高油泵出油管異常振動情況。

3）自凈式過濾器在線排污。

4）自力式壓力調(diào)節(jié)閥100VF微調(diào)。

5）111SP儀表阻尼器調(diào)整，增大阻尼，對采集信號濾波

經(jīng)實際驗證，在柴油機熱備期間，不影響設備可用性情況下，上述方法可迅速的消除低壓燃油系統(tǒng)壓力波動異常，確定故障點，縮短檢修時間。

此外，從對系統(tǒng)壓力波動的因素考慮優(yōu)化系統(tǒng)，有條件電站亦可通過系統(tǒng)改造，適當增加節(jié)流孔板孔徑、改變管徑、選用更為靈敏吸收能力更強的蓄能器到等方法降低壓力波動。

參考文獻：

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[2]郭立軍，浦衛(wèi)華?柴油機低壓系統(tǒng)壓力波動仿真?柴油機?2016年第四期

楊瑞軍?降低液壓系統(tǒng)壓力脈動方法?現(xiàn)代制造工程?2006（8）

（作者單位：廣西防城港核電有限公司）