PA6B型柴油發(fā)電機組啟動超時問題的分析和處理

核電應急柴油發(fā)電機組在機組出廠試驗(FAT)中有一項試驗是單排連續(xù)啟動，具體要求為：機組啟動空氣瓶在不補充氣源的條件下，單排連續(xù)啟動5次，每次都須在10S內達到額定電壓和轉速。但PA6B型機組常會出現啟動時間超出10s的情況。針對該問題本文簡要介紹影響啟動性能的部件，并通過針對性的調整和排除查找問題原因，并進行驗證。一、機組啟動方式18PA6B型應急柴油發(fā)電機組的主機為V型18缸壓燃式柴油機，額定轉速為1000r/min，額定功率為6203kW，啟動方式為壓縮空氣啟動。柴油機A、B排各裝有一件空氣分配器，以達到單雙排肩動的效果，從而滿足核電冗余肩動的要求。機組的啟動采用電子調速器進行控制，此外柴油機上還裝有液壓執(zhí)行機構，可在電調故障時臨時使用。1、電子調速器控制原理電子調速器作為機組的“大腦”，直接控制液壓執(zhí)行機構。液壓執(zhí)行機構拉動油門齒條，控制油門開啟的大小，實現對機組轉速的控制和調節(jié)。圖1、表1分別為電調控制的原理圖和軟件設置參數。從圖1和表1中可看出：機組啟動階段T3之前屬于油門開度定量控制階段，T3之后進人PID控制階段，通過期望斜率設定參數執(zhí)行轉速控制。柴油機的啟動分為三個階段，第一階段當轉速在(T1，STI)時，電調會產生一個信號，并將該信號傳遞給執(zhí)行器，執(zhí)行器通過傳動機構產生一個與該信號相匹配的燃油齒條格數。當轉速升至(T2，ST2)時，同樣會產生一個相匹配的信號，此時，齒條數值會被限制，避免油門過大導致柴油機超速。當轉速升至(T3，ST3)時，調速器進入調速模式，轉速逐漸穩(wěn)定至額定轉速。表1為軟件內部相應(T1，STl)等數值的齒條參數設置點。STl的轉速設定值為20r／min，ST2的轉速設定值為250r／min，ST3的轉速設定值為450r／min，這些設定值均為經驗數值。2、啟動系統圖2為PA6B型柴油機啟動原理圖。如圖所示：單排啟動時，按下啟動按鈕，電磁閥帶電并打開，0.7MPa控制氣源由此進入并開啟主啟動閥，4MPa的啟動空氣旋即經由該閥被分為兩路，一路進入缸蓋上的啟動閥前端待命；另一路進入空氣分配器，并經分配器將啟動閥打開。此時啟動空氣通過缸蓋進入燃燒室，推動活塞連桿運動，驅動曲軸、凸輪軸旋轉，凸輪軸帶動安裝在凸輪軸端的空氣分配器分配盤旋轉，分配盤按照發(fā)火順序分別開啟各缸蓋啟動閥，使啟動空氣按照發(fā)火順序依次進入各燃燒室，推動活塞連桿運動，帶動柴油機旋轉。待轉速升至120r／min時，柴油機啟動成功，此時轉速傳感器將該轉速信號反饋至控制系統，控制系統切斷控制空氣，關閉主啟動空氣閥，柴油機啟動完成。二、啟動超時排查及處理圖3為FAT單排連續(xù)快啟試驗中最后一次試驗時的特性曲線。由圖可見：機組在12S時達到額定轉速1000r／min，不滿足試驗大綱規(guī)定的10S內達到額定轉速的要求。機組啟動系統零部件眾多，在查找問題原因時主要采用了經驗法加排除法。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，右側為燃油齒條，如圖4所示?；诮涷瀸Σ裼蜋C燃油齒條擺動情況進行檢查，同時錄制該部分啟動時的視頻并與以往的視頻進行對比，發(fā)現：該機燃油齒條格數達到30mm和20mm(與電子調速器中的兩個啟動臨界點設置數值基本對應)時所用時間均大于以往的機組。2、啟動空氣系統影響啟動時間的部件為：主啟動閥、缸蓋啟動閥、啟動空氣管路、空氣分配器及傳動系統。下文將對以上部件進行詳細介紹，并進行針對性的檢查和排除。（1）主啟動閥主啟動閥主要由三部分構成：電磁閥、執(zhí)行機構和閥體(圖5)。其動作原理為：接到啟動信號后，電磁閥帶電并打開，控制空氣經電磁閥進入執(zhí)行機構，執(zhí)行機構動作并將閥門打開。當接到關閉信號后，電磁閥關閉并切斷氣源，執(zhí)行機構內部彈簧動作并推動閥桿將閥門關閉。經計算，主啟動閥的響應時間要求為不大于30ms，且從0～100％開啟和100％～0關閉的時間不大于0.5S?，F場采用秒表分別在開機時對兩個主啟動閥的開啟和關閉時間進行實測，發(fā)現：一臺閥開啟時間大于0.5S。對其進行更換后，機組啟動時間在11S至12S間，略有好轉，仍不滿足要求。因主啟動閥本身參數已滿足要求，所以不再對其進行進一步處理。（2）缸蓋啟動閥缸蓋啟動閥為活塞連桿式滑閥，如圖6所示。壓縮空氣經分配器進入閥腔后，推動活塞壓縮彈簧使閥桿整體移動，啟動閥打開，壓縮空氣進入缸套；反之啟動閥關閉，并切斷4MPa氣路。缸蓋啟動閥打開的時間同樣會影響機組啟動時間，但受制于測量手段，且據以往經驗，該閥出現問題的可能性不大，所以暫將其排除。（3）啟動空氣管路啟動空氣管路對氣壓有一定的影響，氣壓越大則作用于活塞頭上的壓力越大，曲軸的轉速也就越高。盡管壓縮空氣氣壓恒定，設定值一般為4MPa，但使用中發(fā)現以下兩點會對機組啟動時間產生影響：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。二是管路彎制質量。該型柴油機上每排各有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，整體結構較為復雜，制作難度大。其布置如圖7所示。氣體經過管路就會有一定的沿程阻力損失，拐角處因阻力大損失會更大些。此時如果管子制作質量不高，折彎處不夠圓滑，阻力就更大，從而影響柴油機的啟動。檢查空氣管路的管徑和彎管處，發(fā)現：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象；進一步檢查確認系制作時使用不當工裝所致。圖8a)是采用不當工裝制作的管路，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。對壓扁的管路更換后，啟機多次，啟動時間多在10～11S間，仍不滿足要求。（4）空氣分配器試驗前曾因A排空氣分配器漏氣對其進行過更換，更換后該排啟動情況得到改善。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。檢查結果顯示貼合情況良好，滿足T藝文件中貼合度大于75％且應連續(xù)不斷的要求。（5）傳動系統該機組采用電子調速器控制轉速，液壓執(zhí)行機構在其控制下輸出扭矩，通過傳動機構拉動高壓油泵齒條動作，實現對噴油量的控制，最終達到對轉速的調節(jié)和控制。該部分傳動機構主要有兩部分：縱橫向傳動部分(圖11)及液壓執(zhí)行機構與橫向機構問的傳動部分(圖12)。該兩處影響啟動的因素主要是部件的裝配位置和裝配尺寸?？v橫向傳動機構分別安裝于柴油機自由端上部和柴油機凸輪軸窗口內，檢查難度較大；另外由于柴油機的排溫、最高燃燒壓力等運行參數均正常，初步判斷其發(fā)生故障的可能性不大。對傳動部件的靈活性進行了檢查，同時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)現兩個問題：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)行機構上搖臂的初始角略大(工藝文件要求為30°)。針對以下問題對彈性連接桿進行淵整，使其與工藝文件要求一致。調整后開啟機組，進行單排連續(xù)5次啟動試驗，啟動時間均在10S內。為確認問題是否得到徹底解決，再次進行了多次單排連續(xù)啟動試驗，啟動時間均符合大綱要求。三、結論綜上，造成此次機組啟動超時問題的原因有兩點：一是管路的制作質量不達標；二是液壓執(zhí)行機構與橫向拉桿間傳動機構內部分部件未裝配至預期位置，導致啟動過程(及其后過程)噴油量小于柴油機設計預期。其中第二點