海外华龙一号核电站柴油机拉缸问题研究
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作者:殷明 江颖青 郭志远
摘 要：本文首先阐述“华龙一号”核电站柴油机的重要性，对柴油机最常见的拉缸现象的相关损伤定义进行说明，并提出各类拉缸现象的诊断依据。随后从核电站柴油机制造到使用寿期的六个阶段，分阶段分析导致柴油机拉缸的主要因素大类。最后对“华龙一号”核电站柴油机预防此问题提出了六项建议措施并进行总结。
关键词：核电站柴油机 拉缸原理 拉缸诊断 原因分析 预防措施
中图分类号：F426.23 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）10（a）-0073-02
1 概述
“华龙一号”核电站柴油机作为安全保护电源，其安全可用性关乎核电站的核安全。拉缸是柴油机中最容易出现的故障，轻度拉缸易减低柴油机的使用寿命，严重拉缸将导致缸套与活塞咬死，直接影响核电站的安全发电。因此柴油机拉缸问题一直以来都是核电站最为关注的问题之一。
2 柴油机拉缸介绍
2.1 缸套工作环境
柴油机活塞运行时平均速度较高，导热时间及油环刮油时间较短。柴油机缸套内表面加工经历了从精车到珩磨的转变过程，珩磨缸套内表面的沟槽（珩磨网纹）提高了表面的储油性，在确保活塞运动顺滑的同时，微观上形成一个开放性的粗糙结构，保证缸壁的储油能力，确保油膜的稳固，从而大幅减少摩擦、降低磨损并保证良好的散热性[1]。
2.2 拉缸的定义
由于油膜变薄或遭到破坏，柴油机活塞组件与气缸套配合工作面之间相互产生强烈的干摩擦作用，在工件表面产生过度的磨损、拉伤、划痕、裂纹或抱死的现象便称之为拉缸。
3 柴油机拉缸诊断
柴油机缸套与活塞环之间的磨损是必然存在，磨损率大于设计值便属于异常情况，拉缸在检查气缸壁内侧呈现出的现象通常是线条状划痕、片状磨损或缸壁组织黏着。合理提前识别并判断异常现象是对核电站柴油机正确管理使用、提高可靠性、经济性和延长使用寿命的首要解决问题。
3.1 拉缸时的征兆
柴油机在出现拉缸问题时，通常表现为以下几种情况：
（1）气缸冷却水出口温度和活塞冷却液出口温度明显升高。
（2）早期可以听到活塞环与气缸壁之间干摩擦的异常声响。
（3）曲轴箱温度压力升高，甚至有烟气排出。
（4）发生拉缸的单缸有轻微敲击声发出。
（5）柴油机排烟颜色变黑。
3.2 拉缸早期识别与判断
（1）线状磨损。
柴油机拉缸早期通常在缸壁内侧都会呈现出单线状磨损或多线状磨损情况。单线状磨损情况第一首先判断划痕深度是否大于珩磨网纹的深度，如大于网纹深度，该区域油膜将持续受到破坏，长期的运行下拉缸情况会愈发严重，故此情况应判断为拉缸。
如单线划痕小于网纹深度，则查看单线划痕是否有可触感的毛刺存在。出现高于缸套珩磨网纹的毛刺时，会使活塞环和缸套直接接触。高点的存在会造成缸套和活塞环的划伤，磨平后的高点也有可能会阻断润滑油膜，引发后续更严重的损坏。因此在出现高于缸壁网纹的毛刺时，也应被判定为拉缸。除上述情况外属正常磨损可以继续使用。
孤立的线条或划痕之间的最小距离不小于划痕的10倍宽度的属于多线状磨损，其判断依据与上述单线损伤相同，需对每条划痕进行评判。
（2）片状磨损。
密集的线条或呈现片状的痕迹即为片状磨损。发现片状磨损时检查此区域的珩磨网纹是否清晰可见，若网纹模糊通常会造成窜气，影响油膜形成，此情况应判定为拉缸。此外判斷磨损面积是否大于总面积的1/10，磨损面积过大会进一步发展到整个圆周表面，该情况也应判定为拉缸。
（3）缸套与活塞粘着。
这是柴油机异常磨损较严重时的情况，通常伴随有热工参数异常、声音、油气异常等，此现象是比较严重的拉缸情况。
4 导致核电站柴油机拉缸的一般原因
造成缸套拉缸的原因十分复杂，尤其是高强度化的核电站柴油机可能的因素更多。下面从华龙一号核电站柴油机的制造到最终使用的6个阶段进行分析，梳理影响或导致拉缸的常见因素。
4.1 零部件原因
缸套珩磨纹路尺寸不符合要求，网纹角过大，其油能力下降;网纹角过小，则影响油膜的均匀性，产生所谓的“烧机油”。另纹路的尖峰易与活塞环直接接触，导致活塞环加快磨损。
4.2 制造装配精度原因
制造厂对活塞连杆与曲轴的相对装配位置，如活塞连杆装上曲轴后在缸孔中的对中精度，缸套与活塞环的配合间隙等都会不同程度影响柴油机运动部件的工作。
4.3 系统成套原因
柴油机拉缸一般涉及润滑油和冷却水系统，如润滑油系统在备机和运行时的流量和压力是否满足润滑和冷却的要求等等。
设计选型的预供滑油泵流量过低，不能完全满足日常的润滑油备机循环的使用要求。冷却水压力、流量设计不足，将不足以带走气缸做功产生的部分热量。
4.4 运行调试原因
在柴油机出厂后运行使用阶段，包括系统调试、机组投用过程中主要有以下几个原因。
（1）润滑油、燃油油品不符合要求。 滑油粘度不满足要求或劣质燃油经喷油器喷射后的雾化质量差，产生的不完全燃烧物有一些混入气缸壁的润滑油中使活塞环卡涩造成拉缸[2]。
（2）冷却水水质不达标或系统中存在较多的气泡
冷卻水质不良，将引起柴油机气缸水套和冷却水管结垢，易导致气缸壁局部换热不均匀，降低冷却效果。
4.5 运输储存、保养维护原因
运输储存环境以及后期的维护保养不当也极易引发拉缸现象：
（1）储存环境不佳，灰尘、易腐蚀颗粒进入柴油机对外管系，或运输前未按标准对设备进行油封，导致机内燃烧室锈蚀或机体内部锈蚀。
（2）滤清器保养不良，滤芯未及时更换。长期不做清理保养，积碳导致喷油器滴油、雾化不良等故障。
5 核电站柴油机预防拉缸的措施
5.1 零部件加工及装配控制
加强核电站柴油机设备制造过程中的质量管理工作，严格按程序文件执行，提高制造与装配精度要求。进一步加强对供应商的核安全文化宣贯，加强“技术交底”工作的监督、检查力度。
5.2 避免恶劣工况
尽量避免多次超速、超负荷、突然加速、突加负荷或长时间空载运行等恶劣运行工况。启动前检查曲轴箱油位、冷却水位。检查柴油机预热温度，保证启动时能建立起润滑油膜。
5.3 清洁度控制
柴油机安装管道冲洗、罐体清洁时，应严格执行标准，确保清洁度达到柴油机运行时工况条件。控制厂房清洁度，避免造成空滤器堵塞，或者空气质量差，混入杂质。
5.4 定期检查油、水介质
定期化验润滑油，油底壳中的滑油收到燃烧室泄漏的高温燃气的污染，容易变质。定期对润滑油化验，更换不合格的润滑油。定期化验冷却水品质，如水质条件硬度高，须加入冷却水处理剂。
5.5 提高管理人员故障应变能力
及时诊断拉缸现象是首要解决的问题，运维人员如能早期发现和做出正确的应对措施，将大幅度地降低拉缸故障所造成的损害程度。加强海外柴油机运维人员的技能培训，建议“华龙一号”核电现场以三个月为周期使用内窥镜对气缸内壁进行检查，并进行气缸壁检查与评判。
5.6 专业团队大修维护
柴油机大修建议请专业团队进行，更换活塞环部件注意安装方向、顺序并保证气密性，大修后按规定程序进行磨合，磨合完成用内窥镜检查缸套表面是否湿润、光亮、无油污。
6 结语
拉缸现象是核电站柴油机故障中发生较为频繁、引发后果较为恶劣的故障之一。特别是海外核电站现场的环境恶劣，各方面的管理控制更为艰难。因此要重视这一问题，结合实际情况做好预防措施，尽早根据征兆做出判断，在故障恶化之前将问题消灭，从而保证“华龙一号”核电站柴油机的安全可靠运行。
参考文献
[1] 梁全顺.柴油机气缸套内表面平台珩磨网纹技术的探讨[J].内燃机车，2001（11）：18-21.
[2] 陈安之.润滑油变质对发动机的危害与预防措施[J].润滑与密封，2003（2）：98-99.
[3] 杨志业.核电站大型柴油机喷油提前角检测优化[J].机电信息，2019（18）：71，73.
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