DF11、DF4D機車燃油壓力低原因分析與對策

孫延文，黃棟梨

（1 上海鐵路局 杭州機務段，浙江杭州310008）

自2005年以來，杭州機務段DF11、DF4D型客機隨列車交路優(yōu)化、機車油箱常處于低油位下出現(xiàn)的燃油壓力低故障，曾嚴重困擾過機務段運用安全和檢修生產(chǎn)。2005—2008年間，每年都發(fā)生燃油壓力低的機破事故；因途中燃油壓力低換濾芯的碎修率高達4.6臺／10萬km。在現(xiàn)場，發(fā)生燃油壓力低的都處于過低油位運行，濾芯上都有大量棕褐色黏稠物和積聚物。更換濾芯后，燃油壓力正常。對此，我們采取過縮短周期的定期更換濾芯等制度，但效果不明顯。我們采取了從燃油入口的治本措施，取得了積極防治效果。但隨跨鐵路局輪乘方式變化，杭州機務段機車多數(shù)加用外機務段上油點的燃油，這又使原對策失去作用，從而使解決過的問題再次抬頭，并難處理。另悉，近幾年其他機務段也頻發(fā)兩種機型途中燃油壓力低故障，現(xiàn)場反應大。

為此，筆者認為這兩種機型在低油位下以及原設計燃油泵吸口流量不足引發(fā)燃油壓力低的共性問題，需引起重視，有必要從跨鐵路局輪乘大整備作業(yè)技術要求來探討故障的發(fā)生必然性和從源頭治理的必要性。

1 原因分析

2006-06杭州機務段化驗部門曾對2006-04—06發(fā)生6次與7次途中燃油壓力低的DF11-0406、DF4D-3283機車的濾芯積聚物進行分離。分離出金屬磨粒、機械雜質(zhì)（簡稱機雜）和燃油實際膠質(zhì)3種成分。按照化驗測試方法辨認出，金屬磨粒是來自機車燃油系統(tǒng)部件的磨損物；雜質(zhì)是從煉油廠輕柴油罐車底部、儲運作業(yè)攜帶進機車油箱；而膠質(zhì)是在儲運管道中柴油自氧化結果。對濾芯存在這些成分的原因分析如下：

（1）鐵路現(xiàn)場燃油自氧化生成膠質(zhì)的影響

積聚物堵塞濾芯原因之一是現(xiàn)場燃油自氧化生成膠質(zhì)的影響。我國鐵路輕柴油主要是催化裂化成分，其加工過程中烷烴和環(huán)烷烴受熱分解成不飽和的烯烴和二烯烴。這些烷烴在儲運中遇有空氣中氧的情況下，特別容易發(fā)生自氧化作用而生成膠質(zhì)。這種膠質(zhì)具有復雜分子結構，顏色為紅暗褐色，呈黏稠液體或半固體物質(zhì)，密度約為1.0～1.1g／cm3，平均分子量為600～1000，著色能力強，易分解。在鐵路現(xiàn)場，當氣溫越高，其自生成膠質(zhì)也越多，柴油顏色也越深。燃油中膠質(zhì)過多，會直接堵塞燃油濾清器和管路；黏稠膠質(zhì)沉積在噴油器上，在高溫下會分解積炭，影響燃燒性能。

柴油中烴類氧化反應一般在常溫下進行。在反應初期，首先由于少數(shù)烴分子受光、熱或催化劑等的影響而生成自由基。自由基與氧作用，生成烴的過氧化物自由基，這些過氧化物自由基通過與新的烴分子作用，生成單烴基過氧化物，同時再生成自由基使鏈傳播下去［2］。

隨著反應加深，烴基過氧化物不斷分解，并與新的烴分子或自由基作用，進而氧化生成各種中間產(chǎn)物，首先是醇、酮，然后是醛與伯醇。醛、酮或醇進一步氧化便生成有機酸（酸促進柴油中沉渣形成和顏色加深）。醛和伯醇再氧化生成碳原子數(shù)相同的酸；仲醇、叔醇及酮氧化時，發(fā)生C-C鍵的斷裂，生成含碳原子數(shù)較原來少的酸。當氧化過程繼續(xù)加深時，醛、酮、醇和酸生成含有兩個官能團的產(chǎn)物，如羥基酸（醇酸）、醛酸、酮酸、二羥基酸以及各種酯類，α和β-羥基酸能縮合生成交酯或半交酯，γ和δ-羥基酸生成內(nèi)酯。

分子量很大的羥基酸、交酯、半交酯及內(nèi)酯等都是黏稠物質(zhì)，再進一步氧化縮合成為結構復雜的膠狀物質(zhì)。

烴類（烷烴）氧化過程可歸納為圖1［1］。

圖1 烴類（烷烴）氧化過程

也就是說，鐵路催化裂變柴油會在儲運過程自氧化生成膠質(zhì)。這種膠質(zhì)，如果未在進入機車前攔下話 ，那么就和同進入油箱的雜質(zhì)被堵在燃油粗濾器上。

（2）DF11、DF4D機車燃油粗濾器原設計流量不足造成吸口易堵

DF11、DF4D機車在途中易發(fā)生燃油壓力低的故障，原因是燃油泵和泵前粗濾器濾芯容量不太匹配。

DF11、DF4D機車分別裝16V280系列和16V240系列柴油機。其燃油低壓系統(tǒng)結構和性能基本相同。兩種機型都使用RC-30W燃油粗濾器濾芯，濾網(wǎng)為200目銅濾網(wǎng)，網(wǎng)孔直徑計算為0.088mm，額定流量為30 dm3／min。但DF11、DF4D機車燃油泵供油量不少于40 dm3／min。即泵前濾芯流量＜燃料泵供油量。按照液壓傳動原理，濾清器作為油泵入口處用時，應選用濾清器的流量比油泵流量大一些的為宜［2］。顯然，DF11、DF4D機車燃油粗濾器在原設計上未能滿足這一技術條件。所以只要粗濾器濾網(wǎng)稍堵塞，通路減小，則泵（齒輪泵）就因局部吸空導致輸出液壓功率下降。

按齒輪泵理論液壓功率

式中NBO為泵理論液壓功率；PB為泵的輸出壓力；QB為泵的輸出流量。

于是造成泵燃油壓力和輸出流量下降。隨著泵前濾芯堵塞程度加深，泵吸空現(xiàn)象不斷加劇。當泵吸入真空度達不到原設計20kPa技術條件時，吸入真空度被破壞，泵無液壓功率輸出，燃油壓力降為零，柴油機因無燃油供應而停機。

（3）低油位運行加快堵塞濾清器進程

和DF11機車不同的是DF4B機車泵前RC-30W粗濾器濾芯流量為30dm3／min；燃料泵供油量僅為28 dm3／min。泵前濾芯容量＞燃料泵供油量，濾芯容量滿足燃料泵供油量條件，油泵不易吸空。再者，DF4B機車燃油油箱容積為9 000dm3，容積大，耗油量小，杭州機務段運行區(qū)間發(fā)生低油位運行情況很少。所以，長期以來，DF4B機車不發(fā)生途中燃油壓力低故障，原因就在這里。

而DF11機車燃油箱容量僅6 000dm3，運行中燃油消耗比DF4B大得多（標定功率分別為3 860kW和2 650kW，耗油率分別為208～215g／kW·h和217.6 g／kW·h），DF11機車6趟客運交路下來油箱僅剩1 500～2 200dm3左右，運行后期箱內(nèi)低油位沖動使油泵抽吸箱內(nèi)壁吸附物嚴重。再者現(xiàn)行中修修程不吊修燃油箱；運用機務段清洗油箱無法解決間隔底層水。于是煉油廠柴油罐車底部垃圾和儲運作業(yè)過程攜帶雜質(zhì)，自生膠質(zhì)不斷污染油箱，加快了濾網(wǎng)堵塞。

（4）綜合結論

由于本段原整備作業(yè)場燃油儲油罐到發(fā)油出口只有一道銅濾網(wǎng)（網(wǎng)孔有針孔大），故成品燃油攜帶雜質(zhì)和自生膠質(zhì)就直接進入機車油箱。燃油系統(tǒng)工作時，大顆粒機雜被吸在粗濾器濾芯上，縮小網(wǎng)孔通路；當機車處低油位時，底部沉積物泛起，泵前機雜增多，阻礙膠質(zhì)通過。又DF11、DF4D機車吸口濾芯流量比泵排量小1／3，在前級濾芯被阻條件下，吸口流量無法滿足泵排量要求，于是泵吸空，流量下降，繼而膠質(zhì)黏附，燃油壓力降到零。

DF11、DF4D機車途中燃油壓力低故障是一個積累過程，暴露了客運整備作業(yè)場出口燃油濾清精度、機車濾清器流量和交路不匹配問題。問題是內(nèi)燃長交路還得延續(xù)下去，這就需要參與輪乘的大整備作業(yè)場能聯(lián)合采取源頭防護措施，這樣才能為輪乘機車安全運行提供有效的技術保證。

2 防范對策

（1）從源頭上改善DF11、DF4D型客機燃油粗濾器堵塞現(xiàn)象

在原望江門整備作業(yè)場5個燃油發(fā)油口各加裝一組（3個）DLOC潤滑油粗濾器（200目），濾清精度為0.088mm，容量95m3／h，無紡布濾芯，使加入機車燃油首先在地面達到原要通過RC-30W燃油粗濾器才能達到的效果，將加到機車燃油的膠質(zhì)和機雜攔在地面濾清器上；而經(jīng)過粗濾器上的只是原剩在機車油箱和管路內(nèi)越來越少的機雜，從源頭解決DF4D、DF11型客機燃油粗濾器阻塞問題。

2007-07杭州機務段按熱力措施在望江門5個發(fā)油口安裝濾清器。2007-08杭州機務段化驗部門對望江門安裝200目濾清器的客機發(fā)油口進行濾清精度抽樣檢測。結果加裝濾清器后輕柴油的濾清精度提高了4.2～6.9倍。顯微鏡分析樣本未發(fā)現(xiàn)200目以上機雜顆粒，達到了原設計要求。

2007-10杭州機務段組織對濾清器壓力差達0.05 MPa的濾芯進行分解和檢測，發(fā)現(xiàn)該裝置攔截住了大量的燃油機雜和膠質(zhì)，過濾效果十分明顯，吸附于濾網(wǎng)上的棕褐色膠狀物和機車發(fā)生燃油壓力低故障時濾芯吸附物是相同物質(zhì)（圖2）。

圖2 濾芯吸附物

（2）對DF11客機原燃油粗濾器濾芯改裝分流

將DF11客機RC-30W燃油粗濾器上改裝150目濾芯（網(wǎng)孔為0.131mm），擴孔分流，使吸口流量＞40 dm3／min，滿足泵正常技術特性要求，解決泵吸口瓶頸制約。改后，經(jīng)地面濾清器，吸入燃油泵的燃油已達原設計200目濾清要求；通過精濾器進入噴油泵燃油的濾清精度仍為0.012mm。

我們對DF11-0107和DF11-0156機車同時清洗燃油箱，分別更換150目、200目燃油粗濾器濾芯，以及精濾器濾芯。換后3個月中，DF11-0107機車更換濾芯4次；而DF11-0156機車共更換濾芯7次，裝150目的更換濾芯頻次僅相當于原來的57.1%，效果較理想。另外對更換150目濾芯的進行檢查，未發(fā)現(xiàn)燃油精濾器濾芯提前更換，噴油器無堵塞狀況。按數(shù)據(jù)，2009-04杭州機務段在全部DF11機車燃油粗濾器上裝用150目濾芯，收到較好效果。

（3）加強燃油壓力低的動態(tài)監(jiān)控

因工廠中修清洗燃油箱等原因，回段運用的一段時間內(nèi)，這些機車將頻繁發(fā)生燃油壓力低情況。故對這些機車應根據(jù)機通-6預報和走行公里，實施動態(tài)監(jiān)控，縮短換濾芯周期的技術手段。

（4）DF11，DF4D機車燃油壓力低對策流程圖（圖3）

圖3 機車燃油壓力對策流程圖

3 效果和結語

（1）2009-05以來，杭州機務段DF11客機燃油壓力低的故障得到逐步控制。兩年多來，杭州機務段未再發(fā)生過DF11客機燃油壓力低的機破或途中故障。據(jù)機通-6統(tǒng)計，因燃油壓力低換燃油粗濾器濾芯率：由2008-10的4.60臺／10km下降至2010-08的0.54臺／10 km，下降了7.5倍；2010-09—2011-06穩(wěn)定在0.52臺／10萬km左右。

（2）基于鐵路機務段整備場燃油發(fā)油口濾網(wǎng)還難以攔截儲運機雜和膠質(zhì)等情況，建議不妨采用試裝200目地面濾清器等的治理對策。這不僅是源自DF11、DF4D機車能適應客運優(yōu)化交路需求、防治機破，以及跨鐵路局輪乘整備作業(yè)為機車提供潔凈能源的重要問題，而且對于提高內(nèi)燃機車的熱效率、解決膠質(zhì)在燃油管道內(nèi)壁長期黏附、脫落后的前級攔截都是有益的。

［1］包江滔.提高柴油氧化安定性研究［D］.中國石油大學，2008.

［2］吳克晉，等編.液壓傳動［M］.北京：中央廣播電視大學出報社，1984.

［3］楊啟醇，李維東，劉曉峰主編.現(xiàn)代鐵路油脂［M］.北京：中國鐵道出版社，2003.

［4］戚墅堰機車車輛廠編.東風11型內(nèi)燃機車［M］.北京：中國鐵道出版社，1996.

［5］大連機車車輛廠編.東風4D型內(nèi)燃機車［M］.北京：中國鐵道出版社，1999.

［6］鐵道部大連機車車輛廠編.東風4B型內(nèi)燃機車［M］.大連：大連理工大學出版社，1989.