12V190柴油機現狀分析及改進研究

王斌 王聯合 候海龍 白君

摘 要： 本文通過對石油鉆機用PZ12V190柴油機的整體設計及技術參數、現場使用情況分析，參照國際上主流的鉆機用柴油機設計思路，結合PZ12V190柴油機自身的實際狀況，提出了8大項改進方案，發揮了原設計的有點，并使設備性能得到顯著提升。

關鍵詞： PZ12V190柴油機、整體設計、技術參數

【中圖分類號】 TK423 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2236-1879（2018）11-0136-01

一、PZ12V190型柴油機整體設計及技術參數

1、柴油機整體設計。

PZ12V190型柴油機是一種中速四沖程增壓柴油機，機械調速器，整體采用分散式布局，自由端通過氣胎式離合器驅動風扇給高低溫系統散熱，高溫系統給機體缸蓋散熱，低溫系統為機油和進氣道壓縮后的空氣散熱，高壓油泵分主副泵，由齒輪系角齒提供動力，設有預供油氣啟動系統，自動保護設施有超速安全裝置和油壓低停車裝置。

2、柴油機主要技術參數。

機采用四沖程、直噴式燃燒室、水冷、增壓和中冷的方式，氣缸排列為V型60°夾角，氣缸直徑為190mm、活塞沖程210mm、排量71.45升，壓縮比14：1，額定轉速為1500r/min、12小時持續功率1200HP、燃油消耗209.4g/kw.h、穩定調速率不大于8%。

3、石油鉆機的匹配方面。

作為一款中速柴油機，12小時持續功率1200HP較好的滿足了石油鉆機20型、32型、40型、45型以及50型不同鉆機的動力需求，用戶可以靈活采用單機泵組、兩機一泵、三機二泵來匹配動力，配合減速箱或液力耦合器實現鉆機動力的傳遞。日常設備使用轉數范圍一般在1000到1300轉/分鐘左右，與額定轉速比較也留有適當的余量，穩定調速率不大于8%，盡管指標不是很高，但也完全滿足鉆機設備使用工況，經過后續到鏈條或皮帶并車，游動系統的緩沖，最終鉆具或轉盤得到了較好的穩定速度。

二、PZ12V190型柴油機的改進思路

1、柴油機的自動控制有待提高。該機型投產時間太長，近50年未出現較大改進，卡特皮勒柴油機、沃爾沃柴油機等廠家，近年來逐步實現了柴油機從機械燃油控制到燃油電噴技術的過渡，對噴油系統進行電子控制，實現對噴油量以及噴油定時隨運行工況的實時控制。采用轉速、油門、噴油時刻、進氣溫度、進氣壓力、燃油溫度、冷卻水溫度等傳感器，將實時檢測的參數同時輸入計算機（ECU），與已儲存的設定參數值或參數圖譜（MAP圖）進行比較，經過處理計算按照最佳值或計算后的目標值把指令送到執行器。執行器根據ECU指令控制噴油量（供油齒條位置或電磁閥關閉持續時間）和噴油正時（正時控制閥開閉或電磁閥關閉始點），使柴油機運行狀態達到最佳。技術已經非常成熟，但是PZ12V190系列柴油機未進行相應的升級，要實現自動化控制升級，以下幾個方面需改進：

1.1、重點1是引入柴油機自動檢測及故障診斷系統。

引入計算機（ECU）微處理系統，測量柴油機各種工作狀態，如轉速、冷卻系統水溫、水壓、潤滑系統油溫、油壓、增壓器氣等，控制噴油時間和油量，實現精確的速度控制，利用計算機實現各類數據的存儲、報警和分析，實現柴油機的制止啟動和嚴重故障的緊急停車。

1.2、重點2是機械油泵需更換為電控油泵噴射系統。柴油機燃油性能中，當內燃機平均有效壓力Pe為590～880kpa時，燃油有效效率為0.3～0.4，燃油消耗率為220～285g/（kw.h），當柴油機工況大幅波動時，電子機動調節噴射技術的使用對提高燃油效率尤為重要，燃油節能方面有很大的提升空間。

2、柴油機的整體布局應考慮改變。

PZ12V190型柴油機在自動化程度不高，設備部件可靠性不強的歷史階段采取分散式布局是相對合理的，可以大幅減少設備的可維修性，隨著設備零部件制造技術的迅速提高，設備配件的故障率也得到了很好的控制，設備油品質量從早期的CC40級機油升級到現在的CH40級機油，防凍液技術也得到發展，柴油機設備的整體質量得到全面提升，設備的大修周期也提高到20000小時以上，這也為柴油機實施緊湊型布局提供了技術保證。

3、冷卻系統的改進。

改型柴油機在設計上實施高低溫獨立冷卻，設計思想是考慮到氣缸冷卻和機油冷卻的溫度差異較大，在風扇處不同的散熱片形成高低溫區，更好地實現機油的冷卻和中冷器處壓縮空氣的冷卻。實際情況有幾點不適應，一是中冷器目的是冷卻壓縮空氣，在實際使用中卻是經常出現冷卻水的溫度比壓縮空氣的溫度還高，起到了反作用；二是設計成高低溫冷卻系統降低了散熱器的使用效率，低溫循環系統溫差小帶走的熱量較少；三是未考慮到近年來潤滑油的發展，機油CC級發展到現在的CD＼CE＼CF＼CH級機油，合成油的質量得到很大提升，黏溫性更好，能夠適應發動機的高溫工作狀態。因此，有必要將高低溫系統合在一起使用，使用一個冷卻水箱，去除中冷器設計。

在散熱器設計上，建議使用壓制成型整體式的散熱器，最大限度減少用于維修的管件連接，特別是不要選用膠管連接，其老化快、易腐蝕，是造成冷卻系統失效的重要原因。

4、啟動系統的改進

4.1、氣啟動系統是鉆機用PZ12V190柴油機的特點，好處是可以連續多次啟動，無電瓶電量的限制，但是氣啟動系統噪音很大，對設備使用人員的聽力健康不利；氣啟動系統易出現腐蝕卡死現象，多數起動機都是銹蝕損壞，盡管可以通過進氣道加注潤滑油，但效果并不好，可以考慮使用電啟動馬達，解決此問題，在電源的使用上，可以考慮電瓶或可控硅電源的辦法來解決。

4.2、啟動系統推齒不到位或嚙合不上是一個常出現的問題，這個問題可以通過斜齒嚙合或提高嚙合精度的方法進行解決。

4.3、現有氣啟動系統的馬達固定是不可靠的，經常出現馬達啟動盤松動，發現不及時就會損壞固定螺栓絲扣。主要原因是設計問題，僅依靠螺栓來緊固，對螺栓的強度要求太高，可以設計定位臺階，這樣就容易解決此問題。

總之，提高設備的性價比是石油鉆井公司購置設備首先要考慮的問題；其次，降低設備全壽命使用成本關乎企業的后續投入，PZ12V190柴油機是一款國產設備，具備改進設計、提高技術性能的條件，同時合理的控制設備價格、配件價格上升，將使該機型贏得市場的認可，有較好的市場前景。