12V190柴油機(jī)現(xiàn)狀分析及改進(jìn)研究

王斌 王聯(lián)合 候海龍 白君

摘 要： 本文通過(guò)對(duì)石油鉆機(jī)用PZ12V190柴油機(jī)的整體設(shè)計(jì)及技術(shù)參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)使用情況分析，參照國(guó)際上主流的鉆機(jī)用柴油機(jī)設(shè)計(jì)思路，結(jié)合PZ12V190柴油機(jī)自身的實(shí)際狀況，提出了8大項(xiàng)改進(jìn)方案，發(fā)揮了原設(shè)計(jì)的有點(diǎn)，并使設(shè)備性能得到顯著提升。

關(guān)鍵詞： PZ12V190柴油機(jī)、整體設(shè)計(jì)、技術(shù)參數(shù)

【中圖分類號(hào)】 TK423 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2236-1879（2018）11-0136-01

一、PZ12V190型柴油機(jī)整體設(shè)計(jì)及技術(shù)參數(shù)

1、柴油機(jī)整體設(shè)計(jì)。

PZ12V190型柴油機(jī)是一種中速四沖程增壓柴油機(jī)，機(jī)械調(diào)速器，整體采用分散式布局，自由端通過(guò)氣胎式離合器驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇給高低溫系統(tǒng)散熱，高溫系統(tǒng)給機(jī)體缸蓋散熱，低溫系統(tǒng)為機(jī)油和進(jìn)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(dòng)力，設(shè)有預(yù)供油氣啟動(dòng)系統(tǒng)，自動(dòng)保護(hù)設(shè)施有超速安全裝置和油壓低停車裝置。

2、柴油機(jī)主要技術(shù)參數(shù)。

機(jī)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(zhuǎn)速為1500r/min、12小時(shí)持續(xù)功率1200HP、燃油消耗209.4g/kw.h、穩(wěn)定調(diào)速率不大于8%。

3、石油鉆機(jī)的匹配方面。

作為一款中速柴油機(jī)，12小時(shí)持續(xù)功率1200HP較好的滿足了石油鉆機(jī)20型、32型、40型、45型以及50型不同鉆機(jī)的動(dòng)力需求，用戶可以靈活采用單機(jī)泵組、兩機(jī)一泵、三機(jī)二泵來(lái)匹配動(dòng)力，配合減速箱或液力耦合器實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)動(dòng)力的傳遞。日常設(shè)備使用轉(zhuǎn)數(shù)范圍一般在1000到1300轉(zhuǎn)/分鐘左右，與額定轉(zhuǎn)速比較也留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，穩(wěn)定調(diào)速率不大于8%，盡管指標(biāo)不是很高，但也完全滿足鉆機(jī)設(shè)備使用工況，經(jīng)過(guò)后續(xù)到鏈條或皮帶并車，游動(dòng)系統(tǒng)的緩沖，最終鉆具或轉(zhuǎn)盤得到了較好的穩(wěn)定速度。

二、PZ12V190型柴油機(jī)的改進(jìn)思路

1、柴油機(jī)的自動(dòng)控制有待提高。該機(jī)型投產(chǎn)時(shí)間太長(zhǎng)，近50年未出現(xiàn)較大改進(jìn)，卡特皮勒柴油機(jī)、沃爾沃柴油機(jī)等廠家，近年來(lái)逐步實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)從機(jī)械燃油控制到燃油電噴技術(shù)的過(guò)渡，對(duì)噴油系統(tǒng)進(jìn)行電子控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油量以及噴油定時(shí)隨運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)控制。采用轉(zhuǎn)速、油門、噴油時(shí)刻、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力、燃油溫度、冷卻水溫度等傳感器，將實(shí)時(shí)檢測(cè)的參數(shù)同時(shí)輸入計(jì)算機(jī)（ECU），與已儲(chǔ)存的設(shè)定參數(shù)值或參數(shù)圖譜（MAP圖）進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)處理計(jì)算按照最佳值或計(jì)算后的目標(biāo)值把指令送到執(zhí)行器。執(zhí)行器根據(jù)ECU指令控制噴油量（供油齒條位置或電磁閥關(guān)閉持續(xù)時(shí)間）和噴油正時(shí)（正時(shí)控制閥開閉或電磁閥關(guān)閉始點(diǎn)），使柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到最佳。技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但是PZ12V190系列柴油機(jī)未進(jìn)行相應(yīng)的升級(jí)，要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制升級(jí)，以下幾個(gè)方面需改進(jìn)：

1.1、重點(diǎn)1是引入柴油機(jī)自動(dòng)檢測(cè)及故障診斷系統(tǒng)。

引入計(jì)算機(jī)（ECU）微處理系統(tǒng)，測(cè)量柴油機(jī)各種工作狀態(tài)，如轉(zhuǎn)速、冷卻系統(tǒng)水溫、水壓、潤(rùn)滑系統(tǒng)油溫、油壓、增壓器氣等，控制噴油時(shí)間和油量，實(shí)現(xiàn)精確的速度控制，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、報(bào)警和分析，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的制止啟動(dòng)和嚴(yán)重故障的緊急停車。

1.2、重點(diǎn)2是機(jī)械油泵需更換為電控油泵噴射系統(tǒng)。柴油機(jī)燃油性能中，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)平均有效壓力Pe為590～880kpa時(shí)，燃油有效效率為0.3～0.4，燃油消耗率為220～285g/（kw.h），當(dāng)柴油機(jī)工況大幅波動(dòng)時(shí)，電子機(jī)動(dòng)調(diào)節(jié)噴射技術(shù)的使用對(duì)提高燃油效率尤為重要，燃油節(jié)能方面有很大的提升空間。

2、柴油機(jī)的整體布局應(yīng)考慮改變。

PZ12V190型柴油機(jī)在自動(dòng)化程度不高，設(shè)備部件可靠性不強(qiáng)的歷史階段采取分散式布局是相對(duì)合理的，可以大幅減少設(shè)備的可維修性，隨著設(shè)備零部件制造技術(shù)的迅速提高，設(shè)備配件的故障率也得到了很好的控制，設(shè)備油品質(zhì)量從早期的CC40級(jí)機(jī)油升級(jí)到現(xiàn)在的CH40級(jí)機(jī)油，防凍液技術(shù)也得到發(fā)展，柴油機(jī)設(shè)備的整體質(zhì)量得到全面提升，設(shè)備的大修周期也提高到20000小時(shí)以上，這也為柴油機(jī)實(shí)施緊湊型布局提供了技術(shù)保證。

3、冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)。

改型柴油機(jī)在設(shè)計(jì)上實(shí)施高低溫獨(dú)立冷卻，設(shè)計(jì)思想是考慮到氣缸冷卻和機(jī)油冷卻的溫度差異較大，在風(fēng)扇處不同的散熱片形成高低溫區(qū)，更好地實(shí)現(xiàn)機(jī)油的冷卻和中冷器處壓縮空氣的冷卻。實(shí)際情況有幾點(diǎn)不適應(yīng)，一是中冷器目的是冷卻壓縮空氣，在實(shí)際使用中卻是經(jīng)常出現(xiàn)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(shè)計(jì)成高低溫冷卻系統(tǒng)降低了散熱器的使用效率，低溫循環(huán)系統(tǒng)溫差小帶走的熱量較少；三是未考慮到近年來(lái)潤(rùn)滑油的發(fā)展，機(jī)油CC級(jí)發(fā)展到現(xiàn)在的CD＼CE＼CF＼CH級(jí)機(jī)油，合成油的質(zhì)量得到很大提升，黏溫性更好，能夠適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫工作狀態(tài)。因此，有必要將高低溫系統(tǒng)合在一起使用，使用一個(gè)冷卻水箱，去除中冷器設(shè)計(jì)。

在散熱器設(shè)計(jì)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(tǒng)失效的重要原因。

4、啟動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)

4.1、氣啟動(dòng)系統(tǒng)是鉆機(jī)用PZ12V190柴油機(jī)的特點(diǎn)，好處是可以連續(xù)多次啟動(dòng)，無(wú)電瓶電量的限制，但是氣啟動(dòng)系統(tǒng)噪音很大，對(duì)設(shè)備使用人員的聽力健康不利；氣啟動(dòng)系統(tǒng)易出現(xiàn)腐蝕卡死現(xiàn)象，多數(shù)起動(dòng)機(jī)都是銹蝕損壞，盡管可以通過(guò)進(jìn)氣道加注潤(rùn)滑油，但效果并不好，可以考慮使用電啟動(dòng)馬達(dá)，解決此問(wèn)題，在電源的使用上，可以考慮電瓶或可控硅電源的辦法來(lái)解決。

4.2、啟動(dòng)系統(tǒng)推齒不到位或嚙合不上是一個(gè)常出現(xiàn)的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)斜齒嚙合或提高嚙合精度的方法進(jìn)行解決。

4.3、現(xiàn)有氣啟動(dòng)系統(tǒng)的馬達(dá)固定是不可靠的，經(jīng)常出現(xiàn)馬達(dá)啟動(dòng)盤松動(dòng)，發(fā)現(xiàn)不及時(shí)就會(huì)損壞固定螺栓絲扣。主要原因是設(shè)計(jì)問(wèn)題，僅依靠螺栓來(lái)緊固，對(duì)螺栓的強(qiáng)度要求太高，可以設(shè)計(jì)定位臺(tái)階，這樣就容易解決此問(wèn)題。

總之，提高設(shè)備的性價(jià)比是石油鉆井公司購(gòu)置設(shè)備首先要考慮的問(wèn)題；其次，降低設(shè)備全壽命使用成本關(guān)乎企業(yè)的后續(xù)投入，PZ12V190柴油機(jī)是一款國(guó)產(chǎn)設(shè)備，具備改進(jìn)設(shè)計(jì)、提高技術(shù)性能的條件，同時(shí)合理的控制設(shè)備價(jià)格、配件價(jià)格上升，將使該機(jī)型贏得市場(chǎng)的認(rèn)可，有較好的市場(chǎng)前景。