海外華龍一號核電站柴油機拉缸問題研究

殷明 江穎青 郭志遠

摘? ?要：本文首先闡述“華龍一號”核電站柴油機的重要性，對柴油機最常見的拉缸現象的相關損傷定義進行說明，并提出各類拉缸現象的診斷依據。隨后從核電站柴油機制造到使用壽期的六個階段，分階段分析導致柴油機拉缸的主要因素大類。最后對“華龍一號”核電站柴油機預防此問題提出了六項建議措施并進行總結。

關鍵詞：核電站柴油機? 拉缸原理? 拉缸診斷? 原因分析? 預防措施

中圖分類號：F426.23? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（a）-0073-02

1? 概述

“華龍一號”核電站柴油機作為安全保護電源，其安全可用性關乎核電站的核安全。拉缸是柴油機中最容易出現的故障，輕度拉缸易減低柴油機的使用壽命，嚴重拉缸將導致缸套與活塞咬死，直接影響核電站的安全發電。因此柴油機拉缸問題一直以來都是核電站最為關注的問題之一。

2? 柴油機拉缸介紹

2.1 缸套工作環境

柴油機活塞運行時平均速度較高，導熱時間及油環刮油時間較短。柴油機缸套內表面加工經歷了從精車到珩磨的轉變過程，珩磨缸套內表面的溝槽（珩磨網紋）提高了表面的儲油性，在確保活塞運動順滑的同時，微觀上形成一個開放性的粗糙結構，保證缸壁的儲油能力，確保油膜的穩固，從而大幅減少摩擦、降低磨損并保證良好的散熱性[1]。

2.2 拉缸的定義

由于油膜變薄或遭到破壞，柴油機活塞組件與氣缸套配合工作面之間相互產生強烈的干摩擦作用，在工件表面產生過度的磨損、拉傷、劃痕、裂紋或抱死的現象便稱之為拉缸。

3? 柴油機拉缸診斷

柴油機缸套與活塞環之間的磨損是必然存在，磨損率大于設計值便屬于異常情況，拉缸在檢查氣缸壁內側呈現出的現象通常是線條狀劃痕、片狀磨損或缸壁組織黏著。合理提前識別并判斷異常現象是對核電站柴油機正確管理使用、提高可靠性、經濟性和延長使用壽命的首要解決問題。

3.1 拉缸時的征兆

柴油機在出現拉缸問題時，通常表現為以下幾種情況：

（1）氣缸冷卻水出口溫度和活塞冷卻液出口溫度明顯升高。

（2）早期可以聽到活塞環與氣缸壁之間干摩擦的異常聲響。

（3）曲軸箱溫度壓力升高，甚至有煙氣排出。

（4）發生拉缸的單缸有輕微敲擊聲發出。

（5）柴油機排煙顏色變黑。

3.2 拉缸早期識別與判斷

（1）線狀磨損。

柴油機拉缸早期通常在缸壁內側都會呈現出單線狀磨損或多線狀磨損情況。單線狀磨損情況第一首先判斷劃痕深度是否大于珩磨網紋的深度，如大于網紋深度，該區域油膜將持續受到破壞，長期的運行下拉缸情況會愈發嚴重，故此情況應判斷為拉缸。

如單線劃痕小于網紋深度，則查看單線劃痕是否有可觸感的毛刺存在。出現高于缸套珩磨網紋的毛刺時，會使活塞環和缸套直接接觸。高點的存在會造成缸套和活塞環的劃傷，磨平后的高點也有可能會阻斷潤滑油膜，引發后續更嚴重的損壞。因此在出現高于缸壁網紋的毛刺時，也應被判定為拉缸。除上述情況外屬正常磨損可以繼續使用。

孤立的線條或劃痕之間的最小距離不小于劃痕的10倍寬度的屬于多線狀磨損，其判斷依據與上述單線損傷相同，需對每條劃痕進行評判。

（2）片狀磨損。

密集的線條或呈現片狀的痕跡即為片狀磨損。發現片狀磨損時檢查此區域的珩磨網紋是否清晰可見，若網紋模糊通常會造成竄氣，影響油膜形成，此情況應判定為拉缸。此外判斷磨損面積是否大于總面積的1/10，磨損面積過大會進一步發展到整個圓周表面，該情況也應判定為拉缸。

（3）缸套與活塞粘著。

這是柴油機異常磨損較嚴重時的情況，通常伴隨有熱工參數異常、聲音、油氣異常等，此現象是比較嚴重的拉缸情況。

4? 導致核電站柴油機拉缸的一般原因

造成缸套拉缸的原因十分復雜，尤其是高強度化的核電站柴油機可能的因素更多。下面從華龍一號核電站柴油機的制造到最終使用的6個階段進行分析，梳理影響或導致拉缸的常見因素。

4.1 零部件原因

缸套珩磨紋路尺寸不符合要求，網紋角過大，其油能力下降;網紋角過小，則影響油膜的均勻性，產生所謂的“燒機油”。另紋路的尖峰易與活塞環直接接觸，導致活塞環加快磨損。

4.2 制造裝配精度原因

制造廠對活塞連桿與曲軸的相對裝配位置，如活塞連桿裝上曲軸后在缸孔中的對中精度，缸套與活塞環的配合間隙等都會不同程度影響柴油機運動部件的工作。

4.3 系統成套原因

柴油機拉缸一般涉及潤滑油和冷卻水系統，如潤滑油系統在備機和運行時的流量和壓力是否滿足潤滑和冷卻的要求等等。

設計選型的預供滑油泵流量過低，不能完全滿足日常的潤滑油備機循環的使用要求。冷卻水壓力、流量設計不足，將不足以帶走氣缸做功產生的部分熱量。

4.4 運行調試原因

在柴油機出廠后運行使用階段，包括系統調試、機組投用過程中主要有以下幾個原因。

（1）潤滑油、燃油油品不符合要求。

滑油粘度不滿足要求或劣質燃油經噴油器噴射后的霧化質量差，產生的不完全燃燒物有一些混入氣缸壁的潤滑油中使活塞環卡澀造成拉缸[2]。

（2）冷卻水水質不達標或系統中存在較多的氣泡

冷卻水質不良，將引起柴油機氣缸水套和冷卻水管結垢，易導致氣缸壁局部換熱不均勻，降低冷卻效果。

4.5 運輸儲存、保養維護原因

運輸儲存環境以及后期的維護保養不當也極易引發拉缸現象：

（1）儲存環境不佳，灰塵、易腐蝕顆粒進入柴油機對外管系，或運輸前未按標準對設備進行油封，導致機內燃燒室銹蝕或機體內部銹蝕。

（2）濾清器保養不良，濾芯未及時更換。長期不做清理保養，積碳導致噴油器滴油、霧化不良等故障。

5? 核電站柴油機預防拉缸的措施

5.1 零部件加工及裝配控制

加強核電站柴油機設備制造過程中的質量管理工作，嚴格按程序文件執行，提高制造與裝配精度要求。進一步加強對供應商的核安全文化宣貫，加強“技術交底”工作的監督、檢查力度。

5.2 避免惡劣工況

盡量避免多次超速、超負荷、突然加速、突加負荷或長時間空載運行等惡劣運行工況。啟動前檢查曲軸箱油位、冷卻水位。檢查柴油機預熱溫度，保證啟動時能建立起潤滑油膜。

5.3 清潔度控制

柴油機安裝管道沖洗、罐體清潔時，應嚴格執行標準，確保清潔度達到柴油機運行時工況條件。控制廠房清潔度，避免造成空濾器堵塞，或者空氣質量差，混入雜質。

5.4 定期檢查油、水介質

定期化驗潤滑油，油底殼中的滑油收到燃燒室泄漏的高溫燃氣的污染，容易變質。定期對潤滑油化驗，更換不合格的潤滑油。定期化驗冷卻水品質，如水質條件硬度高，須加入冷卻水處理劑。

5.5 提高管理人員故障應變能力

及時診斷拉缸現象是首要解決的問題，運維人員如能早期發現和做出正確的應對措施，將大幅度地降低拉缸故障所造成的損害程度。加強海外柴油機運維人員的技能培訓，建議“華龍一號”核電現場以三個月為周期使用內窺鏡對氣缸內壁進行檢查，并進行氣缸壁檢查與評判。

5.6 專業團隊大修維護

柴油機大修建議請專業團隊進行，更換活塞環部件注意安裝方向、順序并保證氣密性，大修后按規定程序進行磨合，磨合完成用內窺鏡檢查缸套表面是否濕潤、光亮、無油污。

6? 結語

拉缸現象是核電站柴油機故障中發生較為頻繁、引發后果較為惡劣的故障之一。特別是海外核電站現場的環境惡劣，各方面的管理控制更為艱難。因此要重視這一問題，結合實際情況做好預防措施，盡早根據征兆做出判斷，在故障惡化之前將問題消滅，從而保證“華龍一號”核電站柴油機的安全可靠運行。

參考文獻

[1] 梁全順.柴油機氣缸套內表面平臺珩磨網紋技術的探討[J].內燃機車，2001（11）：18-21.

[2] 陳安之.潤滑油變質對發動機的危害與預防措施[J].潤滑與密封，2003（2）：98-99.

[3] 楊志業.核電站大型柴油機噴油提前角檢測優化[J].機電信息，2019（18）：71，73.