核電廠18PA6B柴油發電機組低壓燃油系統增壓泵頻繁啟動問題分析處理

于洋 華樹明

【摘??要】本文基于核電廠18PA6B柴油發電機組低壓燃油系統發生的增壓泵103PO頻繁啟動問題，結合燃油系統管路內壓力波動特性，詳細全面的分析了系統中導致壓力異常波動觸發增壓泵頻繁啟動的各種因素，并結合現場試驗驗證數據分析，對后續日常工作中該類問題分析和迅速處理有著積極借鑒參考意義。

【關鍵詞】柴油發電機組;低壓燃油;壓力波動;增壓泵;頻啟

1.柴油機燃油系統簡述

燃油系統的任務是根據柴油機的運轉工況，在最佳時刻，在預定的時間內，將一定數量的燃油，以一定的壓力，霧狀形態噴入氣缸內，以便與進入氣缸內的空氣充分混合燃燒，使燃料的化學能轉變為機械能，實現功率輸出，故穩定的燃油供給至關重要。

然而，柱塞式高壓油泵間歇性供油特征，使得低壓燃油回路不可避免的產生燃油波動。燃油波動也會引發管路振動，當壓力波振動頻率與系統管路的固有頻率接近時，就會產生共振現象，近而造成疲勞損壞，故通常對系統壓力波動是有嚴格要求的，本機型上游文件中對系統平均壓力要求為3.5±0.25bar。

低壓燃油回路包含設備：燃油增壓泵103PO、機載燃油泵104PO、自凈式燃油過濾器、止回閥、截止閥、儀表（111SP控制103PO啟停＼153MP監測燃油進機壓力）及其附件（儀表前置阻尼器）、A/B蓄能器、超速滑閥、壓差指示器、自力式壓力調節閥100VF、其他管路附件等。

1.1.低壓燃油系統中燃油輸送

103PO（燃油增壓泵）/104PO（機載燃油泵）為燃油注油器提供燃油，正常情況下，由機載燃油泵104PO提供一個正常的燃油流量，在柴油機啟動初期以及機載泵104PO失效情況下，103PO（燃油增壓泵）啟動并給柴油機提供燃油。低壓燃油系統采用的輸油泵多為具備穩定輸出的齒輪泵。

1.2.燃油增壓泵的控制邏輯及技術參數

柴油機燃油增壓泵103PO的控制，103PO的啟動和停運是由111SP1開關來控制的，該開關布置在103PO的下游。當103PO泵下游管線壓力低于200Kpa時，103PO啟動。當103PO泵下游管線壓力高于200Kpa時，103PO停運。

2.故障分析

故障直接原因較為明確，導致出現油壓低報警原因為油壓波動曲線下移或油壓波動幅度變大，谷值超過報警值從而產生報警。為了便于近一步分析，現場重啟柴油機并對燃油進機壓力進行錄波，近而從壓力波動的產生（脈動源），到過程中波動的疊加，再到管路附件等因素進行波動產生分析，并結合抑制波動措施設備進行分析排查，最終通過燃油自凈式過濾器排污，111SP儀表阻尼器調整和100VF自力式壓力調節閥微調，消除故障。

2.1.壓力波動分析

1）脈動源：油管內流動基本方程如下，其中輸油泵為流量穩定的齒輪泵，故燃油系統進口與出口壓力邊界為恒定壓力，高壓油泵為柱塞泵，其往復運動并從低壓燃油系統吸油和回油，將對低壓系統造成擾動，阻力系數等一定情況下，不難發現往復運動的高壓油泵是造成低壓燃油系統壓力波動的主要原因。

針對此故障我們對系統壓力波動信號進來行了數據采集，柴油機空載采集信號（時域信號、頻域信號）和帶載采集信（時域信號、頻域信號）。根據采集的壓力波動信號，可以較為容易判斷平均壓力是否存在異常，近而確定機載燃油泵輸送是否存在異常。本次采集無論柴油機空載還是帶載平均壓力較穩定，帶載時系統的平均壓力穩定在3.315bar滿足系統平均壓力要求為3.5±0.25bar，機載泵工作正常。

2）高壓油泵產生的脈動疊加

18PA6B機型存在18個缸頭對應18臺高壓油泵，60度夾角，按照如下發火順序工作，

A1-B4-A6-B9-A3-B5-A2-B1-A8

B6-A7-B3-A4-B2-A9-B8-A5-B7

從而使各高壓油泵按照一定相位差往復運行工作，各高壓油泵引發的壓力波動存在一定疊加，從加大對管路和設備的沖擊。

3）管路附件對壓力波動影響

低壓燃油系統管路附件包括單向閥、自力式壓力調節閥、自凈式燃油過濾器。在回路中對燃油產生流阻，當流截面積發生變化時，實現局部壓力調整。同時經過各管路附件的固有頻率不同，當與系統脈沖頻率相同時，產生諧振，近而增加了系統脈動。

自凈式燃油過濾器具備反沖洗功能，故其上方設有附有排污口，可以進行在線排污，若過濾器過濾能力下降，存在一定堵塞，對整個燃油系統存在一定影響。此次排查過程中我們對其進行了在線排污，排出一定的棉絮狀物，系統壓力排出前后如下圖所示，壓力波動幅度有一定降低，影響較小。

2.2.低壓燃油系統上采取的壓力波動抑制措施

本系統中采用的壓力波動抑制措施主要是采用蓄能器和節流孔板。此外，設計上也可考慮增加管路直徑的方法抑制波動。

蓄能器采用皮囊填充結構，流體經過蓄能器后改變了流體的剛度與阻尼，近而降低流體波動幅度，吸收脈動。本次對檢查蓄能器頂端皮囊監測無異常。

增大節流孔板對于壓力波動抑制作用較明顯，系統主要設置在回油管線上，流體流經節流孔板，孔板的局部阻力，使得流體能量損耗增加，該方式比采用調節閥門更經濟和簡單。某試驗驗證節流孔板效果顯著，參數及對比表格如下，節流孔徑從1.0mm增至2.0mm，進油壓力波動最大波動幅度明顯下降，進油壓力均值降低10%，對大波幅降低43%，回油壓力均值波動不大。所以不難看出，節流孔板孔徑變，壓力波動幅度明顯變化。

增加低壓燃油管路直徑，相應的通過增加管路容積，某試驗表明其對壓力波動有一定衰減作用但不明顯，參考試驗數據如下，從數據和圖曲線中可明顯觀察改變直徑對壓力波動抑制效果不理想。

2.3.內漏與外漏

外漏包括管道接頭、儀表接頭、管路附件密封件失效等，內漏包括齒輪泵安全閥、齒輪間隙變大、逆止閥泄漏、背壓閥等。異常的外漏和內漏，均會造成壓力曲線整體下移，造成壓力谷值超過2bar，從而引發增壓泵啟動。

綜上，通過低壓燃油系統給的排查和波形分析，103PO增壓泵的頻繁啟動和自力式壓力調節100VF的啟閉之間存在耦合現象現場通過在線排污、自力式壓力調節100VF微調、儀表阻尼器調整打破該耦合現象，最解決現場頻啟問題。

3.結論

高壓油泵往復運動吸油和回油是產生低壓燃油系統壓力波動的主要原因，當壓力波動異常時，應采用如下方法：

1）低壓燃油系統壓力錄波，確認平均壓力，分析泄漏情況和機載燃油泵供油效率是否下降。

2）低壓系統設備狀態排查，確認泄漏，高油泵出油管異常振動情況。

3）自凈式過濾器在線排污。

4）自力式壓力調節閥100VF微調。

5）111SP儀表阻尼器調整，增大阻尼，對采集信號濾波

經實際驗證，在柴油機熱備期間，不影響設備可用性情況下，上述方法可迅速的消除低壓燃油系統壓力波動異常，確定故障點，縮短檢修時間。

此外，從對系統壓力波動的因素考慮優化系統，有條件電站亦可通過系統改造，適當增加節流孔板孔徑、改變管徑、選用更為靈敏吸收能力更強的蓄能器到等方法降低壓力波動。

參考文獻：

[1]機械設計手冊?第五冊?2008.1第五版?化學工業出版社

[2]郭立軍，浦衛華?柴油機低壓系統壓力波動仿真?柴油機?2016年第四期

楊瑞軍?降低液壓系統壓力脈動方法?現代制造工程?2006（8）

（作者單位：廣西防城港核電有限公司）