鉆井柴油機故障及預防分析

朱亞峰 王金廣（.川慶鉆探長慶鉆井總公司，陜西 西安7008；.渤海鉆探第三鉆井公司，天津300450）

近年來，隨著環保意識逐漸深入人心，國家正在加大力度開發風能、水能、核能等清潔性資源，但就目前情況來看，國家發展仍然離不開石油、煤炭等化石資源。與從前相比，現代開采工作的要求更高，為了充分利用化石能源，保證生產的安全性，必須對鉆井柴油機的故障產生原因進行詳細分析，從而做好預防措施，使設備時刻處于正常運轉的狀態。

1 柴油機的發展現狀

在1976年，德國大眾公司首先將柴油發動機應用到民用汽車上，隨后經過不斷的技術研發，柴油發動機的性能得到了大幅度的增強。柴油發動機是靠壓燃的方式使柴油做功，所謂壓燃，是靠活塞在氣缸里的壓力，導致柴油受到壓力形成自燃，因此需要很大的壓縮比，換句話說，活塞下壓需要保持一定的深度。這樣的方式使得柴油發動機的輸出扭矩比汽油機大。大扭矩不會影響設備轉速，但會影響設備的瞬間加速度以及負載能力，因此很多型號的車輛和大型驅動設備都采用了柴油發動機。除了工程車、船舶等大型交通工具外，柴油發動機已經廣泛應用于大規模工程的開采設備，如油田柴油機、鉆井柴油機等。另外，所有的柴油機都采用渦輪增壓的方式，這是柴油發動機的另一個特點。除此之外，高品質的柴油是清潔燃料，因此溫室氣體排放量顯著低于汽油，且產生相同能量的油耗較低，因此國外很多大排量汽車和重型機械設備選擇柴油。但在國內，由于柴油提煉技術水平較低，導致柴油的純度不足，蠟的成分比較多，在柴油機運轉時很容易沉淀凝結，堵塞油管和排氣系統，而柴油沒有經過充分燃燒，導致排放的污染物也相應的增多。

現今的柴油發動機已經在原有基礎上得到了極大地改進，時下的油田柴油機、鉆井柴油機等設備已經采用了電控噴射、共軌、渦輪增壓中冷等技術，不但減輕了柴油機的重量，還使發動機運轉時產生的噪音和黑色的煙霧大為減少，甚至達到了汽油發動機的水平。

2 鉆井柴油機的常見故障產生原因

2.1 工作機構造成故障

鉆井柴油機在工作時，經常出現超負荷運轉，即柴油機曲軸上的實際負載超過了額定范圍。在很多時候，盡管曲軸上的實際負載處于額定范圍之內，但由于受到的力來自多個角度，實際受到的力遠遠大于最大負載，導致柴油機出現故障。比較典型的情況是，在鉆井柴油機運轉時，主軸承受到的摩擦力不均衡，經過一段時間的磨損之后，同軸性能被嚴重破壞，出現此種現象之后，曲軸表面在原先承受的壓力之下，由于軸承的穩定性遭到破壞，引發了大范圍的軸承變形，致使曲軸還會被施加一種附加的彎曲應力，最終導致曲軸負載程度過大，出現故障。

2.2 潤滑系統造成故障

對于鉆井柴油機來說，潤滑系統一旦出現故障，會極大地增加設備的磨損程度。不僅如此，潤滑系統無法正常工作時還會導致接觸的零部件得不到及時的潤滑，在摩擦過程中會產生超出發動機負載極限的熱量，進而導致抱瓦、燒瓦等極其嚴重的柴油機運轉事故。故障的具體產生原因如下：第一，長期不更換潤滑油或使用劣質潤滑油濾清器，造成潤滑系統出現故障，進而使潤滑油失效或在未曾過濾的情況下直接進入軸瓦的配合間隙內，導致軸瓦得不到潤滑而抱瓦。第二，使用的潤滑油中存在大量雜質，在長時間的積累下，導致潤滑系統內部堵塞，出現抱瓦現象[1]。第三，發動機的機油沒有控制在正常溫度范圍內。一般情況下是機油溫度過高所致，而長期的超負荷運轉，致使機油無法正常冷卻，從而導致冷卻系統被破壞。一旦出現此種情況，與冷卻裝置相連的水管內壁的水垢會在短時間內大量增加，致使水流受到的壓力過大，溢流閥壓力過低，由此導致機油流出量失衡，進而引發潤滑部位的配合間隙無法保持正常系數。

2.3 燃料系統造成故障

當鉆井柴油機的燃料系統出現故障時，會導致柴油機無法正常啟動，即使能夠發動，發動機的轉速相比正常運轉狀態也會大打折扣，且由于柴油燃燒不充分，導致排煙異常。具體的原因如下：第一，由于日常操作不當或者沒有對鉆井柴油機進行良好的維護，使發動機供油管道中滲入了空氣，在內外氣壓的共同作用下，導致油路被封堵。第二，噴油泵的調節齒桿由于操作不當發生了“宕機”，或是柴油機的調速器校正彈簧等由于外力作用而失效。在此種情況下，盡管柴油機能夠啟動，卻會因為扭矩與正常狀態差距較大，導致發動機轉速不足，加速裝置雖然能夠運轉，但在很大程度上是在白白燃燒柴油，而柴油發動機本身的驅動方式決定了設備運行速度不如汽油發動機，因此即使能夠勉強啟動，也會導致行駛速度大幅度降低。

3 鉆井柴油機常見故障科學預防措施

3.1 在工作時需要注意對柴油機的保護

上文提到的由于鉆井柴油機自身的工作機構導致負載不均造成的故障，在如今的技術下，這項問題已經得到了一定程度的解決。為了精確掌握柴油機的負載，及時進行調和，共軌技術應運而生。共軌技術是由高壓油泵、壓力傳感器和ECU（控制單元）組成的閉環系統。高壓油泵把高壓燃油輸送到公共供油管，通過對公共供油管內的油壓實現精確控制，可以大幅度減小柴油機供油壓力隨發動機轉速的變化。此種技術能夠對發動機軸承受到的壓力進行實時監控，一旦發現部分軸承受力不均或負載過重，壓力傳感器會即時發出信號，通過ECU進行手動或自動方式，及時調整公共供油管內剩余油量產生的壓力，從而有效保護鉆井柴油機，使之時刻處于正常運轉的狀態[2]。

3.2 根據運轉情況適當添加潤滑油

鉆井柴油機在運轉過程中，需要根據運轉狀況適當添加潤滑油。而潤滑油濾清器是不可或缺的重要裝置。鉆井柴油機經常應用在石油、煤炭開采基地，自然環境相對較差，因此應該選擇苛刻程度較高的品牌。潤滑油的添加不是一勞永逸、用完為止的，而是必須根據使用周期進行更換。除此之外，在添加潤滑油時，切記不能將水分、雜質以及柴油帶入，否則會造成柴油機噴油泵的供油量失衡，導致柴油無法得到充分燃燒。由于柴油發動機引擎控制使用多個后噴射的情況增多，經由活塞環摻入機油而稀釋機油的燃料量不斷增加，這樣很容易降低機油的潤滑性和粘度。為了解決這一問題，美國德爾福公司開發出了能夠準確檢測機油狀態的專供柴油發動機使用的機油傳感器，根據發動機的使用時間，大幅度延長機油和潤滑油過濾器的更換時間，從而使潤滑油和機油的添加更加科學。

3.3 對冷卻水溫進行合理控制

冷卻系統是保護鉆井柴油機正常運轉的重要裝置。通過對冷卻水溫進行科學的控制，能夠有效降低發動機運轉產生的熱量，從而使運轉環境處于穩定的狀態。此舉還可以降低柴油的消耗，提升燃油效率，進而提高鉆井柴油機的使用壽命。在現有技術下，需要將冷卻系統的水溫長時間保持在80℃左右。如果水溫較低，在冷熱的對抗下，會使產生的熱能大量流失，導致柴油消耗量大幅度增加；而且過低的水溫還會使缸內的整體溫度降低，在壓力不足的情況下，柴油無法燃燒充分。不僅如此，一旦未能完全燃燒的柴油在低溫環境下發生液化，由于重力作用，會沿著缸體流向底部，與潤滑油混在一起，致使潤滑油的內部沾滿了柴油，使潤滑油無法發揮作用。因此，必須對冷卻系統的水溫進行嚴格的控制[3]。

4 結語

綜上所述，鉆井柴油機的故障產生原因總體分為設備自身原因和使用習慣兩部分。在日常工作中，維護人員應該在鉆井柴油機使用完畢后，按照設備說明書的提示進行全面檢查，對一些已經出現磨損的零部件進行及時更換，并根據設備的工作原理，分析出潛在的故障產生威脅，做好預防措施，及時排除隱患，從而延長鉆井柴油機的使用壽命。