引言
某核電選用的18PA6B型備用柴油機是廠內(nèi)備用電源系統(tǒng)的動力源 ,要求能夠在電廠應(yīng)急工況下可靠啟動并平穩(wěn)運行,帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)以提供應(yīng)急電源 。大修工作中的錯誤裝配、正時齒輪磨損錯位、噴油泵運動部件卡澀、噴油器噴油質(zhì)量不合格等多種因素 ,都會引起噴油提前角的改變。
傳統(tǒng)提前角方法只能逐缸檢測 ,設(shè)備拆裝繁瑣 ,工具安裝精度要求較高 ,操作不便 。對核電廠而言 ,要求柴油機必須退出熱備用狀態(tài) ,一般只在電廠大修期間測取一次 。 因此 ,有必要開發(fā)一套自動噴油提前角在線檢測方法 ,實現(xiàn)噴油提前角的實時監(jiān)測 ,充分保障柴油機的安全性能。
自動計算噴油提前角 ,首先需要得到噴油時刻以及壓縮上止點時刻兩個參數(shù)。
1 噴油時刻檢測
通過測量燃油管壓力曲線首次拐點的發(fā)生時刻來得到噴油時刻信號。
測量高壓油管壓力的儀器主要有管接式壓力傳感器及夾持式壓力傳感器。氣缸數(shù)量較多的大型備用柴油機 ,適合采用夾持式壓力傳感器 。分別在每個氣缸的高壓油管上安裝該種燃油壓力傳感器 , 同時測量出所有氣缸的高壓油管壓力波動信號 ,并以此作為各氣缸的噴油起始時刻。
2 活塞壓縮上止點時刻檢測
電廠大型備用柴油機一般為V型雙列布置 ,氣缸編號規(guī)則為從聯(lián)軸器面向柴油機本體觀察 ,左側(cè)為A列 ,右側(cè)為B列 , 由近及遠(yuǎn)氣缸數(shù)依次增加排列。
2.1 第一缸活塞上止點與發(fā)動機實時轉(zhuǎn)速
采用頻閃測速儀 , 即可采集到A1缸(第一缸)的上止點位置時刻信息。盤動曲軸將A1缸活塞置于壓縮上止點位置 ,選取聯(lián)軸器圓周上的任意位置與柴油機基座做好線性標(biāo)記 。將反光片粘貼到聯(lián)軸器的標(biāo)記處 ,光信號檢測儀器對準(zhǔn)安裝到基座標(biāo)記處。采集到的反光信號時刻 ,作為A1缸的壓縮上止點時刻tEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(值 。再由兩次反光信號的間隔時間 ,方便地計算出發(fā)動機實時轉(zhuǎn)速n值。
2.2 其他氣缸活塞上止點的檢測
出于測量儀器安裝方便的考慮 , 只需在聯(lián)軸器上設(shè)置一個A1缸活塞上止點反光片 ,其他氣缸的活塞上止點時刻可根據(jù)發(fā)火間隔角o、單列發(fā)火間隔角o單、排間發(fā)火間隔角o排 以及發(fā)火順序 ,在tEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(的基礎(chǔ)上依次算出。
相鄰發(fā)火的兩缸間隔時間以曲軸轉(zhuǎn)角表示 ,稱為發(fā)火間隔角o 。 四行程柴油機的一個工作循環(huán)內(nèi)曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈 ,則單列柴油機氣缸間的發(fā)火間隔角o單 為 :
式中 ,i為柴油機單列氣缸數(shù)目。
即曲軸每轉(zhuǎn)720A/i ,單列內(nèi)就應(yīng)有一個氣缸發(fā)火做功。
V型柴油機相當(dāng)于共用一根曲軸的兩臺單列柴油機 ,每段曲軸帶動一左一右兩個氣缸的活塞連桿組件運轉(zhuǎn) , 同 一段曲軸上兩氣缸間的發(fā)火間隔角度稱為排間發(fā)火間隔角o排 ,該值與柴油機的V型角度及單列的發(fā)火間隔角直接相關(guān)。
18PA6B型備用柴油機共包括18個氣缸 ,分兩列布置 ,則單列氣缸間的發(fā)火間隔角o單=720A/9=80A(CA) 。此外 ,該型柴油機的V型角度為60A ,排間發(fā)火間隔角度o排=420A(CA) ,發(fā)火順序如圖1所示。
綜上,可以得出發(fā)火間隔角列 ,如圖2所示。
由圖2查出各氣缸相對于A1缸的發(fā)火滯后角度●ox,再將其換算成時間間隔 , 即可得到各氣缸上止點時刻:
式中 ,●ox為各氣缸與A1缸的發(fā)火間隔角 , 由發(fā)火間隔角列表查出 (A) (CA) :n為曲軸實時轉(zhuǎn)速 , 由光信號檢測儀器測出(r/min) 。
3 噴油提前角的計算
根據(jù)以上測量或計算出的各氣缸噴油時刻以及活塞壓縮上止點時刻 ,做差之后換算為對應(yīng)轉(zhuǎn)速下的曲軸轉(zhuǎn)角 , 即可得出各氣缸的噴油提前角實時數(shù)據(jù)。
3. 1 A1缸噴油提前角
根據(jù)夾持式壓力傳感器測量出的A1缸噴油時刻tEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(及測光計測量出的活塞上止點時刻tEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(, 即可計算出A1缸的噴油提前時間●tA1 ,將其換算成曲軸轉(zhuǎn)角 ,便得到A1缸的噴油提前角9A1值 :
式中 ,tEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(為光信號檢測儀器檢測到的A1缸上止點時刻 (s) :為夾持式壓力傳感器測到的
A1缸的噴油時刻(s) 。
3.2 其他氣缸噴油提前角
利用公式(2)計算出的其他各氣缸上止點時刻tEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(, 以及夾持式壓力傳感器測量出的各氣缸噴油時刻tEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(,可以計算出各氣缸的噴油提前角為:
式中 ,x為氣缸編號 ,B1 ,A2 ,B2 , … ,A9 ,B9:Aox為各氣缸與A1缸的發(fā)火間隔角(9) (CA) :tEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(為夾持式壓力傳感器測量的各氣缸的噴油時刻(s) 。
4 結(jié)語
針對電廠大型備用柴油機的噴油提前角在線測量改造 ,僅需要在柴油機各氣缸的高壓油管上安裝噴油壓力測點 ,在聯(lián)軸器上粘貼一片反光片 ,則啟動或盤車后 , 即可自動測量出所有氣缸的噴油提前角數(shù)值 ,方便快捷 ,而且精度較高 , 能夠動態(tài)跟蹤柴油機噴油提前角的變化 。將實測值與標(biāo)準(zhǔn)值或歷史記錄比較 ,能直觀展現(xiàn)出噴油提前角的變化趨勢 ,可以第一時間判斷出柴油機是否具備順利啟動與平穩(wěn)運行的條件 ,是否需要緊急停機檢修。
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