石油钻井柴油机故障诊断与排除

190系列/2000系列柴油机故障诊断与排除渤海钻探第三钻井公司王金广2010年01月第一部分柴油机故障概述柴油机是一种复杂的热力机械，工况复杂，工作条件恶劣。因此，在运转中经常发生故障。故障定义柴油机在规定的试验条件下和规定的时间内，不能完成规定功能的事故称为柴油机故障。包括零部件失效和性能降低柴油机的故障现象当柴油机发生故障时，一般会伴随以下现象：（1）声音异常：当出现故障时，便使声音变得异常。如活塞碰气门时出现金属敲击声；供油角过大时出现燃烧敲击声；汽缸漏气时出现“嘘嘘”声；旋转件相碰时出现摩擦声等。（2）外观异常:烧机油出现的冒蓝烟；燃烧不良出现的冒黑烟；密封面失效出现的漏油、漏气等。（3）温度异常：当供油角过晚或负荷过大所出现的排温过高；轴承烧损所出现的轴承过热；冷却系统故障所出现的水温、油温过高等。（4）动作异常：当平衡失效或基础不牢出现振动过大；当调速失灵出现的飞车或游车；起动系统故障；柴油机起动不起来。（5）压力异常：当气门、活塞环密封失效出现的气缸压力过低；曲轴箱压力过高；润滑系统故障出现的油压过低，增压系统故障出现的气压过低、过高等。（6）气味异常：电器系统故障出现烧机油出现的油烟味等。第二部分引起柴油机故障的原因引起柴油机故障的原因是多方面的：●操作方面原因•维护保养方面的原因•维修、拆装方面的原因•加工制造方面的原因（一）操作方面引起的故障由于违章操作造成的柴油机故障，在柴油机故障中占有很大比例。思想上疏忽，技术上不熟炼，也有一些错误的习惯作法。常见的违章操作有以下几个方面：（1）起动时间过长。起动后未立即释放按钮，关闭开关。采用电动马达起动系统时，电动马达一次连续运转不得超过5秒钟。时间过长，将因马达过热而烧坏。有时还会发生柴油机倒拖马达现象，导致马达超速运转而损坏；（2）冷车起动不经过暖车便快速加大负荷运转。此时由于油温低、粘度高，至使摩擦面润滑不良，从而导致异常磨损，拉伤等故障；（3）磨合不充分，超负荷运行。新机或大修后的柴油机，特别是现场修复的柴油机，更换缸套、活塞或者活塞环等零件后，未经充分磨合，直接带高负荷运行。这样往往造成零件异常磨损，甚至出现拉缸，断活塞等故障；（4）带负荷急停车。停车时未经怠速降温，此时摩擦表面存油不足，再次开车时因润滑不良而磨损加剧；（5）油量不足开车，机油量不够，造成摩擦副表面供油不足，导致异常磨损或烧瓦；（6）冷却液不足开车，冷却系统易产生气阻，柴油机得不到充分冷却，会因机件过热出现拉缸等事故；（7）超负荷或者超速运转。引起柴油机自身温度过高，零部件强度降低，造成零件损坏；（8）水温、油温不正常而继续运行。运行中水温过低、过高，或者油温过低、过高都会造成零件磨损加剧；（9）高速、高负荷运转中急停车。此时往往因压力变化大，惯性大，温度高等造成不必要的故障；（10）不预供油便直接起动。会造成各摩擦表面出现干摩擦现象，引起异常磨损。（二）维护保养方面出现的故障不按使用说明书规定进行维护保养，也容易造成故障。常见的故障有以下几个方面：（1）添加或更换润滑油不及时，造成机油量不足或机油过脏，恶化变质，造成异常磨损、烧瓦等故障；（2）清洗机油滤清器不及时。容易造成机油滤清器阻力过大，甚至阻塞，机油从旁通阀通过，使未经过滤清器的脏污机油流入润滑部位，引起异常磨损或烧瓦；（3）清洗柴油滤清器不及时。容易造成柴油滤清器阻力过大，供油不足，引起功率不足，转速不稳等故障；（4）清洗空气滤清器不及时。造成空气滤清器阻力过大，空气量不足，引起功率不足，冒黑烟或排温过高等故障。（5）检查、调整气门间隙不及时。造成气门间隙过大、过小，引起柴油机功率不足，油耗过高，排温过高和气门磨损加剧等故障。（6）检查、调整供油提前角不及时。造成供油提前角过大或过小，引起柴油机燃烧粗暴，烧活塞或者排温过高等故障；（7）检查、调整喷油器不及时。造成喷油器雾化不良或针阀卡死，引起柴油机起动困难，功率不足，排温过高和冒黑烟等故障；（8）冬季柴油机停车后放水不及时。各冷却部位水没有放干净，引起水泵、油冷器、中冷器、增压器等冻裂。（三）维护中拆、装方面故障拆、装错误也是引起柴油机故障的原因之一（1）活塞环安装位置不正确。活塞环开口位置未错开，扭曲环上下面装倒等原因将引起窜机油现象和窜气现象；（2）喷油器垫片安装不正确。喷油器中喷油嘴伸出缸盖底平面高度有严格的尺寸要求。若因垫片漏装或多装而使该尺寸过大或过小，将引起燃烧恶化，结炭严重、功率不足，冒黑烟和因漏装垫片造成的从喷油器处漏气、烧坏缸盖等故障；（3）气缸衬垫安装不正确，气缸衬垫漏装或多装，将造成气缸压力下降、漏气和活塞碰缸盖等故障；（4）齿轮啮合不正确。齿轮啮合记号装错，导致供油角过大或过小，引起燃烧恶化、冒黑烟、排气温度过高；（5）螺母安装不正确。紧固连杆螺母，缸盖螺母时，扭矩不准或紧固顺序不对，将造成缸盖密封不严，甚至螺栓断裂等故障；（6）有关配合间隙值。当活塞和缸套各间隙，主轴与瓦、连杆与瓦配合间隙，齿轮啮合间隙等不符合要求时，将造成异常磨损、拉缸、烧瓦和齿轮系损坏等故障；（7）加工制造方面，造成柴油机重大故障。第三部分：柴油机常见的故障诊断与排除•由于柴油机的结构和使用环境不同，引起柴油机的故障原因、故障现象也不相同。对待具体故障，应根据不同情况具体分析。①结合原理，分析结构故障诊断的原则②由现象到本质③由表及里，先易后难④按系统分段故障诊断的方法，步骤定位查找诊断方法：①部分停止法②比较法③试探法④拆检法⑤仪器诊断法热工仪器检测声振仪检测磨粒检测诊断步骤：弄清故障现象（一）柴油机起动困难或不能起动（1）柴油机起动系统故障表现为起动转速低甚至不能驱动旋转，起动无力。原因:气马达损坏，气马达与齿圈啮合不良，气源压力不足，气管线漏气，继气器打不开，油控阀或气控阀失灵。排除方法：更换修理全气动马达，检查修理。（2）燃油供给系统故障，表现为燃油供给系统不供油或供油不正常，柴油机不着火或着火后不能转入正常运转。原因：燃油质量不符合要求或含水，燃油箱安装位置过低，高压管线内有空气，燃油管路堵塞，燃油滤清器堵塞或旋阀未开，输油泵不供油，喷油器卡死，喷油泵供油提前角不对，喷油泵弹簧断裂，喷油泵油量调节杆卡住，齿杆不在加油位置，出油阀卡住或出油阀弹簧断裂，喷油压力过高或过低。（3）压缩压力不足，表现为压缩无力，漏气现象严重，由于气缸压缩压力过低，使压缩温度低于燃料燃烧温度而不能着火。气门漏气、气门座磨损、气门间隙小、气门卡死、空气滤清器污堵、进气管道堵塞、防爆装置蝶门关闭、配气定时不正确、活塞环磨损严重、活塞环卡住、活塞环开口位置重合、气缸床损坏、压缩比太小。（4）润滑系统故障。表现为供油压力不足，不能使柴油机起动，起动预热供油泵压力不足、机油温度过低，粘度大，机油压力调节失灵。（5）使用保养问题。柴油机温度过低，长时间连续怠速运转。（二）柴油机功率不足•功率不足是指柴油机在工作时发不出应有的功率。这一故障的分析应从柴油机基本工作原理方面去分析。一定型号的柴油机其所发出的功率主要与作用在活塞顶上的燃料燃烧所产生的压力大小有关，而燃烧压力的大小主要取决于燃料在燃烧室中燃烧完善程度，影响燃烧状况的主要因素有；气缸的进气量，燃烧供给系统的供油质量，供油提前角及气缸内的压缩压力等。当上述条件不满足要求时，使柴油机燃烧不良，燃烧压力低，造成柴油机转速下降，功率不足。（1）燃油系统故障，表现为燃油系统供油不足，供油质量不佳，燃油质量差，导致柴油机功率不足。燃油质量不好或含水，燃油管路不畅通，燃油滤清器污堵，喷油器卡死，供油定时不正确，喷油泵柱塞偶件严重磨损，油头伸出高度不合适，喷油泵凸轮严重磨损、调速器拉杆螺杆旋入太多，喷油泵齿杆伸出长度不够。以上排除方法：更换喷油泵（2）进排气系统故障。表现为进入气缸内的新鲜空气不足，气缸内的废气不能排净，充气效率低。空气滤清器污堵，进排气道不畅通，配气定时不正确，进排气门下陷严重和漏气，气缸或活塞环处漏气，中冷器脏污进排气凸轮磨损严重。以上更换空气滤芯，修理中冷器和缸盖。（3）冷却系统故障，表现为进气温度过高，影响进气量。进气温度过高，中冷器水路堵塞。以上排除方法：通水路，清洗中冷器。（4）增压气故障，表现为进气压力不足，从而影响进气量。增压器污垢，进气压力低。（三）运转不均匀•柴油机运转不均匀表现为，转速出现忽高忽低的不正常现象。•保持柴油机运转均匀的条件有：①各缸发出的功率应相等，即要求各缸的供油量，供油提前角和压缩压力均应相等；②各缸内燃烧状况应稳定、均匀；③柴油机所驱动的负荷应均匀；④调速器应保持良好的工作状态。•当柴油机相关部件出现故障，使上述条件不能满足时，便造成柴油机转速忽高忽低现象。•柴油机运转不均匀，燃油管路或喷油泵内有空气，喷油器漏油或堵塞，喷油泵弹簧断裂或弹力不足，喷油泵柱塞偶件卡死，喷油泵油量调节齿圈松动，出油阀弹簧断裂或出油阀卡死，调速器内机油过多，飞铁衬套磨损严重，调速器缓冲弹簧断裂或磨损严重。（四）排气烟色不正常•柴油机工作运行时，正常排气烟色一般为淡灰色，负荷较重时，则可能为深灰色。如果柴油机运转时排气冒白烟、黑烟或蓝烟，则说明排气烟色不正常。（1）排气时冒黑烟，排气时冒黑烟是由于柴油在燃烧室内不能燃烧，一部分碳元素烧不完，形成游离碳，悬浮在燃烧后的气体中，和废气一起排出，进排气通路不畅，空气滤清器污堵，排气阻力大，增压器堵塞，中冷器堵塞，气门间隙不正确。喷油器漏油，雾化不良，喷油泵供油定时不正确，出油阀弹簧断裂或阀卡死，喷油泵个别油量调节齿圈松动，供油量过多，柴油机过载，长时间怠速运转。以上排除方法：换空气滤芯，检查调整供油和高压油泵。（2）排气冒蓝烟：柴油机排气冒蓝烟，一般是由于大量机油窜入燃烧室后形成机油蒸气，随废气排除，造成的，机油液面过高，活塞环严重磨损，汽缸套、活塞磨损严重或刮伤，各活塞环开口重合，增压器油封漏油。以上排除方法：更换活塞环。（3）排气冒白烟。排气冒白烟是由于进入燃烧室内的柴油蒸发后为燃烧或燃烧室内进入水所造成的。中冷器漏水进入气缸内，冷却水温太低，燃油中有水，喷油器喷油嘴低速不雾化。（五）机油压力过低•可靠的润滑是保证柴油机正常运行必不可少的条件。机油压力是表示柴油机润滑系统工作状况的重要指标。各种柴油机都规定有正常工作是机油压力的要求，同时还规定有最低油压的限制要求。当机油压力低于规定压力时，可首先用调压阀进行调节，若仍不能恢复至规定的机油压力，则需检查原因并排除故障。机油压力过低，调压阀卡死或压力调节不当，油量不足，机油稀释粘度不够，润滑系统泄漏，油压表损坏，机油泵损坏，机油冷却器堵塞，轴瓦烧坏或间隙过大。•以上排除方法：配修轴瓦。（六）机油温度过高•机油的粘度随温度的升高而降低，而适宜的粘度是正常润滑的必要条件。•机油温度过高，油底壳内机油液面过低或过高，机油泵泵油量过少，冷却水不足或温度过高，机油冷却器堵塞，活塞环、气缸套磨损严重，造成漏气，轴承烧损。•以上排除方法：清洗机油冷却器。（七）机油稀释•燃油、冷却水侵入机油后，破坏了机油原有的润滑性能，使正常的润滑条件受到破坏。•机油稀释，气缸套密封水圈漏水，水泵密封水圈密封不严，汽缸盖喷油器护套上部漏水，机油冷却器水管漏水，喷油器回油管接头漏柴油，喷油器漏油，滴油，雾化不良，输油泵漏油，增压器中间体冻裂，长期怠速运转。（八）呼吸器逸气异常•呼吸器逸气异常：活塞环严重磨损或折断，活塞、缸套严重磨损或拉伤、烧伤，轴瓦烧损，增压器气封失效，活塞环开口重合，机油中有水，喷油器下面未装垫片。（九）冷却水温度高•冷却水温过高是柴油机过热的一种表现形式。柴油机过热使其有关零件的机械性能下降，造成零件变型、裂纹，甚至断裂。柴油机过热还会使气缸内充气量减小，降低输出功率。•（1）冷却水温过高，冷却水不足，散热水箱芯子堵塞，柴油机过载运行，产生了严重拉缸现象。•（2）排气温度过高，进排气道不畅通，空气滤清器污堵，气门间隙不正常，喷油器漏油，雾化不良，供油提前角太迟，超负荷运行，增压器堵塞。（十）不正常杂音•柴油机在正常工作中，也会发生很