Waukesha天然气发动机转速波动故障诊断与处理

何青海 马 云 郝崇志 魏养民 臧 伟

（1.吐哈油田公司机械厂；2.渤海石油装备制造有限公司第一机械厂，新疆 鄯善 838202）

·监测与诊断·

Waukesha天然气发动机转速波动故障诊断与处理

何青海1马 云1郝崇志1魏养民1臧 伟2

（1.吐哈油田公司机械厂；2.渤海石油装备制造有限公司第一机械厂，新疆 鄯善 838202）

根据机组运转过程中出现转速波动大的现象，分析和总结了导致停机的故障原因，运用故障排除法逐项排除、验证，找出并解决了故障。

L7042GSI；天然气发动机；转速波动；排除法；故障诊断

丘东采气工区4#压缩机组是由美国德莱塞兰公司成撬，驱动端选用美国瓦克夏公司生产的L7042GSI系列天然气发动机，该发动机为带涡轮增压、中冷、V型12缸发动机，调速方式为机械调速，点火方式为磁电机点火，额定转速1000r/min，功率1087kW。由于该型号机组为瓦克夏公司早期产品，使用时间长和控制系统落后导致机组故障诊断能力差，在运行过程出现故障后，大多情况需要多次排查才能找准原因所在。

自2015年6月以来，4#发动机空载时转速波动范围在30r/min内，加载后转速大幅度波动，振动加剧后转速下降，进而停机，多次开机后，机组运行未见好转，机组已经无法正常运转。

一、故障诊断

1.故障原因

（1）空气/燃气供给系统。空气/燃气供给系统的作用是将空气和燃气按一定的比例送入燃烧室中充分燃烧，其示意图如图1所示。进入混合器的空气需经过空气滤清器、调压阀等部件，而燃气则需经过减压阀、燃气切断阀等部件进入混合器与燃气混合后进入燃烧室。减压阀损坏或者燃气压力波动大可能会导致功率不足，转速波动大。空燃比系统故障会导致空燃比失调，过高过低的空燃比波动对发动机动力和转速有着直接的影响。

图1 空气/燃气供给系统示意图

（2）点火系统。点火系统的是通过火花塞释放高压电流引燃混合气，使混合气燃烧对外做功，其构成如图2所示，磁电机按照一定的时序向各缸点火线圈供电，电流经过高压线圈包变为30kV的高压电流，此高压电流经过火花塞放电引燃混合气，过低的高压电流或者火花塞积碳都有可能导致缺火和间隙性点火，对于12缸发动机来说，缺火间隙性点火的缸数过多会导致发动机转速波动比较大。

图2 点火系统示意图

（3）配气机构。配气机构的作用是按照一定的时序，开启和闭合气门，使混合气和尾气能够有序进出燃烧室，气构成如图3所示，进排气门损坏或密封气门、气门座损坏、气门与气门座密封不严都有可能使气体漏气，导致发动机功率下降，在负荷不变的情况下，发动机会出现转速波动大的现象。

图3 配气机构示意图

（4）调速器故障。发动机的工况是随着外界负荷及自身变化而不断波动的，调速器的作用是自动地改变燃气供气蝶阀的开度，以适应发动机工况的不断变化，若调速器出现故障，发动机可能会出现转速波动现象。

2.故障排除

故障排除法是设备检修最常用的方法之一，该方法遵循由易向难的方法，逐项排除，对以上叙述的故障点逐个排除，排除过程如下。

（1）检查火花塞。将气缸盖中央安装的12个火花塞全部拆下，火花塞表面干燥，清除表面积炭，用厂家提供塞尺（厚度为0.15in），检查中心电极与侧电极之间距离，塞尺恰能通过，证明间隙满足要求，同时用万能表测试电压为95mV，属于正常。通过外观检查，测量电极间间隙和电压，可以初步判定火花塞应该能正常工作。

（2）检查高压线，在机组运转过程中，断火法分别检查各缸高压线是否有电，均有电火花喷出，说明点火线圈及高压线圈正常。

（3）检查增压器。转动增压器中轮，运转平稳，无卡阻、松旷，证明增压器工作正常。

（4）检查燃气混合器。将燃气混合气拆开后，检查膜片尚好，气流流通通道畅通，燃气和空气在此处能很好的混合，可以排除燃气混合器故障。

（5）检查机械调速器，机械调速器油位在刻度范围内及内部传动机构动作灵活，说明调速器工作正常。

（6）检查燃气调压器机组启动后，用“U”水柱测试，空气与燃气间压差，范围在5～1/2寸水银柱左右，说明空燃比符合要求。

（7）缸压测试。分别拆除气缸盖中央火花塞，将缸压测试压力表安装在火花塞孔上，转动马达，逐缸测试，结果如表1所示。从缸压上反应出R 4(右4缸)、L1（左1缸）、L5(左5缸)缸压缸低，将缸盖拆卸下来，发现气门上积炭，存在泄露。可初步判断积碳是导致转速波动大的原因之一。

表1 左右排缸压对比表

3.故障处理

完成上述检查后，修复更换气门、气门座，重新研磨、试漏，合格安装后，机组重新启动，转速平稳，加载后运转波动在10r/min内，满足使用要求，故障排除。

4.故障分析

此次故障是由于积碳导致多个气缸的气门与气门座密封不严原因造成的，气门在发动机工作时承受高温高压，在冷却不良的条件下作往复运动，尤其是运转到一定周期后，活塞环及缸套磨损，油底壳中润滑油进行燃气室，在高温下形成积炭，积炭附着在气门上，加速气门气门座磨损，导致气门关闭不严。空载时，机组维持怠速运转所需要的燃气和空气量较小，转速波动表现不明显，加载后，空气量和燃气量增加，混合气在缸内燃烧产生功率增加，由于气体密封不严多个缸工作不良，发出功率不平衡，致使运转不平衡，表现为转速波动大。

5.预防措施

在高温、高压气体作用力下，气流可能会将气门烧毁，造成重大机械事故。因此定期对发动机各部件进行检查，及时提供维修保养，提前发现故障及时排除，可避免事故的发生，延长机组无故障使用时间。

二、结语

本文对瓦克夏L7042GSI发动机出现的转速波动大故障原因进行了分析，利用故障诊断排除法快速定位了故障源并排除了故障。为维护好发动机性能，应定期对发动机各部件进行检查，保证发动机正常运转。

[1]冯显钦.简析空燃比对发动机性能的影响[J].科技致富向导，2013，5：82-83.

[2]吴勤.发动机转速波动原因的分析及解决方法[J].车用发动机，2001，6：36-37.

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1671-0711（2015）10-0067-02

2015-09-16）