12V190柴油机现状分析及改进研究

王斌 王联合 候海龙 白君

摘 要： 本文通过对石油钻机用PZ12V190柴油机的整体设计及技术参数、现场使用情况分析，参照国际上主流的钻机用柴油机设计思路，结合PZ12V190柴油机自身的实际状况，提出了8大项改进方案，发挥了原设计的有点，并使设备性能得到显著提升。

关键词： PZ12V190柴油机、整体设计、技术参数

【中图分类号】 TK423 【文献标识码】 A 【文章编号】 2236-1879（2018）11-0136-01

一、PZ12V190型柴油机整体设计及技术参数

1、柴油机整体设计。

PZ12V190型柴油机是一种中速四冲程增压柴油机，机械调速器，整体采用分散式布局，自由端通过气胎式离合器驱动风扇给高低温系统散热，高温系统给机体缸盖散热，低温系统为机油和进气道压缩后的空气散热，高压油泵分主副泵，由齿轮系角齿提供动力，设有预供油气启动系统，自动保护设施有超速安全装置和油压低停车装置。

2、柴油机主要技术参数。

机采用四冲程、直喷式燃烧室、水冷、增压和中冷的方式，气缸排列为V型60°夹角，气缸直径为190mm、活塞冲程210mm、排量71.45升，压缩比14：1，额定转速为1500r/min、12小时持续功率1200HP、燃油消耗209.4g/kw.h、稳定调速率不大于8%。

3、石油钻机的匹配方面。

作为一款中速柴油机，12小时持续功率1200HP较好的满足了石油钻机20型、32型、40型、45型以及50型不同钻机的动力需求，用户可以灵活采用单机泵组、两机一泵、三机二泵来匹配动力，配合减速箱或液力耦合器实现钻机动力的传递。日常设备使用转数范围一般在1000到1300转/分钟左右，与额定转速比较也留有适当的余量，稳定调速率不大于8%，尽管指标不是很高，但也完全满足钻机设备使用工况，经过后续到链条或皮带并车，游动系统的缓冲，最终钻具或转盘得到了较好的稳定速度。

二、PZ12V190型柴油机的改进思路

1、柴油机的自动控制有待提高。该机型投产时间太长，近50年未出现较大改进，卡特皮勒柴油机、沃尔沃柴油机等厂家，近年来逐步实现了柴油机从机械燃油控制到燃油电喷技术的过渡，对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以及喷油定时随运行工况的实时控制。采用转速、油门、喷油时刻、进气温度、进气压力、燃油温度、冷却水温度等传感器，将实时检测的参数同时输入计算机（ECU），与已储存的设定参数值或参数图谱（MAP图）进行比较，经过处理计算按照最佳值或计算后的目标值把指令送到执行器。执行器根据ECU指令控制喷油量（供油齿条位置或电磁阀关闭持续时间）和喷油正时（正时控制阀开闭或电磁阀关闭始点），使柴油机运行状态达到最佳。技术已经非常成熟，但是PZ12V190系列柴油机未进行相应的升级，要实现自动化控制升级，以下几个方面需改进：

1.1、重点1是引入柴油机自动检测及故障诊断系统。

引入计算机（ECU）微处理系统，测量柴油机各种工作状态，如转速、冷却系统水温、水压、润滑系统油温、油压、增压器气等，控制喷油时间和油量，实现精确的速度控制，利用计算机实现各类数据的存储、报警和分析，实现柴油机的制止启动和严重故障的紧急停车。

1.2、重点2是机械油泵需更换为电控油泵喷射系统。柴油机燃油性能中，当内燃机平均有效压力Pe为590～880kpa时，燃油有效效率为0.3～0.4，燃油消耗率为220～285g/（kw.h），当柴油机工况大幅波动时，电子机动调节喷射技术的使用对提高燃油效率尤为重要，燃油节能方面有很大的提升空间。

2、柴油機的整体布局应考虑改变。

PZ12V190型柴油机在自动化程度不高，设备部件可靠性不强的历史阶段采取分散式布局是相对合理的，可以大幅减少设备的可维修性，随着设备零部件制造技术的迅速提高，设备配件的故障率也得到了很好的控制，设备油品质量从早期的CC40级机油升级到现在的CH40级机油，防冻液技术也得到发展，柴油机设备的整体质量得到全面提升，设备的大修周期也提高到20000小时以上，这也为柴油机实施紧凑型布局提供了技术保证。

3、冷却系统的改进。

改型柴油机在设计上实施高低温独立冷却，设计思想是考虑到气缸冷却和机油冷却的温度差异较大，在风扇处不同的散热片形成高低温区，更好地实现机油的冷却和中冷器处压缩空气的冷却。实际情况有几点不适应，一是中冷器目的是冷却压缩空气，在实际使用中却是经常出现冷却水的温度比压缩空气的温度还高，起到了反作用；二是设计成高低温冷却系统降低了散热器的使用效率，低温循环系统温差小带走的热量较少；三是未考虑到近年来润滑油的发展，机油CC级发展到现在的CD＼CE＼CF＼CH级机油，合成油的质量得到很大提升，黏温性更好，能够适应发动机的高温工作状态。因此，有必要将高低温系统合在一起使用，使用一个冷却水箱，去除中冷器设计。

在散热器设计上，建议使用压制成型整体式的散热器，最大限度减少用于维修的管件连接，特别是不要选用胶管连接，其老化快、易腐蚀，是造成冷却系统失效的重要原因。

4、启动系统的改进

4.1、气启动系统是钻机用PZ12V190柴油机的特点，好处是可以连续多次启动，无电瓶电量的限制，但是气启动系统噪音很大，对设备使用人员的听力健康不利；气启动系统易出现腐蚀卡死现象，多数起动机都是锈蚀损坏，尽管可以通过进气道加注润滑油，但效果并不好，可以考虑使用电启动马达，解决此问题，在电源的使用上，可以考虑电瓶或可控硅电源的办法来解决。

4.2、启动系统推齿不到位或啮合不上是一个常出现的问题，这个问题可以通过斜齿啮合或提高啮合精度的方法进行解决。

4.3、现有气启动系统的马达固定是不可靠的，经常出现马达启动盘松动，发现不及时就会损坏固定螺栓丝扣。主要原因是设计问题，仅依靠螺栓来紧固，对螺栓的强度要求太高，可以设计定位台阶，这样就容易解决此问题。

总之，提高设备的性价比是石油钻井公司购置设备首先要考虑的问题；其次，降低设备全寿命使用成本关乎企业的后续投入，PZ12V190柴油机是一款国产设备，具备改进设计、提高技术性能的条件，同时合理的控制设备价格、配件价格上升，将使该机型赢得市场的认可，有较好的市场前景。