核电厂18PA6B柴油发电机组低压燃油系统增压泵频繁启动问题分析处理

于洋 华树明

【摘  要】本文基于核电厂18PA6B柴油发电机组低压燃油系统发生的增压泵103PO频繁启动问题，结合燃油系统管路内压力波动特性，详细全面的分析了系统中导致压力异常波动触发增压泵频繁启动的各种因素，并结合现场试验验证数据分析，对后续日常工作中该类问题分析和迅速处理有着积极借鉴参考意义。

【关键词】柴油发电机组;低压燃油;压力波动;增压泵;频启

1.柴油机燃油系统简述

燃油系统的任务是根据柴油机的运转工况，在最佳时刻，在预定的时间内，将一定数量的燃油，以一定的压力，雾状形态喷入气缸内，以便与进入气缸内的空气充分混合燃烧，使燃料的化学能转变为机械能，实现功率输出，故稳定的燃油供给至关重要。

然而，柱塞式高压油泵间歇性供油特征，使得低压燃油回路不可避免的产生燃油波动。燃油波动也会引发管路振动，当压力波振动频率与系统管路的固有频率接近时，就会产生共振现象，近而造成疲劳损坏，故通常对系统压力波动是有严格要求的，本机型上游文件中对系统平均压力要求为3.5±0.25bar。

低压燃油回路包含设备：燃油增压泵103PO、机载燃油泵104PO、自净式燃油过滤器、止回阀、截止阀、仪表（111SP控制103PO启停＼153MP监测燃油进机压力）及其附件（仪表前置阻尼器）、A/B蓄能器、超速滑阀、压差指示器、自力式压力调节阀100VF、其他管路附件等。

1.1.低压燃油系统中燃油输送

103PO（燃油增压泵）/104PO（机载燃油泵）为燃油注油器提供燃油，正常情况下，由机载燃油泵104PO提供一个正常的燃油流量，在柴油机启动初期以及机载泵104PO失效情况下，103PO（燃油增压泵）启动并给柴油机提供燃油。低压燃油系统采用的输油泵多为具备稳定输出的齿轮泵。

1.2.燃油增压泵的控制逻辑及技术参数

柴油机燃油增压泵103PO的控制，103PO的启动和停运是由111SP1开关来控制的，该开关布置在103PO的下游。当103PO泵下游管线压力低于200Kpa时，103PO启动。当103PO泵下游管线压力高于200Kpa时，103PO停运。

2.故障分析

故障直接原因较为明确，导致出现油压低报警原因为油压波动曲线下移或油压波动幅度变大，谷值超过报警值从而产生报警。为了便于近一步分析，现场重启柴油机并对燃油进机压力进行录波，近而从压力波动的产生（脉动源），到过程中波动的叠加，再到管路附件等因素进行波动产生分析，并结合抑制波动措施设备进行分析排查，最终通过燃油自净式过滤器排污，111SP仪表阻尼器调整和100VF自力式压力调节阀微调，消除故障。

2.1.压力波动分析

1）脉动源：油管内流动基本方程如下，其中输油泵为流量稳定的齿轮泵，故燃油系统进口与出口压力边界为恒定压力，高压油泵为柱塞泵，其往复运动并从低压燃油系统吸油和回油，将对低压系统造成扰动，阻力系数等一定情况下，不难发现往复运动的高压油泵是造成低压燃油系统压力波动的主要原因。

针对此故障我们对系统压力波动信号进来行了数据采集，柴油机空载采集信号（时域信号、频域信号）和带载采集信（时域信号、频域信号）。根据采集的压力波动信号，可以较为容易判断平均压力是否存在异常，近而确定机载燃油泵输送是否存在异常。本次采集无论柴油机空载还是带载平均压力较稳定，带载时系统的平均压力稳定在3.315bar满足系统平均压力要求为3.5±0.25bar，机载泵工作正常。

2）高压油泵产生的脉动叠加

18PA6B机型存在18个缸头对应18台高压油泵，60度夹角，按照如下发火顺序工作，

A1-B4-A6-B9-A3-B5-A2-B1-A8

B6-A7-B3-A4-B2-A9-B8-A5-B7

从而使各高压油泵按照一定相位差往复运行工作，各高压油泵引发的压力波动存在一定叠加，从加大对管路和设备的冲击。

3）管路附件对压力波动影响

低压燃油系统管路附件包括单向阀、自力式压力调节阀、自净式燃油过滤器。在回路中对燃油产生流阻，当流截面积发生变化时，实现局部压力调整。同时经过各管路附件的固有频率不同，当与系统脉冲频率相同时，产生谐振，近而增加了系统脉动。

自净式燃油过滤器具备反冲洗功能，故其上方设有附有排污口，可以进行在线排污，若过滤器过滤能力下降，存在一定堵塞，对整个燃油系统存在一定影响。此次排查过程中我们对其进行了在线排污，排出一定的棉絮狀物，系统压力排出前后如下图所示，压力波动幅度有一定降低，影响较小。

2.2.低压燃油系统上采取的压力波动抑制措施

本系统中采用的压力波动抑制措施主要是采用蓄能器和节流孔板。此外，设计上也可考虑增加管路直径的方法抑制波动。

蓄能器采用皮囊填充结构，流体经过蓄能器后改变了流体的刚度与阻尼，近而降低流体波动幅度，吸收脉动。本次对检查蓄能器顶端皮囊监测无异常。

增大节流孔板对于压力波动抑制作用较明显，系统主要设置在回油管线上，流体流经节流孔板，孔板的局部阻力，使得流体能量损耗增加，该方式比采用调节阀门更经济和简单。某试验验证节流孔板效果显著，参数及对比表格如下，节流孔径从1.0mm增至2.0mm，进油压力波动最大波动幅度明显下降，进油压力均值降低10%，对大波幅降低43%，回油压力均值波动不大。所以不难看出，节流孔板孔径变，压力波动幅度明显变化。

增加低压燃油管路直径，相应的通过增加管路容积，某试验表明其对压力波动有一定衰减作用但不明显，参考试验数据如下，从数据和图曲线中可明显观察改变直径对压力波动抑制效果不理想。

2.3.内漏与外漏

外漏包括管道接头、仪表接头、管路附件密封件失效等，内漏包括齿轮泵安全阀、齿轮间隙变大、逆止阀泄漏、背压阀等。异常的外漏和内漏，均会造成压力曲线整体下移，造成压力谷值超过2bar，从而引发增压泵启动。

综上，通过低压燃油系统给的排查和波形分析，103PO增压泵的频繁启动和自力式压力调节100VF的启闭之间存在耦合现象现场通过在线排污、自力式压力调节100VF微调、仪表阻尼器调整打破该耦合现象，最解决现场频启问题。

3.结论

高压油泵往复运动吸油和回油是产生低压燃油系统压力波动的主要原因，当压力波动异常时，应采用如下方法：

1）低压燃油系统压力录波，确认平均压力，分析泄漏情况和机载燃油泵供油效率是否下降。

2）低压系统设备状态排查，确认泄漏，高油泵出油管异常振动情况。

3）自净式过滤器在线排污。

4）自力式压力调节阀100VF微调。

5）111SP仪表阻尼器调整，增大阻尼，对采集信号滤波

经实际验证，在柴油机热备期间，不影响设备可用性情况下，上述方法可迅速的消除低压燃油系统压力波动异常，确定故障点，缩短检修时间。

此外，从对系统压力波动的因素考虑优化系统，有条件电站亦可通过系统改造，适当增加节流孔板孔径、改变管径、选用更为灵敏吸收能力更强的蓄能器到等方法降低压力波动。

参考文献：

[1]机械设计手册 第五册 2008.1第五版 化学工业出版社

[2]郭立军，浦卫华 柴油机低压系统压力波动仿真 柴油机 2016年第四期

杨瑞军 降低液压系统压力脉动方法 现代制造工程 2006（8）

（作者单位：广西防城港核电有限公司）