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故障檢修與技術(shù)維護 |
柴油機冒黑煙原因 |
摘要：冒黑煙現象主要是在高溫缺氧的情況下，燃燒室中的柴油得不到完全充分的燃燒，因而分解集合形成碳煙顆粒物。由于這種集合體比氣化的燃油反應速度要慢很多，不能再次充分燃燒總而造成大量的游離碳和廢氣一起排出，所以呈現出來(lái)的就是黑色煙霧。這種現象的直接后果就是柴油發(fā)電機油耗非常高，功率降低，使得活塞和活塞環(huán)氣門(mén)大量的積碳存在；同時(shí)它還將加速零件的磨損，從而降低發(fā)動(dòng)機的使用壽命。因此，康明斯公司特別提醒用戶(hù)在這方面要特別引起注意，并在本文中列舉了排氣冒黑煙的具體原因、危害分析與排除方法。
一、柴油機冒黑煙危害分析
烴類(lèi)有機物是柴油的主要成分，所以柴油在完全燃燒的情況下會(huì )生成水與二氧化碳。在正常情況下排氣管的煙氣顏色較淡，然而在實(shí)際燃燒過(guò)程中，往往會(huì )生成二氧化碳、水、氮氧化物、碳氫化合物、碳以及一氧化碳等物質(zhì)。柴油能否完全燃燒在很大程度上受燃燒空間內的溫度、氧氣含量以及油氣混合條件所影響。根據其燃燒化學(xué)反應可以看出，在柴油燃燒過(guò)程中產(chǎn)生黑煙通常是由于在氣缸內未能充分燃燒，從而導致油料裂解聚合不完全的產(chǎn)物。
一般情況下，采油機所排出的黑煙主要包括碳煙微粒與部分可溶性有機物，所以在燃燒過(guò)程中，一切因素都可能會(huì )對柴油燃燒產(chǎn)生影響導致黑煙的產(chǎn)生。而黑煙的危害主要在于加大了燃油消耗量，使得發(fā)動(dòng)機功率下降，并導致柴油機積碳嚴重，加速其磨損程度，進(jìn)而導致采油機使用壽命下降，使得柴油機運行效率降低，對環(huán)境產(chǎn)生嚴重的污染。
1、環(huán)境影響
柴油發(fā)電機冒黑煙問(wèn)題對環(huán)境影響非常大。黑煙中含有大量的顆粒物和有害氣體，如二氧化碳、氮氧化物和硫化物等，這些物質(zhì)會(huì )對空氣質(zhì)量和人體健康造成嚴重影響?？諝庵械念w粒物和有害氣體會(huì )引起呼吸系統疾病、心血管疾病等健康問(wèn)題，尤其是對老年人和兒童的影響更為嚴重。黑煙也會(huì )對環(huán)境造成污染，影響植被生長(cháng)和水質(zhì)。因此，各國政府都在加強對柴油發(fā)電機排放的監管和限制，以減少柴油發(fā)電機冒黑煙問(wèn)題對環(huán)境的影響。
2、健康影響
柴油發(fā)電機冒黑煙問(wèn)題對健康影響非常大。黑煙中含有大量的顆粒物和有害氣體，如二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等，這些物質(zhì)會(huì )對人體健康造成嚴重的危害。長(cháng)期暴露在這些有害物質(zhì)中，會(huì )導致呼吸系統疾病、心血管疾病、癌癥等疾病的發(fā)生。黑煙中的顆粒物還會(huì )對環(huán)境造成污染，影響空氣質(zhì)量，加劇氣候變化。因此，柴油發(fā)電機冒黑煙問(wèn)題需要引起足夠的重視，企業(yè)應該采取措施減少柴油發(fā)電機的排放，保護人民的健康和環(huán)境的可持續發(fā)展。
3、法律法規
柴油發(fā)電機冒黑煙問(wèn)題一直備受關(guān)注，對環(huán)境和人體健康都有不良影響。為了解決這一問(wèn)題，我國出臺了一系列法律法規，對柴油發(fā)電機的排放標準進(jìn)行了嚴格規定。同時(shí)，各地也相繼出臺了相關(guān)的治理措施，如限制柴油發(fā)電機進(jìn)入城區、加強監管等。柴油發(fā)電機冒黑煙不僅對環(huán)境造成污染，還會(huì )對發(fā)動(dòng)機產(chǎn)生不良影響。長(cháng)期冒黑煙會(huì )導致發(fā)動(dòng)機積碳嚴重，降低發(fā)動(dòng)機的工作效率，增加維修成本。因此，及時(shí)維護和保養柴油發(fā)電機，保持發(fā)動(dòng)機的正常工作狀態(tài)，不僅有利于環(huán)境保護，也有利于用戶(hù)的經(jīng)濟利益。
4、維修保養
柴油發(fā)電機冒黑煙問(wèn)題較為普遍，主要原因是燃燒不完全或者是機油燃燒。這不僅會(huì )影響發(fā)電機組的環(huán)保指標，還會(huì )對發(fā)動(dòng)機造成損害。長(cháng)期冒黑煙會(huì )導致發(fā)動(dòng)機積碳嚴重，縮短發(fā)動(dòng)機壽命，增加維修保養成本。因此，對于柴油發(fā)電機冒黑煙問(wèn)題，我們應該及時(shí)進(jìn)行維修保養。要定期更換機油和空氣濾清器，保證發(fā)動(dòng)機正常運轉。要注意燃油的質(zhì)量，選擇正規加油站加油，避免加入劣質(zhì)燃油。如果發(fā)現冒黑煙問(wèn)題嚴重，應及時(shí)到專(zhuān)業(yè)的發(fā)電機組維修廠(chǎng)進(jìn)行檢修，找出問(wèn)題所在并進(jìn)行修復。只有做好維修保養工作，才能保證柴油發(fā)電機的正常使用和延長(cháng)發(fā)動(dòng)機壽命。
由圖2可知，碳煙顆粒的拉曼光譜在1350和1590cm處出現了兩個(gè)較強的重疊峰，其中位于1350cm的為D峰，該峰代表無(wú)序化碳結構；位于1580cm的為G峰，該峰代表有序化的石墨結構，說(shuō)明碳煙顆粒中存在石墨碳。
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圖1 柴油發(fā)電機冒黑煙現象 |
圖2 碳煙拉曼光譜圖 |
二、冒黑煙現象的主要原因
1、供油提前角太小
供油提前角原理和位置如圖3所示。當柴油發(fā)電機組供油提前角過(guò)小時(shí)，會(huì )造成噴油器噴油延遲，使噴入燃燒室的柴油來(lái)不及充分燃燒就被排出，即柴油機后燃嚴重而使排氣冒黑煙。當供油提前角過(guò)小時(shí)還會(huì )導致排氣溫度增高，耗油量增大，功率不足等故障現象。
由圖4可以看出，在1500RPM和1800RPM兩種轉速下，隨著(zhù)噴油壓力的提高，煙度的排放降低都很明顯，最多可以達到50%以上。這是因為噴油壓力的提高，改善了燃油的噴霧，油滴更細更均勻，促進(jìn)了燃料的霧化及空氣的卷入，也促進(jìn)了混合氣的形成，提高了燃燒速率，使燃燒更加完全，因此降低了炭煙的排放量。
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圖3 柴油機供油提前角位置圖 |
圖4 供油提前角對煙度排放的影響曲線(xiàn)圖 |
2、超負荷工作
柴油發(fā)電機組在運轉過(guò)程中，若出現超負荷工作時(shí)，會(huì )導致噴入燃燒室的柴油增多，在燃燒室空氣量不變的情況下，就會(huì )使多余的柴油得不到充分的燃燒而出現排氣冒黑煙現旁
3、各缸供油量不均勻
柴油發(fā)電機組在額定負荷下工作時(shí)，若各缸供油量不均勻，就會(huì )使柴油機出現冒黑煙現象，這主要是因為各缸供油量所承擔的負荷是一定的，若出現個(gè)別缸供油量減少時(shí)，相比其他的缸就要超負荷工作，供油量多的缸噴入燃室的柴油多，柴油得不到充分燃燒后，就出現冒黑煙的故障現象。以四缸機為例，各缸供油量不均勻曲線(xiàn)如圖5所示。
4、噴油器故障
噴油器工作過(guò)程如圖6所示。噴油器若出現滴油、竄油或霧化不良時(shí)，會(huì )導致噴入燃燒室內的柴油燃燒時(shí)間延遲而出現排氣冒黑煙的故障現象。
5、燃燒室密封不良
燃燒室內部密封不良時(shí)，會(huì )導致氣缸內部壓縮空氣量減少，且壓縮終占時(shí)的溫度和壓力降低，噴入燃燒室內部的柴油由于得不到充足的空氣而不能完全燃燒，使得柴油發(fā)電機組排氣冒黑煙。造成燃燒室密封不良的因素較多，如活塞、活塞環(huán)和氣缸套出現過(guò)度磨損，活塞環(huán)安裝對口，氣缸墊漏氣，氣門(mén)關(guān)閉不嚴等。
6、進(jìn)氣量不足
燃燒室內部的進(jìn)氣量是一定的，若由于空氣濾清器保養不到位、燃燒室內部積炭增多、排氣管阻塞或渦輪增壓器損壞等，就會(huì )使燃燒室內部的進(jìn)氣量減少，從而影響柴油與空氣的充分燃燒，造成大量的游離碳和廢氣一起從排氣管中排出。
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圖5 4缸機各缸供油量不均勻曲線(xiàn)圖 |
圖6 噴油器工作示意圖 |
三、柴發(fā)冒黑煙故障處理探討
1、啟動(dòng)中柴油機冒黑煙的處理
部分柴油發(fā)電機在啟動(dòng)時(shí)會(huì )出現柴油機出現冒黑煙現象，根據黑煙程度大小，其原因與處理各有不同。首先，啟動(dòng)時(shí)柴油機黑煙輕微。這一現象在柴油發(fā)電機啟動(dòng)時(shí)較為常見(jiàn)，結合實(shí)踐來(lái)看主要是因為定壓式渦輪增壓器在啟動(dòng)瞬間加速性能不能很好地匹配柴油機轉速，造成空氣吸入量跟不上，由于汽缸已經(jīng)開(kāi)始壓縮工作，氣體量的不足會(huì )造成缸內柴油燃燒不充分而出現黑煙。對此，一般處理上只需等定壓式渦輪增壓器轉速上來(lái)即可。其次，啟動(dòng)時(shí)柴油機黑煙很大，造成這一現象產(chǎn)生大多是因為步進(jìn)電機驅動(dòng)器升速脈沖頻率或是聯(lián)合調機器升速針閥這兩個(gè)設備調整不正確，此時(shí)工作人員應在檢查確認后，根據使用手冊校正聯(lián)合調解器。
2、負荷運行中柴油機冒黑煙的處理
在柴發(fā)機組帶負荷運行時(shí)，若柴油機冒出黑煙，第一，則應當先觀(guān)察柴油機有無(wú)出現過(guò)載的現象，并觀(guān)察其機械轉速表有無(wú)小于標準轉速，如柴油機處于滿(mǎn)轉的情況，則需要觀(guān)察柴油機有無(wú)小于持續速度。第二，檢查機械室內的柴油機各缸噴油泵供油齒條有無(wú)拉至供油刻線(xiàn)最大值，若拉到最大，則表明柴油機發(fā)生過(guò)載，必須要馬上減負荷運行。第三，仔細聽(tīng)柴油機的運轉聲音如出現異常振動(dòng)或聲響，則表明柴油機重要零部件有故障產(chǎn)生，必須馬上停機，且需要回庫將缸頭罩蓋與曲軸箱檢查孔蓋打開(kāi)，檢查活塞與氣缸套等可見(jiàn)部位，并且對缸頭各部件進(jìn)行仔細檢查，觀(guān)察其有無(wú)異常，在油底盒處是否存在烏金等異物，如若用肉眼進(jìn)行觀(guān)察沒(méi)有發(fā)現異常，則需要吊缸排查i²。
3、燃油系統故障的處理
通過(guò)檢查發(fā)現柴油機處于正常荷載情況，并且各噴油泵齒條沒(méi)有拉至最大值，則可以用手去觸摸高壓油管，判斷其溫度與脈動(dòng)，觀(guān)察其溫度是否明顯低于正常值或是存在脈動(dòng)微弱或無(wú)脈動(dòng)的情況。如若溫度明顯低于正常值，則表明噴油器頭部發(fā)生裂損，則需要馬上停機進(jìn)行檢查。如溫度與脈動(dòng)均正常，則可能是因為噴油提前角過(guò)小或噴油器霧化不良而導致的，此時(shí)則需要開(kāi)展切缸試驗，存在不良情況則需要進(jìn)行修理。此外，還需檢查噴油提前角是否是20.5°，噴油器的噴射壓力是否在34.5 MPa+0.5 MPa。
4、進(jìn)氣系統故障的處理
（1）因為空氣濾清器堵塞嚴重，作業(yè)環(huán)境惡劣，堆積了過(guò)多的灰塵與雜質(zhì)，從而增大了進(jìn)氣阻力，導致黑煙產(chǎn)生，需要馬上清理空氣濾清器。
（2）內壁產(chǎn)生水垢或是中冷器污染嚴重、堵焊銅管數量超標等而降低了冷器冷卻效果，進(jìn)風(fēng)量下降。遇到該種情況也需要結局具體情況來(lái)進(jìn)行沖洗與清掃。
（3）接頭處或進(jìn)氣道發(fā)生泄漏。此時(shí)也需要采取緊固的方法來(lái)予以解決。
（4）供氣量過(guò)少或增壓器壓氣機效率不高。此時(shí)，則需對增壓器轉子進(jìn)行檢查，觀(guān)察其轉動(dòng)是否存在卡滯情況，是否足夠靈活，且對徑向與軸向間的縫隙進(jìn)行測量，觀(guān)察其距離有無(wú)偏大。如若偏大則需要及時(shí)將其更換。
此外還需對油封進(jìn)行檢查，觀(guān)察其有無(wú)出現漏油情況，而致使潤滑與密封不佳。若是由于過(guò)多灰塵而致使效率下降，就需要馬上清理，如果不是則需要依照規定章程來(lái)開(kāi)展修理工作。
5、各缸供油不均的處理
柴油機各缸供油不均也是造成柴油發(fā)電機冒黑煙的重要原因之一，造成供油不均通常有兩方面：
（1）柴油機油泵柱塞套筒所使用定位螺釘長(cháng)度太長(cháng)，這就導致回油孔因螺釘封堵而不通暢，不僅會(huì )造成柴油機缸內燃油量增多而燃燒不充分產(chǎn)生黑煙，并且也有可能造成柴油機無(wú)法熄火故障；
（2）柴油機汽缸中某些柱塞偶件或噴油泵齒條出現卡滯，使操作手柄時(shí)柴油機供油情況無(wú)法得到很好的響應。
針對柴油機各缸供油不均而造成柴油機冒黑煙現象處理，首先檢修人員要查看柴油機油泵柱塞套筒定位螺釘長(cháng)度是否符合要求，如果過(guò)長(cháng)則予以更換。其次，手柄操作中供油無(wú)法跟上時(shí)，我們可以將柴油機各缸噴油泵齒條露出差調整到低于刻線(xiàn)單位一半。
總結：
綜上所述，柴油機冒黑煙故障的可能原因有很多，但對于一臺柴油機來(lái)講，出現冒黑煙故障的原因可能只是其中的一個(gè)因素。如何判斷和確認柴油機冒黑煙產(chǎn)生的具體原因，是排除該故障的關(guān)鍵所在。對此我們不僅要加強重視，還應據此采取相對應的措施進(jìn)行處理，從而切實(shí)有效地保障柴油發(fā)電機良好的運行效率，進(jìn)一步保證發(fā)動(dòng)機的安全使用。
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