故障檢修與技術(shù)維護(hù) |
柴油機(jī)冒黑煙原因 |
摘要:冒黑煙現(xiàn)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(yīng)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(xiàn)出來的就是黑色煙霧。這種現(xiàn)象的直接后果就是柴油發(fā)電機(jī)油耗非常高,功率降低,使得活塞和活塞環(huán)氣門大量的積碳存在;同時(shí)它還將加速零件的磨損,從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。因此,康明斯公司特別提醒用戶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(jī)冒黑煙危害分析
烴類有機(jī)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)際燃燒過程中,往往會(huì)生成二氧化碳、水、氮氧化物、碳?xì)浠衔?、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(nèi)的溫度、氧氣含量以及油氣混合條件所影響。根據(jù)其燃燒化學(xué)反應(yīng)可以看出,在柴油燃燒過程中產(chǎn)生黑煙通常是由于在氣缸內(nèi)未能充分燃燒,從而導(dǎo)致油料裂解聚合不完全的產(chǎn)物。
一般情況下,采油機(jī)所排出的黑煙主要包括碳煙微粒與部分可溶性有機(jī)物,所以在燃燒過程中,一切因素都可能會(huì)對(duì)柴油燃燒產(chǎn)生影響導(dǎo)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(jī)功率下降,并導(dǎo)致柴油機(jī)積碳嚴(yán)重,加速其磨損程度,進(jìn)而導(dǎo)致采油機(jī)使用壽命下降,使得柴油機(jī)運(yùn)行效率降低,對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。
1、環(huán)境影響
柴油發(fā)電機(jī)冒黑煙問題對(duì)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(duì)空氣質(zhì)量和人體健康造成嚴(yán)重影響。空氣中的顆粒物和有害氣體會(huì)引起呼吸系統(tǒng)疾病、心血管疾病等健康問題,尤其是對(duì)老年人和兒童的影響更為嚴(yán)重。黑煙也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染,影響植被生長(zhǎng)和水質(zhì)。因此,各國(guó)政府都在加強(qiáng)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)排放的監(jiān)管和限制,以減少柴油發(fā)電機(jī)冒黑煙問題對(duì)環(huán)境的影響。
2、健康影響
柴油發(fā)電機(jī)冒黑煙問題對(duì)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(duì)人體健康造成嚴(yán)重的危害。長(zhǎng)期暴露在這些有害物質(zhì)中,會(huì)導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)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(duì)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(jī)冒黑煙問題需要引起足夠的重視,企業(yè)應(yīng)該采取措施減少柴油發(fā)電機(jī)的排放,保護(hù)人民的健康和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。
3、法律法規(guī)
柴油發(fā)電機(jī)冒黑煙問題一直備受關(guān)注,對(duì)環(huán)境和人體健康都有不良影響。為了解決這一問題,我國(guó)出臺(tái)了一系列法律法規(guī),對(duì)柴油發(fā)電機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定。同時(shí),各地也相繼出臺(tái)了相關(guān)的治理措施,如限制柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)入城區(qū)、加強(qiáng)監(jiān)管等。柴油發(fā)電機(jī)冒黑煙不僅對(duì)環(huán)境造成污染,還會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不良影響。長(zhǎng)期冒黑煙會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)積碳嚴(yán)重,降低發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率,增加維修成本。因此,及時(shí)維護(hù)和保養(yǎng)柴油發(fā)電機(jī),保持發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作狀態(tài),不僅有利于環(huán)境保護(hù),也有利于用戶的經(jīng)濟(jì)利益。
4、維修保養(yǎng)
柴油發(fā)電機(jī)冒黑煙問題較為普遍,主要原因是燃燒不完全或者是機(jī)油燃燒。這不僅會(huì)影響發(fā)電機(jī)組的環(huán)保指標(biāo),還會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成損害。長(zhǎng)期冒黑煙會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)積碳嚴(yán)重,縮短發(fā)動(dòng)機(jī)壽命,增加維修保養(yǎng)成本。因此,對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)冒黑煙問題,我們應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行維修保養(yǎng)。要定期更換機(jī)油和空氣濾清器,保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。要注意燃油的質(zhì)量,選擇正規(guī)加油站加油,避免加入劣質(zhì)燃油。如果發(fā)現(xiàn)冒黑煙問題嚴(yán)重,應(yīng)及時(shí)到專業(yè)的發(fā)電機(jī)組維修廠進(jìn)行檢修,找出問題所在并進(jìn)行修復(fù)。只有做好維修保養(yǎng)工作,才能保證柴油發(fā)電機(jī)的正常使用和延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。
由圖2可知,碳煙顆粒的拉曼光譜在1350和1590cm處出現(xiàn)了兩個(gè)較強(qiáng)的重疊峰,其中位于1350cm的為D峰,該峰代表無序化碳結(jié)構(gòu);位于1580cm的為G峰,該峰代表有序化的石墨結(jié)構(gòu),說明碳煙顆粒中存在石墨碳。
圖1 柴油發(fā)電機(jī)冒黑煙現(xiàn)象 |
圖2 碳煙拉曼光譜圖 |
二、冒黑煙現(xiàn)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(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組供油提前角過小時(shí),會(huì)造成噴油器噴油延遲,使噴入燃燒室的柴油來不及充分燃燒就被排出,即柴油機(jī)后燃嚴(yán)重而使排氣冒黑煙。當(dāng)供油提前角過小時(shí)還會(huì)導(dǎo)致排氣溫度增高,耗油量增大,功率不足等故障現(xiàn)象。
由圖4可以看出,在1500RPM和1800RPM兩種轉(zhuǎn)速下,隨著噴油壓力的提高,煙度的排放降低都很明顯,最多可以達(dá)到50%以上。這是因?yàn)閲娪蛪毫Φ奶岣?,改善了燃油的噴霧,油滴更細(xì)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。
圖3 柴油機(jī)供油提前角位置圖 |
圖4 供油提前角對(duì)煙度排放的影響曲線圖 |
2、超負(fù)荷工作
柴油發(fā)電機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,若出現(xiàn)超負(fù)荷工作時(shí),會(huì)導(dǎo)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(xiàn)排氣冒黑煙現(xiàn)旁
3、各缸供油量不均勻
柴油發(fā)電機(jī)組在額定負(fù)荷下工作時(shí),若各缸供油量不均勻,就會(huì)使柴油機(jī)出現(xiàn)冒黑煙現(xiàn)象,這主要是因?yàn)楦鞲坠┯土克袚?dān)的負(fù)荷是一定的,若出現(xiàn)個(gè)別缸供油量減少時(shí),相比其他的缸就要超負(fù)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(xiàn)冒黑煙的故障現(xiàn)象。以四缸機(jī)為例,各缸供油量不均勻曲線如圖5所示。
4、噴油器故障
噴油器工作過程如圖6所示。噴油器若出現(xiàn)滴油、竄油或霧化不良時(shí),會(huì)導(dǎo)致噴入燃燒室內(nèi)的柴油燃燒時(shí)間延遲而出現(xiàn)排氣冒黑煙的故障現(xiàn)象。
5、燃燒室密封不良
燃燒室內(nèi)部密封不良時(shí),會(huì)導(dǎo)致氣缸內(nèi)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(nèi)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(jī)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(xiàn)過度磨損,活塞環(huán)安裝對(duì)口,氣缸墊漏氣,氣門關(guān)閉不嚴(yán)等。
6、進(jìn)氣量不足
燃燒室內(nèi)部的進(jìn)氣量是一定的,若由于空氣濾清器保養(yǎng)不到位、燃燒室內(nèi)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(nèi)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。
圖5 4缸機(jī)各缸供油量不均勻曲線圖 |
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(jī)冒黑煙的處理
部分柴油發(fā)電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)柴油機(jī)出現(xiàn)冒黑煙現(xiàn)象,根據(jù)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(jī)黑煙輕微。這一現(xiàn)象在柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)較為常見,結(jié)合實(shí)踐來看主要是因?yàn)槎▔菏綔u輪增壓器在啟動(dòng)瞬間加速性能不能很好地匹配柴油機(jī)轉(zhuǎn)速,造成空氣吸入量跟不上,由于汽缸已經(jīng)開始?jí)嚎s工作,氣體量的不足會(huì)造成缸內(nèi)柴油燃燒不充分而出現(xiàn)黑煙。對(duì)此,一般處理上只需等定壓式渦輪增壓器轉(zhuǎn)速上來即可。其次,啟動(dòng)時(shí)柴油機(jī)黑煙很大,造成這一現(xiàn)象產(chǎn)生大多是因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器升速脈沖頻率或是聯(lián)合調(diào)機(jī)器升速針閥這兩個(gè)設(shè)備調(diào)整不正確,此時(shí)工作人員應(yīng)在檢查確認(rèn)后,根據(jù)使用手冊(cè)校正聯(lián)合調(diào)解器。
2、負(fù)荷運(yùn)行中柴油機(jī)冒黑煙的處理
在柴發(fā)機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí),若柴油機(jī)冒出黑煙,第一,則應(yīng)當(dāng)先觀察柴油機(jī)有無出現(xiàn)過載的現(xiàn)象,并觀察其機(jī)械轉(zhuǎn)速表有無小于標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速,如柴油機(jī)處于滿轉(zhuǎn)的情況,則需要觀察柴油機(jī)有無小于持續(xù)速度。第二,檢查機(jī)械室內(nèi)的柴油機(jī)各缸噴油泵供油齒條有無拉至供油刻線最大值,若拉到最大,則表明柴油機(jī)發(fā)生過載,必須要馬上減負(fù)荷運(yùn)行。第三,仔細(xì)聽柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)聲音如出現(xiàn)異常振動(dòng)或聲響,則表明柴油機(jī)重要零部件有故障產(chǎn)生,必須馬上停機(jī),且需要回庫(kù)將缸頭罩蓋與曲軸箱檢查孔蓋打開,檢查活塞與氣缸套等可見部位,并且對(duì)缸頭各部件進(jìn)行仔細(xì)檢查,觀察其有無異常,在油底盒處是否存在烏金等異物,如若用肉眼進(jìn)行觀察沒有發(fā)現(xiàn)異常,則需要吊缸排查i²。
3、燃油系統(tǒng)故障的處理
通過檢查發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)處于正常荷載情況,并且各噴油泵齒條沒有拉至最大值,則可以用手去觸摸高壓油管,判斷其溫度與脈動(dòng),觀察其溫度是否明顯低于正常值或是存在脈動(dòng)微弱或無脈動(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(jī)進(jìn)行檢查。如溫度與脈動(dòng)均正常,則可能是因?yàn)閲娪吞崆敖沁^小或噴油器霧化不良而導(dǎo)致的,此時(shí)則需要開展切缸試驗(yàn),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(tǒng)故障的處理
(1)因?yàn)榭諝鉃V清器堵塞嚴(yán)重,作業(yè)環(huán)境惡劣,堆積了過多的灰塵與雜質(zhì),從而增大了進(jìn)氣阻力,導(dǎo)致黑煙產(chǎn)生,需要馬上清理空氣濾清器。
(2)內(nèi)壁產(chǎn)生水垢或是中冷器污染嚴(yán)重、堵焊銅管數(shù)量超標(biāo)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(jié)局具體情況來進(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予以解決。
(4)供氣量過少或增壓器壓氣機(jī)效率不高。此時(shí),則需對(duì)增壓器轉(zhuǎn)子進(jìn)行檢查,觀察其轉(zhuǎn)動(dòng)是否存在卡滯情況,是否足夠靈活,且對(duì)徑向與軸向間的縫隙進(jìn)行測(cè)量,觀察其距離有無偏大。如若偏大則需要及時(shí)將其更換。
此外還需對(duì)油封進(jìn)行檢查,觀察其有無出現(xiàn)漏油情況,而致使?jié)櫥c密封不佳。若是由于過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(guī)定章程來開展修理工作。
5、各缸供油不均的處理
柴油機(jī)各缸供油不均也是造成柴油發(fā)電機(jī)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(jī)油泵柱塞套筒所使用定位螺釘長(zhǎng)度太長(zhǎng),這就導(dǎo)致回油孔因螺釘封堵而不通暢,不僅會(huì)造成柴油機(jī)缸內(nèi)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(jī)無法熄火故障;
(2)柴油機(jī)汽缸中某些柱塞偶件或噴油泵齒條出現(xiàn)卡滯,使操作手柄時(shí)柴油機(jī)供油情況無法得到很好的響應(yīng)。
針對(duì)柴油機(jī)各缸供油不均而造成柴油機(jī)冒黑煙現(xiàn)象處理,首先檢修人員要查看柴油機(jī)油泵柱塞套筒定位螺釘長(zhǎng)度是否符合要求,如果過長(zhǎng)則予以更換。其次,手柄操作中供油無法跟上時(shí),我們可以將柴油機(jī)各缸噴油泵齒條露出差調(diào)整到低于刻線單位一半。
總結(jié):
綜上所述,柴油機(jī)冒黑煙故障的可能原因有很多,但對(duì)于一臺(tái)柴油機(jī)來講,出現(xiàn)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(rèn)柴油機(jī)冒黑煙產(chǎn)生的具體原因,是排除該故障的關(guān)鍵所在。對(duì)此我們不僅要加強(qiáng)重視,還應(yīng)據(jù)此采取相對(duì)應(yīng)的措施進(jìn)行處理,從而切實(shí)有效地保障柴油發(fā)電機(jī)良好的運(yùn)行效率,進(jìn)一步保證發(fā)動(dòng)機(jī)的安全使用。
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