核电站大型柴油机喷油提前角检测优化

引言

某核电选用的18PA6B型备用柴油机是厂内备用电源系统的动力源 ,要求能够在电厂应急工况下可靠启动并平稳运行,带动发电机旋转以提供应急电源 。大修工作中的错误装配、正时齿轮磨损错位、喷油泵运动部件卡涩、喷油器喷油质量不合格等多种因素 ,都会引起喷油提前角的改变。

传统提前角方法只能逐缸检测 ,设备拆装繁琐 ,工具安装精度要求较高 ,操作不便 。对核电厂而言 ,要求柴油机必须退出热备用状态 ,一般只在电厂大修期间测取一次 。 因此 ,有必要开发一套自动喷油提前角在线检测方法 ,实现喷油提前角的实时监测 ,充分保障柴油机的安全性能。

自动计算喷油提前角 ,首先需要得到喷油时刻以及压缩上止点时刻两个参数。

1 喷油时刻检测

通过测量燃油管压力曲线首次拐点的发生时刻来得到喷油时刻信号。

测量高压油管压力的仪器主要有管接式压力传感器及夹持式压力传感器。气缸数量较多的大型备用柴油机 ,适合采用夹持式压力传感器 。分别在每个气缸的高压油管上安装该种燃油压力传感器 , 同时测量出所有气缸的高压油管压力波动信号 ,并以此作为各气缸的喷油起始时刻。

2 活塞压缩上止点时刻检测

电厂大型备用柴油机一般为V型双列布置 ,气缸编号规则为从联轴器面向柴油机本体观察 ,左侧为A列 ,右侧为B列 , 由近及远气缸数依次增加排列。

2.1 第一缸活塞上止点与发动机实时转速

采用频闪测速仪 , 即可采集到A1缸(第一缸)的上止点位置时刻信息。盘动曲轴将A1缸活塞置于压缩上止点位置 ,选取联轴器圆周上的任意位置与柴油机基座做好线性标记 。将反光片粘贴到联轴器的标记处 ,光信号检测仪器对准安装到基座标记处。采集到的反光信号时刻 ,作为A1缸的压缩上止点时刻tEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(值 。再由两次反光信号的间隔时间 ,方便地计算出发动机实时转速n值。

2.2 其他气缸活塞上止点的检测

出于测量仪器安装方便的考虑 , 只需在联轴器上设置一个A1缸活塞上止点反光片 ,其他气缸的活塞上止点时刻可根据发火间隔角o、单列发火间隔角o单、排间发火间隔角o排 以及发火顺序 ,在tEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(的基础上依次算出。

相邻发火的两缸间隔时间以曲轴转角表示 ,称为发火间隔角o 。 四行程柴油机的一个工作循环内曲轴旋转两圈 ,则单列柴油机气缸间的发火间隔角o单 为 :

式中 ,i为柴油机单列气缸数目。

即曲轴每转720A/i ,单列内就应有一个气缸发火做功。

V型柴油机相当于共用一根曲轴的两台单列柴油机 ,每段曲轴带动一左一右两个气缸的活塞连杆组件运转 , 同 一段曲轴上两气缸间的发火间隔角度称为排间发火间隔角o排 ,该值与柴油机的V型角度及单列的发火间隔角直接相关。

18PA6B型备用柴油机共包括18个气缸 ,分两列布置 ,则单列气缸间的发火间隔角o单=720A/9=80A(CA) 。此外 ,该型柴油机的V型角度为60A ,排间发火间隔角度o排=420A(CA) ,发火顺序如图1所示。

综上,可以得出发火间隔角列 ,如图2所示。

由图2查出各气缸相对于A1缸的发火滞后角度●ox,再将其换算成时间间隔 , 即可得到各气缸上止点时刻:

式中 ,●ox为各气缸与A1缸的发火间隔角 , 由发火间隔角列表查出 (A) (CA) :n为曲轴实时转速 , 由光信号检测仪器测出(r/min) 。

3 喷油提前角的计算

根据以上测量或计算出的各气缸喷油时刻以及活塞压缩上止点时刻 ,做差之后换算为对应转速下的曲轴转角 , 即可得出各气缸的喷油提前角实时数据。

3. 1 A1缸喷油提前角

根据夹持式压力传感器测量出的A1缸喷油时刻tEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(及测光计测量出的活塞上止点时刻tEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(, 即可计算出A1缸的喷油提前时间●tA1 ,将其换算成曲轴转角 ,便得到A1缸的喷油提前角9A1值 :

式中 ,tEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(为光信号检测仪器检测到的A1缸上止点时刻 (s) :为夹持式压力传感器测到的

A1缸的喷油时刻(s) 。

3.2 其他气缸喷油提前角

利用公式(2)计算出的其他各气缸上止点时刻tEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(, 以及夹持式压力传感器测量出的各气缸喷油时刻tEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(,可以计算出各气缸的喷油提前角为:

式中 ,x为气缸编号 ,B1 ,A2 ,B2 , … ,A9 ,B9:Aox为各气缸与A1缸的发火间隔角(9) (CA) :tEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(为夹持式压力传感器测量的各气缸的喷油时刻(s) 。

4 结语

针对电厂大型备用柴油机的喷油提前角在线测量改造 ,仅需要在柴油机各气缸的高压油管上安装喷油压力测点 ,在联轴器上粘贴一片反光片 ,则启动或盘车后 , 即可自动测量出所有气缸的喷油提前角数值 ,方便快捷 ,而且精度较高 , 能够动态跟踪柴油机喷油提前角的变化 。将实测值与标准值或历史记录比较 ,能直观展现出喷油提前角的变化趋势 ,可以第一时间判断出柴油机是否具备顺利启动与平稳运行的条件 ,是否需要紧急停机检修。