DF4型内燃机车增压器故障原因分析及解决措施

1、DF4 型内燃机车增压器故障原因分析及解决措施第25卷第 1期2005年 2月铁道机车车辆RA AYIDCOMOTIVE&CARFeb.20晒文章编号 :10087842(2005)01 006502DF4 型内燃机车增压器故障原因分析及解决措施冯振领(洛阳铁路分局机务分处,河南洛阳 471002)中图分类号 :U262.11 文献标志码 8B洛阳铁路分局宝丰机务段现配属DF4 型内燃机车83 台,分别担当焦枝线关林一襄樊北,漯宝线宝丰一平顶山东之间全部货运和部分客运列车的牵引任务,年机车总走行 1470 多万 km.特别是 2003 年 7 月实行长交路 ,轮乘制 改革以来 ,机车运

2、用效率明显提高 ,机车月走行公里在 140 万 km 以上 ,为确保洛阳分局运输生产任务的完成做出了成绩 .由于该段担当的关林一宝丰区段线路坡道大(6 ),持续坡道长 (60km,俗称 上八站 ,下八站 ),牵引定吨多 (3500t),机车老化严重 (运用年限在 20 年以上的机车占 27.7%),随着机车的正常运用 ,机车故障率明显增多 ,大部件破损严重 ,特别是增压器故障尤为突出 .2003 年该段因增压器故障发生机破 20 件,占机破总数的 43.5%.为此 ,迅速稳定增压器质量成为减少机破的首要任务.1 增压器工作原理简介其工作原理是利用柴油机工作后产生的一定压力 ,温度的废气 ,进入

3、增压器涡轮中继续膨胀做功,带动同轴的离心式压气机高速旋转,使进气得到压缩 ,并通过中冷器冷却 ,提高气缸进气密度 ,达到提高柴油机功率 ,降低燃油消耗率 ,提高机车经济效能的目的.现 DF4 型机车装用 ZN310 型涡轮增压器 ,是在原45GP802 型增压器的基础上改造而成的.但由于其存在不可克服的 三高 (即高速 ,高温 ,高负荷 )弊端 ,造成增压器故障率高 ,且运行中无法处理 .实践证明 ,运行中一台增压器发生故障 ,机车的整体功率就很快从额定 2100kW 下降至 800kW 左右 ,下降幅度达 61.9%,在牵引定数 3500t 的情况下 ,机车无法正常运行 ,这是增压器故障极易

4、导致机破的重要原因 .2 故障类型统计2003 年该段共发生增压器故障79 件,其中造成机破 2O 件,临修 59 件.故障分类如表 1.表 12003 年宝丰机务段发生的增压器故障类型统计冯振领 (1968 一)男 ,河南驻马店人 ,高级工程师 (收稿日期 :2004 0722)(2)喷嘴连续使用周期比较60针阀最多使用2 个检修周期 ;90针阀至少可以使用5 个检修周期不发生故障 .(3)平均油耗比较 (表 3)表 3 平均万吨公里油耗比较针阀角度 DF4 客车 /l 【g(万 tkm)-1DF7 调车 /t( 千机小时 )-1 按照表 3 机务段每月完成 7000 万 tkm 节油 :(

5、4745)7000=14000kg=14t.每月完成 13 个调车千机小时节油 :(30.529)13=19.5t14+19.5=33.5t上述两项可节约燃油33.5t,经济效益显着 .经过一年来对该针阀偶件装车跟踪,从使用效果来看 ,喷油器偶件故障大幅下降,针阀修换率由过去1O 万 km7 个多下降到现在2.6 个左右 ,每月针阀偶件节支 1.4 万元 ,燃油节支 9 万多元 ,延长了机油更换周期 ,可节约大量的人力 ,物力 ,财力 .4 结束语鉴于该针阀在诸多方面良好的优越性,阳泉机务段从 2003 年 1O 月开始在全段客运 ,调小机车上推广使用 ,特别是调小机车机油稀释明显好转 ,喷嘴

6、更换率大大下降 ,节支效果十分明显 ,使用性能十分稳定 , 该针阀具有较好的推广性 .铁道机车车辆第25 卷由表 1 可知 ,在增压器故障中 ,尤其以压气机叶轮破损 ,转子卡滞和涡轮端叶片故障最为突出 ,共导致机破 17 件 ,占机破总数的 85%;造成临修 39 件,占临修总数的 66.1%.3 增压器故障原因分析(1)转子组件改造不彻底由于存在 三高 现象 ,造成增压器工作环境相当恶劣 ,所以对增压器转子组件的材料,加工工艺都要求很高 .但由于 ZN310 型增压器是在原45GP802型增压器基础上改造而成的,现增压器在转速 ,负荷上均明显提高 ,而转子组件的材料及加工却与原增压器基本相同

7、 ,从而出现 小马拉大车 现象 ,随着运用周期延长 ,造成增压器故障率不断升高.压气机端叶片是整个转子组件最薄弱的环节,疲劳寿命短 ,因此最先破损 ,这也是压气机端叶片破损率高的主要原因.(2)波纹管衬套破损打坏增压器大小波纹管衬套发生掉块,破损故障 ,除与柴油机的热负荷高有关外 ,主要与原设计结构有关.原设计大小波纹管衬套为薄壁(0.8nlin),固定式结构 ,且是焊接在波纹管上的 ,运用中由于受高温 ,高压 ,高频气体的冲击作用 ,容易发生材质变形 ,而波纹管衬套同心度偏差大 ,使得气体流通不畅 ,产生附加分力 ,造成焊接处产生原始裂纹,并迅速发展为掉块甚至全部脱落 .这些脱落的碎块进人增

8、压器涡轮端,打坏涡轮 ,导致增压器破损 .(3)受季节变化影响大根据对宝丰机务段多年来增压器故障统计分析,每年的夏季是增压器故障的多发期.其主要原因是夏季大气温度高 ,柴油机气缸的实际进气密度相对较小,而柴油机功率未变 (无季节修正标准 ),这就导致夏季柴油机总管温度相对较高,则增压器涡轮进口废气温度 ,能量也较高 ,造成增压器工作转速较高 ,超负荷工作时间 ,频次较长 ,因此故障率增多 .(4)增压器未实行寿命管理 ,超期服役严重由于没有实行寿命管理 ,造成增压器部件没有报废期限 .目前增压器转子组件的使用周期大部分已超过 4 年,而大修单位也只是在转子组件的检测 ,试验手段上下功夫 ,并不

9、全部更新 (规程也未要求 ),这就造成增压器超期服役现象 ,直至增压器发生故障 .(5)检修工艺 ,技术资料匮乏DF4 型机车上装用的增压器基本型号为ZN310 型,经过多次技术改造后 ,目前增压器种类较多 ,主要有ZN310E,ZN310LC,310LC 一 1,ZN310LSG,ZN310G等型号 .而与之相对应的检修工艺和技术资料却非常匮乏 ,各种数据尺寸和技术标准几乎没有,检修质量也难以保证 .(6)增压器大修质量不高2003 年发生的 20 件机破中 ,有 11 件为大修增压器质量问题所致 ,占机破总数的 55%.由于增压器质量包保为一个中修期 ,责任列增压器大修单位,但因机破造成的

10、各种损失却由机务段承担.4 采取措施(1)更换新型波纹管改用厚壁 (2.0mm),浮动式衬套的波纹管 ,以增加波纹管的强度 ,解决原波纹管衬套变形 ,裂损故障 , 避免打坏增压器涡轮叶片 .2003 年共打坏增压器故障 16 件,更换新型波纹管后 ,此类故障得到了彻底解决 .(2)加强对压气机叶片探伤除按检修范围要求 双小修互换增压器 外 ,机车小修时也将增压器下车 ,对压气机叶片进行着色探伤检查 ,发现裂纹立即更换 ,避免事故扩大 .(3)加大日常检查力度机车小辅修 ,中检 ,普查整修时 ,加大对大小波纹管 ,增压器各部状态的检查 ,整修力度 ,发现漏烟处所必须拆检 ,同时 ,打开压气端盖

11、,手动检查增压器转子是否灵活 ,叶片可见部分保证无裂纹,提高增压器的运用可靠性 .(4)整定机车功率机车年度鉴定时 ,对机车功率进行核定 ,调整 ,并对柴油机燃油压力波和工作情况进行检测,及时处理各类隐患 ,全面提高机车的热力状态,消除因季节变化对增压器的影响 .(5)加强质量信息反馈 ,严把配件质量关积极向大修厂家反馈 ,畅通信息渠道 ,要求厂家针对大修存在的质量问题进行攻关 ,提高增压器大修质量 .同时 ,必须购买铁道部定点厂家生产的增压器及其配件 ,产品 合格证 齐全 ,保证配件质量可靠 .(6)定期更换增压器机油滤芯严格机油定期化验 ,增压器滤清器清洗更换 ,保证增压器轴承油润良好 ,防止轴承拉伤或转子卡滞.5 效果及建议通过采