一．概述
柴油发电机组的烟色指运转时,从排气管排出的废气烟色。正常燃烧时,它应该是一种无色的透明气体。但由于机器的磨损、调整不当、工作环境的影响、喷油量和供油时间不合适等诸多因素的影响,柴油发电机组常常会出现排气冒白烟、蓝烟和黑烟的现象。柴油机排气烟色直接反映出了柴油机的故障及燃烧的质量。弄清柴油机冒烟的机理和烟色与故障的关系。可以提高柴油机的经济性、减少故障、降低污染,使柴油发电机组处于良好的状态。
二．排气烟色的形成机理
柴油机在运行过程中,排出废气的烟色,可以分为三类:白烟、蓝烟和黑烟。不同的烟色其形成原因不同。
2.1白烟:
柴油机排白烟是由于柴油机过冷或在寒冷天气、冷机启动及空车惰转时发生。此时,气缸中温度较低,着火不好,燃料未完全燃烧,由这些未完全燃烧或部分氧化的燃料液滴与水蒸气构成的微粒(μ)直径在0.6～1以上的微粒随废气排出时,就形成了白色烟雾。柴油发动机经过暖机,温度正常后,白烟就会消失。
2.2蓝烟:
柴油机低负荷运行时,燃烧室温度较低,燃料着火性能不好,燃料或窜入燃烧室的润滑油未(μ)完全燃烧,即呈微粒状态直径在0.4以下排出,从而形成蓝烟。在排出蓝烟的同时由于燃烧的中间()生成物质甲醛也排出,因而有刺激性臭味。蓝、白烟之间并没有严格的成份差异,只是由于微粒直径不同对光线的反射不同,产生不同颜色而已。
2.3黑烟:
易在高负荷时发生。例如柴油发电机超负荷工作、汽车加速、爬坡时,排气就易冒黑烟。黑烟柴油机在运行中冒黑烟,会使经济性下降,废气温度高,产生积炭,积炭会引起活塞环卡死和气门咬死现象。此外,柴油机冒烟还会妨碍视线,污染环境。因此,不允许柴油机长期在黑烟下工作。出现黑烟后,柴油机负荷不能再提高。因此,它也是限制负荷提高的一个标志。
三．影响柴油机碳烟和微粒排放的因素
3.1过量空气系数是影响碳烟生成最根本的因素
因为碳烟生成的最根本的条件之一是缺氧。烃类燃料在缺氧时就有部分未参与燃烧或只能不完全燃烧。图2所示为直喷式柴油机烟度随过量空气系数ααα变化关系曲线。由图可以看出当>3时,随着α的增大,烟度R迅速下降,>5时,R趋近于零。
3.2负荷
负荷对碳烟影响实质上是每循环喷油量或过量空气系数对烟度的另一种形式,负荷增大,即每循环喷油量增加,过量空气系数减小,燃烧向缺氧方向发展,从而使烟度升高。
3.3转速
转速对烟度的影响较为复杂,存在着几个互相起着相反作用的因素。随着转速的提高,充ηη量系数下降,当超过一定转速时,下降速度加νν快。由于进气充量减少,实际空燃比减小引起缺氧。因此,碳烟生成量增加。当转速较低时,燃烧室内的气流运动较弱,特别是低到一定转速,混合气形成条件明显恶化,油气混合不均匀,热分层效应差,引起局部缺氧严重,碳烟生成量增加。
3.4喷油定时
喷油定时对碳烟影响很大,如图3所示,烟度随喷油提前角的增大而降低。然而,增大喷油提前角将会导致产生较高的燃烧噪声、机械负荷、NO排放也会增加。但是,喷油过早,气缸内的温度和压力低,喷入气缸内燃油蒸发及混合气速度减慢,这时缸内空气运动速度也较低,混合气形成条件恶化,烟度又将回升。
3.5燃烧室内气流运动的影响
燃烧室内的气流有进气涡流,挤压涡流和微涡流紊流三种。适当增强气流运动,有利于壁膜燃油的蒸发、混合及燃烧,改善混合气形成质量,从而减少局部的高温和缺氧,减少碳烟生成,并可加速已有碳烟的氧化。但并不是空气涡流愈强愈好,过强过弱都可导致相反结果。3.6 燃油品质。燃料中芳烃含量多,烟度愈大;而烷烃含量愈多,则烟度愈小。这是因为芳烃的碳氢质量比C/HM远大于烷烃,容易产生脱氢反应,从而增加碳烟的生成量。当燃油中芳烃和烷烃含量大致相等时,馏分愈多的油,烟度就愈高。因为馏分愈重,高分子的烃就愈多,蒸发、混合和燃烧均较困难。
柴油机的烟度随十六烷值的提高而增大。这是因为十六烷值高的柴油稳定性较差,在燃烧过程中易于裂解,使碳的生成速度高,从燃烧方式上看,十六烷值高的柴油着火性能较好而滞燃期较短,参与预混合燃烧的燃油较少,大部分燃油则是以扩散燃烧的方式进行的,因而烟度较大。
四．冒烟故障原因
柴油发动机排气管冒烟一般来讲是一种不正常的现象。至于柴油机在运行中产生冒烟的情况,往往是判断柴油发动机某些零部件是否需要更换、整机是否需要进行维护修理的一个信号。在运行中造成排放冒烟的原因可以从以下几个方面去考虑。
1柴油机排放白烟的原因:
①机器过冷;
②燃油中含有水;
③气缸垫冲破或缸盖螺丝松动;
④气缸有裂纹或湿式气缸套的防水圈漏水;
⑤其它一些原因而造成冷却水漏入气缸。
2柴油机排放蓝烟的原因:
①活塞环磨损、咬死、折断或弹力不足;② 油环刮油不良,开口间隙对口或安装错误;
③活塞与气缸之间间隙过大;
④油底壳内的润滑油油面过高;
⑤喷油时间过早;
⑥其它一些原因造成的润滑油窜入气缸。
3柴油机排放黑烟的原因:
①负荷过重;
②喷油器雾化不良,喷油压力低、滴油;
③供油时间过晚;
④空气滤清器堵塞;
⑤喷油泵柱塞泵齿杆或拉杆行程调节过大;
⑥喷油泵齿圈锁紧螺钉松动,引起油量失调;
⑦气门漏气,气缸压缩力不足;
⑧某一缸进气门打不开,使某缸只喷油不进气;
⑨柴油质量不符合要求。
五．冒烟故障的判断与检查方法
5.1发动机冒白烟的故障检查。
当发动机在启动和运转中冒烟时,应首先检查和调试机房内的温度,待发动机温度上升至70℃以上时,若白烟仍未减轻,应检查油箱内是否含有水。如有水,应将柴油滤清器和油箱的油放掉,加入好的燃油后再发动试验。若燃油是好的,应检查曲轴箱内的机油是否含水。机油内含水的特征:一是直观油中有水珠;二是在发动机运行中机油带黄白色状泡沫。对此应着重检查气缸套包括缸套密封胶圈和气缸垫是否破裂使冷却水渗入曲轴箱及燃烧室。检明原因予以更换和修理。
5.2柴油机冒蓝烟的故障检查。
当柴油机冒蓝烟时,应首先检查曲轴箱内的机油平面。若油面过高,应放出多余机油。若正常应检查气缸压缩力,气缸压力低于规定值较多时,说明活塞、活塞环与气缸壁间隙过大。若发动机是新修的有可能是活塞环安装错不合适。此外,空气滤清器堵塞,在进气行程中,进气不畅,而有可能将空气滤清器内的机油吸入燃烧室对此应取掉空气滤清器,如正常说明故障在此。
5.3柴油机冒黑烟的故障检查。
当柴油机冒黑烟时,应首先利用断油法,依次隔断各缸的供油,若隔断各缸供油时,柴油机转速及声音变化特别明显、冒烟现象减少或消失,震动减轻,同时发电机周率下降多,说明该缸供油量过大。反之,则供油量小。其次利用急加速法,发动机启动后,将调速手柄从怠速迅速拉起高速时,若发动机转速跟不上来,声音发闷、粗暴、冒黑烟严重,说明喷油时间晚;反之,发动机转速跟上来快,声音尖脆、工作粗暴,伴有敲缸声,冒兰烟,说明喷油时间过早。此外,还可以检查飞轮上的正时记号是否正确,如4135型柴油机喷油正时是在31°～28°的曲轴转角。如以上正常再停下机器用螺丝刀撬动柱塞挺柱来检查。撬动时,喷油器的喷油声音小、手感无压力或压力小,说明喷油压力低或雾化不好。应拆下喷油器,用喷油器校验器校验。
六．结束语
发动机排放冒烟是一种不正常的现象。为了减少碳烟的排放,从设计的角度来讲有:提高值,改进进气系数,提高,改进燃烧室结构,提高混合气形成及燃烧速度,改进喷油嘴设计,避免漏油等不正常喷射的发生等,。从使用的角度讲:应正确操作,按期维护保养发动机,当机器出现故障时,能及时地根据冒烟的烟色,分析故障产生的原因,应用正确的检查方法及时地处理故障,使柴油发电机工作在良好的状态。
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