柴油机油耗影响因素及控制措施.pdf

装备及自动化 装备及自动化 2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料58摘要：为了实现石油钻井行业的节能降耗，文章深入分析了柴油机油耗的影响因素，并在此基础上提出一系列有效的节能控制措施。这些措施旨在优化柴油机的运行效率，降低燃料消耗，从而提高经济效益和环境收益。通过实施这些节能措施，不仅可以降低石油钻井行业的运营成本，还能减少对环境的不良影响，提升柴油机使用的满意度。关键词：柴油机；油耗；热效率；润滑油；节能降耗分类号：TK421随着全球对能源需求的持续增长和环境保护意识的日益加强，节能降耗已成为石油钻井行业的重要关注点。在这个行业中，石油钻机设备的能耗问题尤为突出，主要集中在柴油机和发电机两大核心部件。为了降低运营成本、提高能源利用效率，并减少对环境的影响，深入研究油耗的影响因素显得尤为重要1。1 柴油机概述1.1 背景介绍1897 年，德国生产了第一台狄赛尔柴油机，实现了工业革命的重要突破。这台柴油机的基础功率达到了 14 W，在当时是一项前所未有的技术突破，其生产效率远超同时期的其他发动机类型。随着时间的推移，这种柴油机经过不断的改进和优化，逐渐在商用船、军用舰艇、汽车和农业机械等多个领域得到了广泛的应用。柴油机的出现，极大地推动了这些领域的发展，提高了工作效率，降低了运营成本。然而，柴油机在使用过程中也面临着一些挑战。由于其工作环境往往十分复杂，加上设备维护条件不佳，使柴油机的油耗问题难以得到有效控制，这不仅增加了运营成本，还对环境造成了一定的压力2。1.2 发展现状及趋势柴油机技术无疑是全球机械制造业中的一颗璀璨明珠，其重要性不言而喻。从汽车到机械制造，再到船舶运输，柴油机在各个领域中都发挥着不可或缺的作用。这种广泛的应用使柴油机成为现代社会运转的重要动力源泉。近年来，随着全球经济的发展和工业化的加速推进，柴油机销量持续攀升，已经突破了 50 000 000 台。这一数字不仅反映了柴油机在全球范围内的普及程度，也证明了其在推动工业发展方面的巨大潜力。然而，全球经济环境的不断变化也给柴油机市场带来了一定的冲击。尽管如此，由于其独特的工作效率和可靠性，柴油机的销量下滑幅度相对较小，依然保持着强劲的市场表现。在全球气候峰会上，各国政府和企业代表齐聚一堂，共同探讨了如何应对气候变化这一全球性挑战。在这次峰会上，与会者达成了一个重要共识：在保持柴油机运行效率的同时必须增强其节能环保特性。这意味着，未来的柴油机不仅需要继续提供强大的动力输出，还需要在减少污染物排放和提高燃油经济性方面取得显著进展。这一共识为柴油机技术的发展指明了新的方向，众多制造商和研究机构已经开始致力于开发更加高效、环保的柴油机技术，旨在推动绿色经济的发展。这些努力不仅有助于提升柴油机的市场竞争力，也为应对全球气候变化带来了新的希望3。2 柴油机油耗的影响因素2.1 柴油机的技术柴油机作为一种重要的动力设备，其动力性和经济性是衡量其性能优劣的两个重要指标。而这两个指标的表现与柴油机的热效率有着密切的关系。热效率是衡量柴油机能源转换效率的一个关键参数，直接影响柴油机的油耗表现。柴油机的技术是影响其热效率的关键因素，而技术的优劣又受到供给、压缩和冷却三个系统的影响，这三个系统的工作状态直接决定了柴油机油耗影响因素及控制措施孙海涛中海石油（中国）有限公司天津分公司工程建设中心，天津 300459文章编号：2096-3092（2024）02-0058-03作者简介：孙海涛，男，本科，工程师，研究方向为机械设备管理与维修。造纸装备及材料 第 53 卷 总第 227 期 2024 年 2 月造纸装备及材料 第 53 卷 总第 227 期 2024 年 2 月 装备及自动化装备及自动化59柴油机的整体性能4。首先，供给系统负责向柴油机提供适量的燃油和空气混合气。如果供给系统出现故障，如喷油提前角不准确、空气滤清器堵塞等，会导致燃油燃烧不充分，从而降低热效率，增加油耗。其次，压缩系统对柴油机的热效率也有着重要影响。如果压缩系统的间隙增大或密封性变坏，会导致压缩比下降，压缩终点的温度和压力降低，使燃油的燃烧速度变慢，燃烧不充分，从而增加油耗。最后，冷却系统的好坏直接影响着柴油机的工作稳定性和使用寿命，特别是对高效节能柴油机而言。冷却系统主要负责散热，保证发动机在最佳工作温度范围内工作，减少油耗，降低动力损失。2.2 柴油的质量柴油的质量是影响柴油机性能的关键因素，它直接关系到柴油机的油耗、动力输出以及使用寿命。黏度、低温流动性、蒸发性能和洁净性是评价柴油质量的四大核心指标，这些指标不仅受到国家标准的严格规定，也在实际使用中直接影响了柴油机的经济性和动力性。（1）黏度是衡量柴油流动性的重要参数。过高或过低的黏度都会对柴油机的燃烧情况产生不良影响。黏度过高，会导致柴油在燃烧室内雾化不良、燃烧不充分，从而增加油耗和排放；若黏度过低，会导致柴油在喷油泵内泄漏的情况加剧，进而引发燃油消耗上升。（2）低温流动性是冬季使用柴油的关键指标。如果柴油的低温流动性差，它在低温环境下会变得黏稠，甚至凝固，导致供油不畅或中断，这不仅影响柴油机的正常启动和运转，还会因燃油燃烧不完全而增加油耗。（3）蒸发性能对柴油机的油耗也有显著影响。蒸发性能好的柴油能在较低的温度下迅速蒸发和燃烧，有利于提高柴油机的燃烧效率；蒸发性能差的柴油会造成燃烧滞后和不完全燃烧，导致油耗上升和排放恶化5。（4）洁净性是影响柴油机长期性能和油耗的重要因素。柴油中的杂质和水分不仅会对喷油嘴和燃油系统造成损害，还会影响燃油的燃烧效率。长期使用洁净度差的柴油会导致喷油嘴堵塞、积碳严重，进而降低柴油机的功率和效率，增加油耗。2.3 润滑油的选用润滑油的选用对柴油机的油耗有着显著的影响，这一结论在研究实践中得到了明确证实。润滑油作为柴油机运行过程中的重要组成部分，不仅承担着减少机件摩擦、降低磨损的功能，还直接关系到柴油机的运行效率和燃料消耗。润滑油的黏度是影响柴油机油耗的关键因素。黏度过高会导致机件之间的摩擦增大，从而增加能量损失和燃料消耗。研究数据表明，在流体润滑范围内，润滑油在使用条件下黏度每差 1 mm2/s，能耗大约相差0.5%1.0%。这意味着，通过适当降低润滑油的黏度，可以有效地减少机件之间的摩擦损耗，提高柴油机的运行效率，从而降低油耗6。3 柴油机控制油耗的措施3.1 加强对柴油机运行状态的监测随着石油行业设备监测技术的不断进步，传统的设备维修策略正经历着深刻的转变。这些先进的技术为设备维修提供了强有力的技术保障，使维修工作更加精准、高效。在日常运营中，通过巡回检查，工作人员可以及时发现设备存在的异常或潜在问题。而柴油机工况自动监测系统的应用，更是实现了对柴油机工作状态的实时、全面监控。这一系统能够持续收集并分析柴油机的各项运行数据，为工作人员提供准确的工作状态报告。为了进一步提升设备监测的准确性和预见性，现代石油行业还广泛采用了振动监测和油液监测相结合的监测技术。振动监测技术能够通过分析设备运行时产生的振动信号，判断设备的内部状态和健康状况；油液监测技术则通过分析设备润滑油中的磨损颗粒和其他污染物，预测设备可能发生的失效或故障。这种综合性的监测技术不仅可以提前发现设备的潜在问题，还能为预防性维修和主动性维护提供科学依据7。3.2 加强对柴油、润滑油和冷却液的维护管理柴油机的稳定性和经济效益受柴油、润滑油和冷却液的影响很大，因此必须对它们加强维护管理。（1）柴油。作为柴油机的主要燃料，柴油的质量对柴油机的燃烧性能有着直接且深远的影响。燃烧性能的好坏又进一步影响柴油机的动力输出和燃油消耗。为了确保柴油机的最佳性能和效率，必须从源头上严格控制柴油的质量。这意味着在柴油的生产、储存和运输过程中，都需要进行严格的质量监控和管理，以防止污染和质量下降。此外，对柴油进行常规的质量检验也是必不可少的，可以及时发现并处理可能存在的质量问题，确保柴油质量的稳定性和可靠性。（2）润滑油。它不仅能减少机件间的摩擦和磨损，装备及自动化 装备及自动化 2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料60还能帮助冷却机件、清洁内部杂质，以及防止机件腐蚀。因此，选择适合的润滑油并进行妥善的保养对柴油机的性能和寿命至关重要。一般来说，高性能、低黏度的润滑油是较好的选择，因为此类润滑油能在各种温度和工作条件下保持良好的润滑性能。同时，为了及时了解润滑油的状况和性能，需要定期对其各项指标进行监测和分析。这些监测数据不仅可以用于指导设备的日常维护和保养，还能在出现问题时提供及时的预警和解决方案，从而确保设备的可靠运转并延长其使用寿命。（3）冷却液。高品质的冷却液具有良好的热传导性，可以防止腐蚀。为了保障冷却液的品质，启动发动机前，务必检查冷却液的水平，确保其处于正常范围内。随后，紧固散热器盖，以防止任何可能的泄漏。同时，要定期清理散热器内部的杂物，以维持其良好的散热效果。3.3 加强对柴油机三滤器的维护保养在油田钻井作业中，由于工作环境的恶劣以及三滤器（空气滤清器、柴油滤清器、机油滤清器）保养条件的不足，柴油机的燃烧效率和润滑效果经常受到不良影响。这不仅影响了钻井作业的效率，还增加了设备的维修和更换成本。为了有效解决这一问题，专门设计了一套三滤器保养装置。该装置将空气滤清器、柴油滤清器和润滑油滤清器巧妙地集成在一起，从而实现了集中维护和保养，大幅提高了工作效率和便利性。装置上设有专用的机油离心器插槽，这一设计使滤器的拆装变得异常简便，同时也大幅降低了在拆装过程中损坏零件的风险。通过空气调压阀的精确控制，能够确保空气压力维持在最佳状态。这样不仅可以保证空气滤芯上的灰尘被彻底冲洗干净，而且还能防止因压力过高而导致滤芯损坏。柴油滤清器采用了特殊的设计，可以进行旋转清洗。这种清洗方式能够更全面地清除滤清器内的杂质和污染物，从而提高其过滤效果和使用寿命。经过清洗后的空气滤芯和柴油滤芯均可重复使用，这不仅节省了更换滤芯的成本，而且还减少了对环境的废弃物排放，实现了经济和环保的双赢。通过这套三滤器保养装置的应用，可以显著提高油田钻井作业中柴油机的燃烧效率和润滑效果，从而确保设备的稳定运行和延长其使用寿命。同时，这一创新设计也为类似环境下的机械设备维护和保养提供了新的思路和解决方案。3.4 优化设备配置和使用管理在石油钻井行业中，由于石油钻机种类繁多且功率各异，如何有效配置和管理钻井设备以降低能耗，一直是一个亟待解决的问题。为了实现这一目标，全程优化钻井设备配置和使用管理显得尤为重要，需要合理调整柴油机的功率和参数。不同的钻井工艺对功率的需求有所不同，因此通过精确计算来确定所需功率，可以避免因增加柴油机台数而造成的能源浪费。这种针对性的功率配置，能够确保柴油机在满足工作需求的同时保证运行在最佳效率状态，从而降低燃油消耗。例如，江苏油区在面对多样化钻井设备和功率需求的挑战时，根据现有装备水平，积极探索并实践了一套有效的工作负荷和功率估算方法。这一方法结合了理论计算和实际测试，旨在更准确地预测不同钻井工艺下的功率需求。基于这一估算方法，江苏油区进一步编制了钻井作业动力匹配节能操作方法。该操作方法不仅为操作人员提供了正确推算功率的指导，还详尽阐述了如何根据实际需求调节工艺参数和设备之间的功率分配。通过遵循这一方法，操作人员可以更加合理地利用柴油机功率，减少运行台次和时间，从而达到降低柴油消耗的目的。4 结束语降低柴油机油耗不仅有助于提高柴油机的运行效率和经济性，更是提升钻井作业经济效益和社会效益的重要途径。面对能源日益紧缺和环境压力不断增大的现实，必须将节能降耗作为一项长期、持续的任务来抓，通过技术进步、管理改进和员工培训的综合施策，不断推动石油钻井行业向更加绿色、高效的方向发展。参考文献1 罗小金.高原环境下柴油发电机的常见故障及解决措施J.造纸装备及材料,2023,52(11):37-39.2 曾正祥,狄亚格,缪雪龙,等.基于小型柴油机多喷油参数协同优化的试验研究J.内燃机工程,2022,43(6):1-7.3 徐萌,王俊,文奕钧,等.小型农用柴油机油耗和排放的多目标优化J.中国农机化学报,2022,43(2):112-120.4 徐宏宇.基于遗传算法的柴油机喷油规律多目标优化研究D.哈尔滨:哈尔滨工程大学,2022.5 王昆,刘屹,韦伟.重型柴油机双SCR系统转化效率影响因素研究J.合肥工业大学学报(自然科学版),2021,44(6):743-747.6 石利勇.基于船舶柴油机监测数据的能耗研究D.重庆:重庆交通大学,2021.7 王龙,王宪成,张永峰.发动机起动过程的影响因素试验及分析J.科学技术与工程,2021,21(11):4460-4464.