利用VCU工作原理查找電噴主機(jī)排氣閥故障案例分析

王文優(yōu)

XX輪——主機(jī)型號(hào)WARTSILA 6RT-FLEX-50，6缸其中每缸配置一只VCU（VALVE CONTROL UNIT），排氣閥的關(guān)閉采用WECS-9520電子控制系統(tǒng)，即FCM-20模塊發(fā)出指令控制VCU，再由每缸配置的VCU進(jìn)一步控制主機(jī)排氣閥的開(kāi)關(guān)。本文主要介紹WARTSILA主機(jī)-VCU的工作原理，來(lái)指導(dǎo)主機(jī)排氣閥關(guān)閉故障的解決，穩(wěn)妥準(zhǔn)確，確保主機(jī)的安全運(yùn)行。

一、主機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行

2013年2月13日11：45，XX輪離營(yíng)口仙人島順岸2泊，前、后吃水4.8/7.0；12：30，引航員在仙人島主航道里離船，主機(jī)正常運(yùn)行，主機(jī)油底殼滑油油位56.5格。12：35，突然主海水泵低壓報(bào)警，主海底濾器被冰堵，報(bào)告駕駛臺(tái)要求慢車(chē)航行，于是駕駛臺(tái)前進(jìn)二航行。13：05，海底濾器被冰堵嚴(yán)重，機(jī)艙低溫冷卻淡水、主機(jī)高溫淡水、輔機(jī)高溫淡水相繼報(bào)警，報(bào)告駕駛臺(tái)要求停車(chē)。由于當(dāng)時(shí)在仙人島主航道里航行，船長(zhǎng)不同意主機(jī)停車(chē)，只能采用微速進(jìn)航行。輪機(jī)長(zhǎng)緊急命令，清洗海底濾器，濾器內(nèi)全是碎冰，清潔裝復(fù)后，打開(kāi)海底閥，海水還是無(wú)法進(jìn)入，再次打開(kāi)濾器蓋，發(fā)現(xiàn)海水進(jìn)口管子已經(jīng)全部堵死，為沖通冰塞的海水濾器進(jìn)口管，只能打開(kāi)海底閥將大量的冰水混合物沖入艙底。由于海底濾器很快被冰堵，高、低位海底濾器輪輪流清洗。此時(shí)主機(jī)滑油高溫（70℃）和掃氣箱也相繼高溫報(bào)警。機(jī)艙艙底冰水混合物也越積越多，主機(jī)飛輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，帶著海水四處飛濺。13：50，船舶出仙人島主航道；14：00，船長(zhǎng)同意停車(chē)，清洗海底濾器，并要求大副調(diào)整壓載水6m/8.4m。15：00，主機(jī)滑油凈油機(jī)水分高報(bào)警，復(fù)位后，凈油機(jī)工作正常。此時(shí)測(cè)量滑油循環(huán)柜油位59格（剛調(diào)整壓載水，吃水差發(fā)生變化，沒(méi)有格外引起注意）。等機(jī)艙艙底水收集干凈后，16：30，通知駕駛臺(tái)開(kāi)航，試車(chē)，主機(jī)出現(xiàn)WECS-9520報(bào)警、排氣閥故障報(bào)警（各缸ME EXH. VALVE # FAIL），主機(jī)排氣閥無(wú)法正常開(kāi)啟，主機(jī)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

二、WARTSILA-6RT-FLEX-50 主機(jī)VCU的工作原理

圖2 VCU工作原理

見(jiàn)圖3，主機(jī)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，主機(jī)SERV OIL RAIL的油壓保持在120bar～200bar，排氣閥的開(kāi)關(guān)由WECS 9520-CONTROL（具體由每缸FCM-20模塊控制）。當(dāng)排氣閥需要開(kāi)啟時(shí)，見(jiàn)圖2，共軌閥（RAIL VALVE）上部電磁閥得

圖3 排氣閥關(guān)閉總體原理

圖4 XX輪VCU實(shí)物圖

電，共軌閥上部導(dǎo)通，滑動(dòng)閥芯上部通，伺服油驅(qū)動(dòng)工作活塞往上運(yùn)行，滑油通過(guò)排氣閥驅(qū)動(dòng)油腔打開(kāi)排氣閥。反之，排氣閥關(guān)閉，共軌閥下部電磁閥得電，排氣閥驅(qū)動(dòng)油腔通過(guò)伺服回油管放油，排氣閥在空氣彈簧的作用下，進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)?；赜凸苡屑s2～3bar的背壓（見(jiàn)圖1，RAIL VALVE的節(jié)流元件起背壓緩沖），另有一路主伺服油通過(guò)止回閥（見(jiàn)圖2 piston oil supply，見(jiàn)圖1by-pass orifice for filling up of actuator pipe）供到VCU執(zhí)行活塞上部排氣閥液壓驅(qū)動(dòng)油腔，來(lái)補(bǔ)償通過(guò)排氣閥驅(qū)動(dòng)，上部節(jié)流孔流失的滑油（見(jiàn)圖2 exhaust valve part orifice）。

三、排氣閥無(wú)法啟動(dòng)原因分析

1.冰區(qū)航行，高低位主海底濾器相繼冰塞，包括主海水管路冰塞沖洗，大量的冰水混合物沖進(jìn)機(jī)艙艙底，致使機(jī)艙溫度急劇下降。事后發(fā)現(xiàn)，主機(jī)曲拐箱與主機(jī)循環(huán)油柜之間連接的密封墊圈老化，有小量的冰水混合物滲漏進(jìn)主機(jī)滑油循環(huán)柜，主機(jī)又停車(chē)了僅1小時(shí)后開(kāi)航，主機(jī)滑油的溫度急劇下降，事后發(fā)現(xiàn)循環(huán)油柜滑油溫度由原來(lái)高溫時(shí)70℃急劇下降到29℃，主機(jī)滑油的黏度急劇上升，而且伴隨著滑油逐漸乳化，油質(zhì)惡化。

2.排氣閥無(wú)法開(kāi)關(guān)，首先想到VCU中2只節(jié)流元件的臟堵清洗，見(jiàn)圖1，RAIL VALVE與BY-PASS處的ORIFICE的拆檢，發(fā)現(xiàn)比較干凈，沒(méi)有什么雜質(zhì)等，這樣就把我們故障的問(wèn)題引向了相當(dāng)?shù)膹?fù)雜化，我們先后進(jìn)行主機(jī)系統(tǒng)循環(huán)柜徹底清潔、系統(tǒng)油11m?全部換新、滑油溫度加溫到50℃、主機(jī)通訊故障（將報(bào)警的缸FCM-20模塊換新）、主機(jī)主滑油管路清潔（包括主系統(tǒng)油自清濾器20um清潔）、主機(jī)伺服油管路清潔（包括伺服油濾器6um的清潔、濾芯換新等）、主機(jī)排氣閥總成吊缸檢查等等，試車(chē)多次，均未能解決問(wèn)題，使主機(jī)恢復(fù)正常。

3.反復(fù)細(xì)閱VCU原理圖1，會(huì)否排氣閥驅(qū)動(dòng)油腔（Actuator pipe）存在空氣呢，也就是圖2中oil supply 管路路徑存在臟堵而不是節(jié)流元件存在臟堵呢？開(kāi)啟主機(jī)日用伺服油油泵（90bar），打開(kāi)（見(jiàn)圖1） by-pass orifice （for filling up of actuator pipe……compensation of intended oil loss）的旋塞（即見(jiàn)圖4 VCU實(shí)物下部?jī)?nèi)螺角旋塞），抽出orifice（存在較大危險(xiǎn)，防90bar伺服油噴出，慎用），主機(jī)合上盤(pán)車(chē)機(jī)盤(pán)車(chē)，oil supply 管路竟然臟堵，開(kāi)始連一點(diǎn)油沒(méi)有出來(lái)，盤(pán)車(chē)10分鐘后，90bar的油壓才將oil supply管路臟堵物沖出，發(fā)現(xiàn)6只缸VCU中oil supply管路均臟堵的嚴(yán)重故障，徹底沖出臟堵物后（經(jīng)查-臟堵物系滑油黏度升高與之前滑油高溫70℃報(bào)警后伺服油管路產(chǎn)生的油漆等雜質(zhì)），主機(jī)盤(pán)車(chē)排氣閥啟閉恢復(fù)正常！然后停日用伺服油泵，脫開(kāi)盤(pán)車(chē)機(jī)，主機(jī)試車(chē)，恢復(fù)正常。

4.究其原因，見(jiàn)圖2，排氣閥（EXHAUST VALVE）部分的節(jié)流元件在正常情況下，起到祛除排氣閥驅(qū)動(dòng)油腔中空氣、排氣關(guān)閉時(shí)阻尼緩沖、防止閥件過(guò)度敲擊等作用！由于此節(jié)流元件中滑油的流失，oil supply管路的臟堵，對(duì)由排氣閥節(jié)流元件運(yùn)行時(shí)，流失的部分actuator pipe滑油，無(wú)法予以正常的補(bǔ)償，致使actuator pipe中有部分空氣存在，盡管工作活塞正常工作，排氣閥當(dāng)然是無(wú)法正常開(kāi)啟了。

四、總結(jié)

1. xx輪輪機(jī)長(zhǎng)與輪機(jī)部管理人員對(duì)冰區(qū)航行的認(rèn)識(shí)不足，xx輪有高低位海水濾器，其中高位濾器有機(jī)艙冷卻海水的自循環(huán)系統(tǒng)，卻沒(méi)有投入使用。壓載水的調(diào)配不對(duì)，渤海灣冰層厚度大致30cm上下，艉部吃水需在7.5m以上，才能有效防止大量的碎冰吸入。大量冰水混合物進(jìn)入后處置不對(duì)，應(yīng)及時(shí)排到艙底水柜，徹底斷絕冷卻水進(jìn)入主機(jī)滑油循環(huán)柜的可能。

2.對(duì)WARTSILA-6RT-FLEX50主機(jī)排氣閥工作原理不熟，本身很小的故障導(dǎo)致主機(jī)失控3晝夜，致使船舶處于嚴(yán)重的危險(xiǎn)境地。

3.該船輪機(jī)管理人員自身技術(shù)素質(zhì)亟待提高，并切實(shí)加強(qiáng)船舶冰區(qū)航行的風(fēng)險(xiǎn)管控。