更換排氣閥座引起的串氣漏水故障分析

張 濤

某深水多功能工程船，配備DP2動力定位系統(tǒng)，采用電力推進方式，由四臺發(fā)電柴油機為全船提供電力，柴油機型號為Wartsila 8L26，每臺功率2 600千瓦。

一、冷卻水系統(tǒng)進入空氣故障分析

1.現(xiàn)象描述

四臺柴油機每臺總運轉時間大致相同，約為20 000小時，同時進廠大修，各缸缸頭排氣閥及閥座全部更換，汽缸、活塞和連桿等部件檢修，修理完畢后投入運行，在運轉中發(fā)現(xiàn)有三臺柴油機冷卻水系統(tǒng)不同程度地有空氣存在，導致冷卻水壓力波動，嚴重時失壓，冷卻水高溫報警，自動停機。本船設計每臺柴油機都有獨立的冷卻水系統(tǒng)（如膨脹水柜、熱交換器等），與其他柴油機完全隔離，不會存在相互串氣。分別對三臺柴油機冷卻水系統(tǒng)（如水泵、閥件、管路、冷卻器等）全面檢查，沒有查明進氣原因，直至某次冷卻水取樣化驗，發(fā)現(xiàn)這三臺柴油機水樣不同程度地變黑（見圖1、圖2），化驗結果顯示，變黑的原因是冷卻水中含有燃燒產物。燃燒室是由汽缸、活塞和缸頭組成。進一步檢查燃燒產物的來源，排除了汽缸和活塞，只能是來自缸頭。將冷卻水發(fā)黑最嚴重的柴油機缸頭拆下進行水壓試驗，發(fā)現(xiàn)8個缸頭都不同程度地從排氣閥座與排氣閥座孔密封面處漏水，見圖3。

圖1 四臺副機冷卻水樣前后對比

圖2 變黑較重的柴油機冷卻水前后對比

圖3 缸頭水壓試驗，從排氣閥座與排氣閥座孔密封面處漏水

2.原因分析

排氣閥座鑲嵌在缸頭上，閥座與閥座孔為過盈配合，柴油機運轉時，排氣閥座孔觸火面與觸水面存在較大溫差，要求閥座能承受燃燒室的高溫和氣閥運動的沖擊，不松動，不脫落，耐腐蝕。該柴油機使用和維護保養(yǎng)說明書對閥座的修理規(guī)定是：檢查閥座，如有松動或磨損超差，應更換閥座。更換閥座的方法和要求：采用專用液壓工具將閥座拉出，再用另一專用工具將新閥座壓入，壓入前將缸頭均勻緩慢加熱至90 ℃， 閥座冷卻至50 ℃，閥座最大直徑外圓與閥座孔密封面處（見圖4缸頭結構示意圖的A處）還需要涂抹耐高溫密封膠Loctite 620。但是實際的更換情況是：拆卸舊閥時，沒有使用專用液壓工具拉出閥座，根據(jù)經(jīng)驗采用錘擊的方法敲出閥座，致使部分缸頭的排氣閥座孔貼合面處受到破壞，有橢圓現(xiàn)象，橢圓度超過允許值；舊閥座與孔的配合間隙過盈量只在0.01～0.02毫米（要求在0.03～0.08毫米）；安裝新閥座時使用了非耐高溫密封膠。盡管當時閥座裝配完畢后試壓未見漏水，但是柴油機運轉時排氣閥座長期處于高溫環(huán)境下，密封膠失效，閥座與缸頭閥座孔不能形成有效的密封，高壓燃氣（80%負荷時高達170巴）通過閥座與閥座孔的密封面進入冷卻水腔中，導致冷卻水變黑，冷卻水壓不穩(wěn)定。

3.解決方法

對試壓發(fā)現(xiàn)有漏的排氣閥座A處和B處（見圖4）進行擴孔，換用加大尺寸的排氣閥座（見圖5），按照說明書要求進行拆裝，再未出現(xiàn)冷卻水進入空氣的問題。

圖4 缸頭結構示意圖

圖5 加大尺寸的排氣閥座結構示意圖

二、冷卻水漏入排煙管故障分析

1. 現(xiàn)象描述

換用加大尺寸的閥座后，運轉期間，冷卻水進氣的現(xiàn)象消失了，但是另一個奇怪的事情出現(xiàn)了：停機時膨脹水柜水位不變，運行時水位下降，并且在負荷變化時下降明顯，嚴重時下降速度約為20升/小時。

2. 原因分析

將冷卻水系統(tǒng)封閉打壓，檢查系統(tǒng)內各段管路及連接設備，未發(fā)現(xiàn)漏水，排除了冷卻水從管路系統(tǒng)漏水的可能性；吹車時也未發(fā)現(xiàn)有漏水跡象，基本可以排除冷卻水從缸頭處漏至燃燒室的可能性；油底殼液位也未見上升，排除了汽缸漏水的可能性。

此問題是在更換加大閥座后發(fā)生的，所以還是應從此處入手。此次換新的加大尺寸閥座由廠家提供，對比新舊閥座外形可以看出（見圖6、圖7），新閥座不僅最大外圓處比舊閥座大0.5毫米，而且在O形膠圈處還多出一級，這樣，對應新閥座的形狀，排氣閥座孔A、B處就要做相應的擴孔改造，來適應新閥座，見圖4缸頭結構示意圖的A處和B處。

圖6 原來的舊排氣閥座

圖7 加大0.5 mm尺寸的新排氣閥座

是否冷卻水會從O形膠圈處漏水至排煙管呢？為驗證再次將全部缸頭拆下試壓，但是未見漏水，為保險起見將所有排氣閥座取出，發(fā)現(xiàn)有4個排氣閥座的O形膠圈外表面損壞，其對應的排氣閥座孔B處加工精度不夠，表面有凸臺，導致安裝閥座時，O形膠圈被凸臺碰傷。見圖8、圖9、圖10。在熱態(tài)和震動狀況下，冷卻水從O形膠圈表面缺陷處滲漏，被高溫煙氣汽化后一同排出煙囪；冷態(tài)時O形膠圈處閥座與孔配合間隙小，冷卻水不會滲出。這樣，柴油機在運行時膨脹水柜冷卻水位下降，停機時水位正常。

圖8 加工之前的排氣閥座孔

圖9 加工之后有缺陷的排氣閥座孔

圖10 新排氣閥座的O形膠圈損壞

3. 解決方法

將存在缺陷的排氣閥座凸臺修整，表面光潔度處理，按說明書要求裝復閥座。柴油機運轉時冷卻水進氣及漏水現(xiàn)象消失，恢復正常工作。

三、小結

上述故障的原因主要是未按照說明書規(guī)定的檢修方法和要求進行檢修，也沒有按照精密機械加工工藝規(guī)程進行操作。禍患積于忽微，細節(jié)決定成敗，一些微小的細節(jié)失誤或疏忽往往會釀成大錯，輪機管理人員都應從細微處入手，用心去做每一件事。