某型水冷式消聲器滲漏故障分析

于文建 王正方 王佳 李明

【摘 要】根據(jù)某柴油發(fā)電機(jī)組水冷式消聲器滲漏的故障案例，重點(diǎn)對水冷式消聲器滲漏的故障原因進(jìn)行分析與排除，根據(jù)分析確定的原因進(jìn)行了優(yōu)化與改進(jìn)，并提出了改進(jìn)措施，解決了滲漏故障。

【關(guān)鍵詞】水冷式消聲器;故障分析;優(yōu)化改進(jìn)

某型機(jī)組水冷式消聲器[1]在用戶使用過程中發(fā)生機(jī)組排煙突然變?yōu)榘咨?，冷卻液快速減少，最終導(dǎo)致機(jī)組因高缸溫保護(hù)停機(jī)的問題，嚴(yán)重影響了客戶的使用。事后對機(jī)組進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，機(jī)組的水冷式消聲器出現(xiàn)內(nèi)漏問題，導(dǎo)致機(jī)組的冷卻液通過滲漏處進(jìn)入消音器煙道內(nèi)，并受熱變?yōu)樗魵饣烊肱艧熤?，使機(jī)組排煙變白，冷卻液快速減少。機(jī)組白色排煙現(xiàn)象如圖1所示。本文以此為案例，結(jié)合水冷式消聲器的實(shí)際使用，梳理出水冷式消聲器的常見滲漏原因，并針對性地進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)設(shè)計(jì)[2]。

1 原因分析

針對上述故障現(xiàn)象，專業(yè)人員對相關(guān)情況進(jìn)行了現(xiàn)場了解，并對故障機(jī)組進(jìn)行拆解。根據(jù)拆解的情況對水冷式消聲器內(nèi)漏的根本原因進(jìn)行了深入分析，認(rèn)為造成水冷式消聲器滲漏的原因有以下幾點(diǎn)：①水冷式消聲器結(jié)構(gòu)件間焊接不嚴(yán)密，存在焊接缺陷;②鈑金折彎部分折彎半徑過小，產(chǎn)生折彎裂紋;③殼體本身材料腐蝕;④殼體與高溫尾氣或冷卻液發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生腐蝕;⑤水冷式消聲器本身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密封不完全。建立故障樹如圖2所示[3]。

通過對現(xiàn)場反饋數(shù)據(jù)和后期對水冷式消聲器拆裝分解情況的認(rèn)真查看與檢測，對上述可能的原因進(jìn)行了逐一排查。

2 機(jī)理分析

此款水冷式消聲器的工作原理如下：利用冷卻液降低柴油發(fā)電機(jī)排氣溫度，從而降低排氣壓力，達(dá)到消聲、降噪效果。結(jié)構(gòu)上將消聲器部全部置于冷卻液箱內(nèi)，并與其焊接成一整體進(jìn)行固定。焊接后的消聲器處于冷卻液的完全包裹中，其固定板在固定消聲器位置之余還起到了加強(qiáng)熱傳遞的功能。整個(gè)水冷式消聲器均采用304不銹鋼板制作。

通過對水冷式消聲器的破壞性拆解發(fā)現(xiàn)，消聲器換熱板表面銹蝕嚴(yán)重，有大量銹跡殘留在換熱板表面（如圖3所示）。將銹跡打磨清除干凈后，經(jīng)加水試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，滲漏點(diǎn)明顯位于消聲器與冷卻液箱固定板的焊接位置。隨后仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，滲漏處存在氣孔。據(jù)此初步判定為焊接缺陷導(dǎo)致的消聲器滲漏現(xiàn)象。

氣孔是一種常見的焊接缺陷，為熔池中的氣體在凝固時(shí)未能逸出而殘留下來所形成的空穴。溶解在熔池中的氣體，在熔池冷卻結(jié)晶過程中，氣體溶解度急劇降低，來不及析出而殘留在固體金屬內(nèi)形成。原材料受潮，未按要求烘干（或烘干溫度過高、過低）;焊絲藥皮開裂、脫落、變質(zhì);焊絲生銹，其表面存在銹、油、水分等雜質(zhì)都容易產(chǎn)生氣孔[4]。

但此次滲漏故障發(fā)生時(shí)，機(jī)組已安全運(yùn)行長達(dá)500 h，未發(fā)生滲漏現(xiàn)象，且拆解發(fā)現(xiàn)換熱板腐蝕嚴(yán)重，不能排除長期腐蝕的因素。通過對機(jī)組冷卻液的檢測發(fā)現(xiàn)，其中混有雜質(zhì)水。判定雜質(zhì)水通過與不銹鋼板的長期緩慢反應(yīng)，導(dǎo)致發(fā)生腐蝕的問題。因此，最終判定為殼體腐蝕與焊接缺陷共同作用導(dǎo)致了此次故障的發(fā)生。

3 優(yōu)化改進(jìn)

針對此次故障的分析與歸納，對水冷式消聲器的優(yōu)化從以下幾個(gè)方面進(jìn)行[5]。

3.1 優(yōu)化材料

水冷式消聲器的選材應(yīng)從耐高溫性、耐腐蝕性、可加工性與經(jīng)濟(jì)性等各方面綜合考慮。一般可選用材料有碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、鋁合金、鈦與銅合金等。對材料進(jìn)行選擇時(shí)，還應(yīng)注意其對環(huán)境的影響，以及其是否會與尾氣或冷卻液中的某種成分反應(yīng)。若某材料存在上述情況，不可選用。316L不銹鋼作為含有鉬元素的奧氏體不銹鋼，耐腐蝕性好且表面光滑，不易結(jié)垢，高溫強(qiáng)度較好，可加工性良好，可在苛刻的環(huán)境條件下使用，是一種十分適合的材料[6]。

3.2 防腐處理

在水冷式消聲器表面上進(jìn)行防腐處理是一種避免腐蝕十分有效的辦法。其中，涂防腐層是一種費(fèi)用低、效果好、使用最為廣泛的工藝手段。通常使用的涂料是無機(jī)富鋅漆、熱固化酚醛清漆、環(huán)氧氨基清漆等，但其對涂覆工藝要求較高，應(yīng)避免因涂覆工藝不良造成的失誤。電鍍、搪瓷等也是十分有效的防腐手段，但成本較高，有一定污染。

3.3 改善冷卻液品質(zhì)

通過加強(qiáng)對冷卻液的雜質(zhì)過濾，可以有效保證長時(shí)間循環(huán)使用的冷卻液的良好品質(zhì)。這對水冷式消聲器長時(shí)間使用至關(guān)重要，也是從根源上解決冷卻液腐蝕的方法?？赏ㄟ^外加濾芯并定期對濾芯進(jìn)行更換實(shí)現(xiàn)。

3.4 設(shè)計(jì)與制造優(yōu)化

在設(shè)計(jì)與制造過程中，應(yīng)注意以下問題：①設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免產(chǎn)生縫隙，在結(jié)構(gòu)上為減少沉積、結(jié)垢而努力;②各部件材質(zhì)的選取應(yīng)保持相似性或一致性，避免因材質(zhì)不同導(dǎo)致的電化學(xué)腐蝕;④選擇合適的折彎半徑，避免直角彎或尖角，避免折彎裂紋;⑤焊接部位采用連續(xù)焊，焊縫要做到連續(xù)平滑，根部焊透，保證無微小氣孔、雜質(zhì);⑥加工過程中避免劃傷殼體內(nèi)表面，傷及鈍化膜，影響材料耐腐蝕性。

最終形成的改進(jìn)方案如下：①材料全部更換為316L不銹鋼;②對消聲器進(jìn)行電鍍處理;③增設(shè)外接冷卻液濾芯;④優(yōu)化結(jié)構(gòu)圖紙、工藝。

4 措施及驗(yàn)證

通過對原因、影響因素、失效機(jī)理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料選擇、工藝控制等方面的分析、研究，重新設(shè)計(jì)、制造了一批新式水冷式消聲器，并對客戶原有舊消聲器進(jìn)行更換，有效改善了水冷式消聲器銹蝕問題。優(yōu)化后的水冷式消聲器自投入使用以來，目前暫無滲漏問題發(fā)生，問題得到解決。

5 結(jié)論

本文所提出的改進(jìn)方案經(jīng)過了充分論證及試驗(yàn)考核，能良好地滿足使用要求。改進(jìn)方案不僅適用于本款水冷式消聲器的改進(jìn)，還可在其他同類產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中起到借鑒作用，也可以為油箱、散熱水箱等產(chǎn)品的改進(jìn)提供幫助。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王濟(jì)乾，袁春，劉洋.靜音型柴油發(fā)電機(jī)組水冷化技術(shù)[J].移動電源與車輛，2012（1）：46-50.

[2]佚名.12 kW柴油發(fā)電機(jī)組使用與維修手冊[M].濟(jì)南：濟(jì)南吉美樂電源技術(shù)有限公司，2010.

[3]許榮，車建國，楊作賓，等.故障樹分析法及其在系統(tǒng)可靠性分析中的應(yīng)用[J].指揮控制與仿真，2010，32（1）：112-115.

[4]張南南.金屬材料焊接成型中的主要缺陷及控制方法分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2019，27（6）：46.

[5]韓鵬飛，王正方，張川.鋼制壓力容器局部腐蝕失效分析及防護(hù)措施[J].化工裝備技術(shù)，2016，37（3）：33-37.

[6]邢海生，林峰，潘鄰.奧氏體不銹鋼表面強(qiáng)化技術(shù)研究及進(jìn)展[J].江蘇化工，2008，36（3）：45-47.