QSD2.8水星機(jī)缸頭竄氣故障分析與處理

郝洪良

摘 要

引航工作艇作為上海港長(zhǎng)江口引航作業(yè)區(qū)接送引航員的主要交通工具，承擔(dān)了大量的引航接送任務(wù)，引航接送安全成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。由于引航作業(yè)區(qū)海況惡劣，引航工作艇頻繁在大船之間穿梭，靠離大船時(shí)經(jīng)常持續(xù)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，加上空氣含鹽量高，對(duì)工作艇主機(jī)造成了腐蝕，降低了使用壽命。當(dāng)前使用年限5-8年的QSD2.8水星機(jī)普遍出現(xiàn)缸頭“上竄氣”現(xiàn)象，不僅增加了維修成本，而且增大了安全風(fēng)險(xiǎn)，本文針對(duì)這一故障現(xiàn)象展開分析，并提出研磨缸體、更改進(jìn)氣道等維修方法和建議，收到了良好效果，為相關(guān)管理人員提供維修參考。

關(guān)鍵詞

引航接送;QSD2.8水星機(jī);上竄氣;研磨缸體

中圖分類號(hào)： O159 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 36

0 引言

柴油機(jī)竄氣一般分為“上竄氣”和“下竄氣”兩種?！吧细Z氣”是指汽缸墊老化、缸體及缸蓋接觸面腐蝕變形引起的缸蓋和缸體之間的密封不嚴(yán)、氣門密封不嚴(yán)等原因，導(dǎo)致氣缸中可燃?xì)怏w從接觸間隙竄到缸蓋、缸體周圍的冷卻水道、油道的現(xiàn)象;下竄氣是氣缸中可燃?xì)怏w通過(guò)活塞環(huán)與氣缸的密封處泄漏到曲軸箱中的現(xiàn)象，活塞環(huán)竄氣是由于缸套與活塞環(huán)之間間隙過(guò)大，以致活塞環(huán)張力不夠緊貼缸套，所以柴油機(jī)在壓縮沖程中有混合氣從活塞環(huán)間隙中“竄”到曲軸箱，通常又叫曲軸箱竄氣[1]。“上竄氣”是柴油機(jī)的一種比較危險(xiǎn)的故障，容易造成柴油機(jī)燒潤(rùn)滑油、冒黑煙、功率不足等問(wèn)題，本文主要針對(duì)“上竄氣”的故障現(xiàn)象進(jìn)行分析、討論并得出解決辦法。

1 現(xiàn)狀介紹

目前引航工作艇是上海港長(zhǎng)江口引航作業(yè)區(qū)接送引航員的主要交通工具，其中水星機(jī)工作艇共有17艘，發(fā)生“上竄氣”故障（包括更換缸頭床墊后二次發(fā)生竄氣故障）共計(jì)11艘次，現(xiàn)有工作艇總體情況見表1。

2 故障現(xiàn)象

從2018年始，在長(zhǎng)江口引航作業(yè)區(qū)的QSD2.8水星機(jī)引航工作艇陸續(xù)出現(xiàn)主機(jī)缸頭竄氣故障現(xiàn)象。缸頭竄氣的故障表現(xiàn)為：膨脹水箱冒氣泡、水位上升，缸頭上竄氣冒黑煙，缸頭與缸體結(jié)合處漏水、漏機(jī)油，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)（下降），機(jī)器有異響，機(jī)體抖動(dòng)，無(wú)法達(dá)到額定轉(zhuǎn)速和功率，最高航速下降等現(xiàn)象。

以29#工作艇為例，該艇建造于2016年1月份，2019年7月份在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣端有放炮聲音，膨脹水箱冒氣泡，并伴有缸頭冒黑煙和漏機(jī)油現(xiàn)象（工作時(shí)間1700小時(shí)左右）。主機(jī)拆檢之后發(fā)現(xiàn)氣缸內(nèi)有黑色煙道痕跡，即缸頭床墊吹破之后竄氣留下的印記。另外，氣缸內(nèi)有水漬，并且進(jìn)、排氣管都有鹽巴結(jié)晶出現(xiàn)。說(shuō)明空氣中鹽分含量很大，在氣缸和進(jìn)排氣管內(nèi)經(jīng)過(guò)高溫形成鹽結(jié)晶。

經(jīng)過(guò)對(duì)氣缸體和氣缸蓋測(cè)量，發(fā)現(xiàn)QSD2.8柴油機(jī)缸體平面已變形，尤其是缸套臺(tái)階處變形大，說(shuō)明此處長(zhǎng)期受到高溫腐蝕和鹽化腐蝕，造成接觸平面凹陷超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，導(dǎo)致氣缸體和氣缸蓋無(wú)法緊密壓緊氣缸床墊，造成了“上竄氣”故障。

3 原因分析

此前針對(duì)“上竄氣”故障沒有仔細(xì)查找原因，簡(jiǎn)單認(rèn)為是床墊問(wèn)題引起的竄氣現(xiàn)象，采取的處理方法是單純更換缸頭床墊，修復(fù)后使用時(shí)工作時(shí)間不超過(guò)30小時(shí)就會(huì)再次發(fā)生同樣的“上竄氣”故障，說(shuō)明僅僅更換缸頭床墊無(wú)法解決竄氣的根本問(wèn)題。頻繁發(fā)生類似故障后，引起大家對(duì)此故障的高度重視。經(jīng)過(guò)認(rèn)真觀察和分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，最后判斷造成QSD2.8工作艇柴油機(jī)“上竄氣”故障的主要原因是：

3.1 高溫腐蝕

（a）因海水泵葉輪損壞、熱交換器水垢或水泵葉輪碎片進(jìn)入熱交換器導(dǎo)致外循環(huán)冷卻流量不足等因素，造成機(jī)器冷卻水高溫后還高速航行等情況造成。

（b）引航接送作業(yè)過(guò)程中，引航工作艇頻繁在大船之間靠離、穿梭，工作艇駕駛員操艇暴力操作，導(dǎo)致柴油機(jī)持續(xù)高負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，造成氣缸高溫腐蝕。

3.2 進(jìn)氣腐蝕

引航工作艇工作區(qū)域位于上海港長(zhǎng)江口引航作業(yè)區(qū)，海面上方的空氣混合著主要通過(guò)蒸發(fā)、海洋泡沫、海水飛濺等過(guò)程產(chǎn)生含鹽量高的水汽，引起工作艇吸入空氣中鹽分含量高，進(jìn)入氣缸后遇高溫結(jié)晶對(duì)缸體造成腐蝕。

3.3 鹽化腐蝕

與使用環(huán)境有關(guān)，引航母船在遇到大風(fēng)浪時(shí)會(huì)向港內(nèi)開進(jìn)入大風(fēng)浪作業(yè)區(qū)，使用環(huán)境在淡水海水中交替，加速缸體腐蝕，工作艇艙底水也是海水，不及時(shí)抽干凈也容易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕;

3.4 設(shè)計(jì)問(wèn)題

QSD2.8水星機(jī)設(shè)計(jì)當(dāng)初為了減少維修成本，設(shè)計(jì)4缸上安裝分體式缸蓋而不是一體式缸蓋，結(jié)果導(dǎo)致缸蓋、缸套和缸體配合密封面（6mm）太小，無(wú)法承受更大的爆炸壓力，容易造成床墊被吹，形成“上竄氣”。不過(guò)分體式缸蓋除了有維修成本低的優(yōu)點(diǎn)，還有利于散熱，并減少缸蓋因受熱不均引起的缸蓋變形等優(yōu)點(diǎn)，如何增加缸蓋與缸體的配合密封面，改進(jìn)缸蓋的合理設(shè)計(jì)也是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。

4 處理方法及效果

缸體頭部變形主要為高溫變形和平面腐蝕為主。查看說(shuō)明書，發(fā)現(xiàn)缸套臺(tái)階要高于缸體平面在（1絲-5絲）之間，受到高溫及鹽化腐蝕變形，現(xiàn)接觸面已超差，變形量超出標(biāo)準(zhǔn)要求，缸體平面需磨下15絲（0.15毫米）才能磨平，達(dá)到要求（表2）。

注意事項(xiàng)：如果重磨一只氣缸蓋，則其余氣缸蓋和氣缸蓋端面承壓板也應(yīng)重磨，磨削量應(yīng)相同。

制定好修理方案之后，上鏜床機(jī)對(duì)氣缸體表面進(jìn)行機(jī)械加工，磨掉15絲，加工精度要求IT6，表面粗糙度要求Ra0.2。

經(jīng)過(guò)加工，整個(gè)燃燒室長(zhǎng)度略微變化（縮短0.15mm），根據(jù)壓縮比計(jì)算公式：

ε=Va/Vc

其中：活塞處于下止點(diǎn)時(shí)氣缸有最大容積，用Va表示;活塞處于上止點(diǎn)時(shí)氣缸內(nèi)的容積稱為燃燒室容積，用Vc表示，壓縮比為ε。經(jīng)過(guò)測(cè)算（燃燒室長(zhǎng)度縮短0.15mm），加工后壓縮比為16.8左右，原壓縮比16.5，變化不大，符合要求（見表3）。

另外，更換活塞環(huán)、缸套、缸蓋等配件，對(duì)機(jī)油路進(jìn)行清理和更換損壞的配件，對(duì)增壓器進(jìn)行清洗和檢修，裝復(fù)后試車正常。目前，此艇已在引航接送工作中正常使用100小時(shí)以上，狀況良好。經(jīng)過(guò)此次維修，以較小的維修代價(jià)延長(zhǎng)了工作艇的使用壽命，相應(yīng)降低了運(yùn)營(yíng)成本，達(dá)到了預(yù)期效果。

5 改進(jìn)方法及建議

經(jīng)過(guò)多年對(duì)QSD2.8水星機(jī)工作艇主機(jī)維修保養(yǎng)的實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)積累，對(duì)該類型主機(jī)“上竄氣”故障的檢查判斷總結(jié)出了一套行之有效的維修辦法。同時(shí)，對(duì)于減少和避免該故障的發(fā)生也總結(jié)提出了相應(yīng)的改進(jìn)方法和建議。

（1）避免野蠻暴力操作。規(guī)范工作艇駕駛員操艇方式，避免從怠速急加速至滿負(fù)荷和從正車不經(jīng)停頓直接拉倒車操作，避免柴油機(jī)長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，減少工作艇主機(jī)缸內(nèi)高溫。

（2）提高預(yù)控管理水平?？s短海水泵和熱交換器的維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間，比規(guī)定保養(yǎng)時(shí)間提前50工作小時(shí)更換海水泵葉輪并清洗熱交換器，避免因海水冷卻量不足引起主機(jī)高溫。

（3）減少鹽化腐蝕影響。

過(guò)濾含鹽空氣。在保證進(jìn)氣量的前提下，改變氣道進(jìn)氣走向，讓進(jìn)氣經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)并與氣道內(nèi)隔板多次碰撞接觸，降低機(jī)艙內(nèi)部空氣含鹽量。

控制艙內(nèi)干燥。經(jīng)常抽干艇內(nèi)艙底水，減少艙內(nèi)含鹽水分蒸發(fā)，控制相對(duì)濕度，保持機(jī)艙內(nèi)空氣干燥[2]。

（4）改進(jìn)缸頭設(shè)計(jì)方案。向水星生產(chǎn)商建議，探討改進(jìn)QSD2.8水星機(jī)缸蓋的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)出一種新型缸蓋，既要保留分體式缸蓋的優(yōu)點(diǎn)，又可以增加缸蓋、缸套和缸體之間的配合密封面，增加缸蓋強(qiáng)度，可以承受更大的爆炸壓力和燃燒室溫度，減少竄氣故障的產(chǎn)生。

6 結(jié)束語(yǔ)

造成柴油機(jī)“上竄氣”故障的原因有很多，其中有設(shè)計(jì)上的缺陷，也有日常保養(yǎng)不到位和使用操作不規(guī)范的因素，遇到此類故障需要運(yùn)用多種方法，綜合考慮多種因素，以預(yù)控為主，維修為輔的方案，采取最有效的方法，解決此類故障。

參考文獻(xiàn)

[1]袁慧五，萬(wàn)勇輝.某船用柴油機(jī)竄氣故障分析與排除.中國(guó)修船， 2016，29（3）：25-29.

[2]周曉夢(mèng).技術(shù)及運(yùn)輸安裝為海上風(fēng)電雙翼.中國(guó)能源報(bào)， 20140915，23.