MAN B&W MC型船用柴油機(jī)排氣閥敲擊故障分析

湯明

（江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211170）

1 典型的故障癥狀

某輪MAN B&W 6S50MC-C8型船用二沖程主機(jī)，在定速航行途中，偶爾出現(xiàn)個(gè)別缸發(fā)出巨大的撞擊聲。故障發(fā)生時(shí)，檢查發(fā)現(xiàn)該缸有以下癥狀：（1）撞擊聲出現(xiàn)時(shí)，明顯聽(tīng)到敲擊來(lái)自排氣閥，放下閥桿升程指示器，可見(jiàn)該缸排氣閥關(guān)閉滯后；（2）該缸排煙溫度迅速降低，機(jī)艙報(bào)警系統(tǒng)顯示主機(jī)排溫偏差大，主機(jī)自動(dòng)降速；（3）主機(jī)排煙顏色明顯變黑；根據(jù)以上癥狀，可斷定主機(jī)運(yùn)行時(shí)，該缸排氣閥不能正確啟閉，導(dǎo)致其燃燒狀況惡化。

2 排氣閥敲擊故障機(jī)理分析

（1）排氣閥結(jié)構(gòu)與原理。MAN B&W 6S50MC-C8型主機(jī)排氣閥結(jié)構(gòu)如圖1所示。該閥主要由液壓、氣動(dòng)和閥桿閥座三部分組成。液壓部分主要包括:液壓缸1、液壓活塞2，負(fù)責(zé)排氣閥開(kāi)啟；氣動(dòng)部分主要包括空氣活塞3、空氣缸6，負(fù)責(zé)排氣閥關(guān)閉，這個(gè)部分也被稱(chēng)為“空氣彈簧”； 閥桿6閥座7安裝在排氣閥殼5上，形成柴油機(jī)氣缸的排氣通道。液壓活塞套裝在閥桿的頂部，空氣活塞3和閥桿6通過(guò)連接卡塊固定在一起。

圖1

排氣閥工作原理：柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)某缸的活塞下行至掃氣口附近，即將打開(kāi)掃氣口時(shí)，該缸的排氣凸輪驅(qū)動(dòng)排氣閥頂升機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞，將工作油經(jīng)高壓油管從工作油口A壓入液壓缸1的油腔中，油壓作用在液壓活塞2上，從而推動(dòng)液壓活塞2和排氣閥桿6，克服空氣彈簧的壓力下行，排氣閥開(kāi)啟。當(dāng)該缸的活塞下行越過(guò)下止點(diǎn)再次上行，將掃氣口關(guān)閉后，該缸排氣凸輪回程，排氣閥頂升機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞返回，其上部空間增大，驅(qū)動(dòng)排氣閥桿的工作油壓降低，排氣閥桿在空氣彈簧的作用下上行關(guān)閉。空氣彈簧的壓縮空氣由0.7MPa的氣源經(jīng)進(jìn)氣止回閥從工作空氣進(jìn)口供入。排氣閥關(guān)閉時(shí)，空氣活塞3位于空氣缸4的上部，氣缸壓力為0.7MPa。排氣閥開(kāi)啟時(shí)，空氣活塞3位于空氣缸的下部，氣缸內(nèi)的空氣被進(jìn)一步壓縮，壓力達(dá)到約2MPa。排氣閥在關(guān)閉的過(guò)程中，空氣彈簧的壓力隨著空氣缸的容積不斷增大而逐漸降低，同時(shí)液壓活塞上方的工作油壓對(duì)活塞的上行有一定的阻尼作用，以確保排氣閥能夠迅速柔和的關(guān)閉，閥桿僅對(duì)閥座產(chǎn)生輕撞擊。

（2）排氣閥敲擊機(jī)理。排氣閥正常工作時(shí)，能夠做到關(guān)閉嚴(yán)密、啟閉迅速、撞擊輕微、氣流阻力小。然而，當(dāng)排氣閥關(guān)閉出現(xiàn)滯后時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生氣缸進(jìn)氣損失，閥桿嚴(yán)重敲擊閥座的故障現(xiàn)象。其機(jī)理在于：柴油機(jī)氣缸中的活塞上行關(guān)閉掃幾口后，關(guān)閉滯后排氣閥閥桿密封面沒(méi)有及時(shí)與閥座接觸，兩者之間還有一定行程，此時(shí)迅速上行的活塞，使柴油機(jī)氣缸空氣壓力迅速增加（氣缸空氣壓力約為排氣閥空氣彈簧的壓力4倍），巨大的氣缸空氣壓力作用在排氣閥桿的盤(pán)面上，迫使排氣閥桿迅速上升，猛烈地撞擊在閥座上，產(chǎn)生巨大的敲擊聲。

3 排氣閥敲擊故障原因分析

根據(jù)排氣閥工作原理和敲擊機(jī)理可知，排氣閥關(guān)閉滯后是造成排氣閥嚴(yán)重敲擊的根源。通過(guò)對(duì)排氣閥結(jié)構(gòu)研究和解體檢查的情況分析，導(dǎo)致排氣閥關(guān)閉滯后的原因主要有兩個(gè)方面：

（1）工作油壓阻尼作用過(guò)大。排氣閥關(guān)閉過(guò)程中，工作油腔的壓力隨著排氣閥頂升機(jī)構(gòu)的柱塞下行而降低。這種逐漸降低的油壓對(duì)排氣閥桿的上行具有一定的緩沖作用，避免了閥桿猛烈撞擊閥座。考慮到設(shè)計(jì)誤差和實(shí)際運(yùn)行狀況，為了防止排氣閥上行時(shí)其液壓缸工作油壓不能降低，排氣閥液壓缸的頂部專(zhuān)門(mén)設(shè)置了節(jié)流孔D，以確保多余的油壓能夠經(jīng)節(jié)流孔D及時(shí)泄出。如上所述，工作油壓阻尼作用過(guò)大的可能有以下原因：①節(jié)流孔通徑過(guò)小。設(shè)置在排氣閥液壓缸頂部的節(jié)流孔臟堵，或設(shè)計(jì)通徑不足，會(huì)導(dǎo)致排氣閥液壓缸工作油壓因節(jié)流作用增強(qiáng)，不能及時(shí)泄出，造成排氣閥延時(shí)，產(chǎn)生敲擊現(xiàn)象。②排氣閥頂升機(jī)構(gòu)卡阻。排氣閥頂升機(jī)構(gòu)中驅(qū)動(dòng)活塞在回程時(shí)出現(xiàn)機(jī)械卡阻、柱塞彈簧斷裂等狀況，會(huì)導(dǎo)致排氣閥液壓缸工作油壓不能及時(shí)降低，排氣閥關(guān)閉受阻，產(chǎn)生排氣閥關(guān)閉滯后現(xiàn)象。

（2）排氣閥空氣彈簧壓力過(guò)小。排氣閥空氣彈簧的壓縮壓力是確保排氣閥正常關(guān)閉的驅(qū)動(dòng)力，排氣閥關(guān)閉時(shí)，壓縮在空氣缸中的彈簧空氣克服閥桿和空氣活塞的自重，將與閥桿固定在一起的空氣活塞迅速?gòu)椘?，帶?dòng)閥桿上行。如果空氣壓力過(guò)小，則排氣閥桿上行速度減緩，嚴(yán)重時(shí)閥桿將無(wú)法完全上行到位。因此，足夠的空氣彈簧壓力是排氣閥正常關(guān)閉重要因素。根據(jù)排氣閥空氣彈簧的結(jié)構(gòu)和原理分析，空氣彈簧壓力過(guò)小的原因主要有：

圖2

①空氣彈簧的密封圈泄漏?？諝鈴椈傻拿芊馊θ鐖D2所示，主要包括：空氣活塞與空氣缸內(nèi)壁密封圈1、空氣活塞與排氣閥桿外周密封圈2、空氣缸與排氣閥桿外周密封圈3空氣缸底部端蓋密封圈4。密封圈損壞泄漏回導(dǎo)致彈簧空氣泄漏，氣壓降低。②空氣缸安全閥泄漏?？諝飧装踩y彈簧斷裂、彈簧預(yù)緊力不足、密封面磨損等原因都會(huì)導(dǎo)致彈簧空氣經(jīng)安全閥泄漏，氣壓降低。③進(jìn)氣止回閥失效。進(jìn)氣止回閥發(fā)面磨損、閥芯卡阻等原因會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣從止回閥返回空氣彈簧壓力降低。

4 排氣閥敲擊故障的預(yù)防措施

排氣閥敲擊故障一旦發(fā)生，將導(dǎo)致柴油機(jī)發(fā)火困難、排溫突然降低，柴油機(jī)自動(dòng)降速，影響船舶安全航行。因此，在柴油機(jī)管理過(guò)程中，積極做好排氣閥日常保養(yǎng)和定期檢修是輪機(jī)管理人員的工作重點(diǎn)。在維護(hù)管理工作中須做好以下幾個(gè)方面：

（1）加強(qiáng)柴油機(jī)潤(rùn)滑油管理。排氣閥的工作油來(lái)自柴油機(jī)系統(tǒng)潤(rùn)滑油，滑油臟污時(shí)引起排氣閥液壓缸上方節(jié)流孔堵塞的主要因素。因此，滑油的分油和過(guò)濾處理、定期檢修分油機(jī)及清洗滑油濾器，是確保排氣閥工作油清潔的重要措施。

（2）定期檢修排氣閥頂升機(jī)構(gòu)。排氣閥頂升機(jī)構(gòu)是往復(fù)式運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，管理中應(yīng)經(jīng)常檢查其活塞、活塞環(huán)、油缸、活塞彈簧等運(yùn)動(dòng)部件的狀況，出現(xiàn)異常磨損、斷裂等情況應(yīng)及時(shí)更換備件。

（3）定期檢查液壓缸狀況。排氣閥拆檢時(shí)，應(yīng)注意檢查液壓缸內(nèi)壁、液壓活塞、活塞環(huán)、節(jié)流孔等元件的狀況，出現(xiàn)活塞機(jī)活塞環(huán)過(guò)度磨損、活塞環(huán)折斷等狀況應(yīng)及時(shí)更換備件。節(jié)流孔臟堵應(yīng)及時(shí)清通。

（4）定期檢查空氣活塞和空氣缸。按說(shuō)明書(shū)要求的時(shí)間間隔，定期拆檢排氣閥，關(guān)注空氣活塞和空氣缸的表面磨損狀況，對(duì)缺陷明顯的部位進(jìn)行適當(dāng)修理，必要時(shí)更換備件。

（5）合理更換空氣彈簧密封圈?？諝鈴椈擅芊馊Φ谋砻婺p情況和老化程度，對(duì)密封圈的性能起決定性影響。定期保養(yǎng)時(shí)應(yīng)當(dāng)將所有密封圈換新。日常檢查時(shí)應(yīng)對(duì)空氣彈簧進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，以驗(yàn)證空氣彈簧密封件的氣密性能。

（6）正確效驗(yàn)空氣缸安全閥的性能。保養(yǎng)排氣閥時(shí)，應(yīng)對(duì)安全閥進(jìn)行拆檢，利用專(zhuān)用工具檢測(cè)安全閥的啟閥壓力和密封性能。安全閥安裝時(shí)，必須將其完全擰緊在空氣缸上，以免彈簧預(yù)緊力不足。

（7）適時(shí)檢查進(jìn)氣止回閥。在日常檢查時(shí)，可將進(jìn)氣管拆下，檢查有無(wú)氣體從閥口冒出，以此判斷閥芯是否泄漏和卡阻，并用通針推一推閥芯，已檢查閥芯的活絡(luò)情況。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)定期保養(yǎng)和日常檢查，排氣閥敲擊故障的前期癥狀是能夠被及時(shí)發(fā)覺(jué)的。相關(guān)輪機(jī)主管人員必須加強(qiáng)日常管理，注意常規(guī)檢查和試驗(yàn)，按規(guī)定適時(shí)做好排氣閥的保養(yǎng)工作，避免柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生排氣閥敲擊故障，維護(hù)船舶航行安全。