船用柴油機液壓氣閥敲擊故障的分析與排除

張德福，孫文廣，沈國華

(1.天津理工大學海運學院，天津 300384;2.中海油油建渤海裝備技術(shù)服務分公司，天津 300452)

“天禧”輪主機型號B＆W－6L90 GBE，6缸直列2沖程柴油機，排氣閥采用液壓氣閥機構(gòu)，氣閥開啟受驅(qū)動液壓油控制，氣閥關(guān)閉由空氣彈簧裝置控制。

1 故障現(xiàn)象

航行中主機2#缸排氣閥發(fā)出敲擊聲，并伴隨排氣閥液壓驅(qū)動油管脈動強烈。觀察發(fā)現(xiàn)，2#缸氣閥敲擊的發(fā)生與主機負荷有關(guān)聯(lián)，順風航行時，主機轉(zhuǎn)速增加到84 r/min后出現(xiàn)敲擊，而在逆風時72 r/min就會出現(xiàn)敲擊。為判定氣閥敲擊的位置，輪機員雙手摸該缸燃油高壓油管和氣閥液壓驅(qū)動油管，并傾聽氣閥敲擊聲音。由于噴油與氣閥開關(guān)的順序為噴油→排氣閥開→排氣閥關(guān)→噴油，發(fā)現(xiàn)敲擊與排氣閥關(guān)閉時的油管脈動同步，因此判斷為落座敲擊。

2 故障分析與排除

引起排氣閥敲擊的原因通常包括3個方面:①排氣閥液壓驅(qū)動油路故障，驅(qū)動液壓油壓力偏低，造成氣閥落座時緩沖作用減弱或消失，氣閥與閥座產(chǎn)生過大撞擊，典型故障包括驅(qū)動液壓油路泄漏，液壓油系統(tǒng)混入空氣，液壓油路節(jié)流閥開度過大等;②排氣閥空氣彈簧裝置故障，例如空氣彈簧腔壓力過高，關(guān)閥力量過大，造成氣閥與閥座撞擊力增加;③柴油機燃燒粗暴，缸內(nèi)燃燒速度過快，引起燃燒室部件包括排氣閥產(chǎn)生激振，出現(xiàn)敲擊。

船上針對排氣閥液壓驅(qū)動油路故障的可能性，對液壓驅(qū)動油路進行細致排查。調(diào)節(jié)節(jié)流閥開度，然而即使在節(jié)流閥全關(guān)的情況下，排氣閥仍然出現(xiàn)敲擊，因此排除節(jié)流閥開度的可能;將4#缸液壓驅(qū)動油路部件換裝到2#缸，4#缸換用備用設備。結(jié)果，2#缸氣閥仍然敲擊，而4#缸未出現(xiàn)敲擊，可以排除驅(qū)動液壓油路泄漏或混入空氣的可能。

針對排氣閥空氣彈簧腔壓力過高的問題，檢查發(fā)現(xiàn)氣閥敲擊時空氣彈簧腔的壓力有0.05 MPa的壓力波動 (正常值0.6 MPa)，但不存在過大的空氣壓力峰值，因此可排除由于空氣彈簧腔壓力過高造成氣閥落座敲擊的可能性。

為判斷是否因燃燒粗暴引起的氣閥敲擊，在發(fā)生敲擊時采用單缸停油措施，結(jié)果2#缸停油時氣閥敲擊有所減弱，空氣彈簧腔的壓力波動也趨于平緩。在征得輪機長同意后，對主機各缸分別測取示功圖，同時記錄各缸對應工況的排氣溫度和油門刻度。測試結(jié)果，2#缸爆發(fā)壓力偏高，排氣溫度偏低，通過增加2#缸噴油泵套筒下方墊片3片以減小噴油提前角，調(diào)整后測量示功圖表明，爆發(fā)壓力有所下降，排溫升高到與其它各缸相近，但2#缸的敲擊仍然出現(xiàn)且有所加重，只得降速才能消除敲擊聲，反復試驗發(fā)現(xiàn)，只要2#缸排溫升高，敲擊就會出現(xiàn)，降低2#缸排溫則敲擊就會減輕直至消失，這與2#缸單缸停油的效果雖然一樣，但產(chǎn)生的原因顯然不是由燃燒粗暴引起的，由此將懷疑的重點放在2#缸排氣閥上，在對2#缸排氣閥解體發(fā)現(xiàn)，閉閥空氣彈簧腔的活塞環(huán)有較多積碳，進行氣密性試驗，結(jié)果排氣閥0.5 h落下，小于正常值(1 h)，說明閉閥空氣彈簧腔存在一定程度的泄漏。同時發(fā)現(xiàn)該缸排氣閥閥盤存在嚴重燒蝕，閥盤有2道貫穿性裂紋。更換排氣閥，清潔閉閥空氣彈簧腔并更換腔內(nèi)活塞環(huán)，再試車無論是在高負荷狀態(tài)還是快速降速狀態(tài)再未出現(xiàn)氣閥敲擊現(xiàn)象，至此，這一故障徹底消除。分析認為，由于2#缸噴油定時早，造成缸內(nèi)燃燒溫度上升，排氣閥高溫持續(xù)一段時間后出現(xiàn)燒蝕直至裂穿。初期2#缸閉閥空氣彈簧腔內(nèi)活塞環(huán)未出現(xiàn)明顯積碳和泄漏，敲擊不明顯。隨后在減小噴油定時及排氣閥燒蝕裂穿的情況下，該缸排氣溫度上升，引起閉閥空氣彈簧腔溫度上升，空氣彈簧腔內(nèi)活塞環(huán)表面積碳逐漸增加，空氣彈簧腔漏氣嚴重，最終導致閉閥空氣壓力下降，排氣閥關(guān)閉不實。當缸內(nèi)燃燒時燃氣壓力波作用到閥盤上，使氣閥與閥座產(chǎn)生落座撞擊。在主機負荷降低排溫下降時，閉閥空氣彈簧腔漏氣相應減少，關(guān)閥的力量較強，能保證氣閥與閥座緊密接觸，因此每次降負荷都能減弱敲擊。

3 結(jié)論

在本次船用柴油機液壓氣閥敲擊事故的排查中，出現(xiàn)兩次主觀判斷失誤:一是由于初期采用單缸停油法有效，教條地認為是由于燃燒敲缸造成的，判斷失誤;另外，通常認為閉閥空氣壓力高是造成落座敲擊的常見原因，忽視了閉閥空氣壓力降低的可能性。由此說明液壓氣閥故障排查應注重細節(jié)，杜絕主觀臆斷。籍此修理實例，希望能夠為同行們在此類故障的修理中提供一點技術(shù)參考。