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，采用電力推進方式，由四臺發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、冷卻水系統進入空氣故障分析

1.現象描述

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，在運轉中發現有三臺柴油機冷卻水系統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（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（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，發現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。將冷卻水發黑最嚴重的柴油機缸頭拆下進行水壓試驗，發現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說明書對閥座的修理規定是：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，根據經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，冷卻水壓不穩定。

3.解決方法

對試壓發現有漏的排氣閥座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. 現象描述

換用加大尺寸的閥座后，運轉期間，冷卻水進氣的現象消失了，但是另一個奇怪的事情出現了：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

將冷卻水系統封閉打壓，檢查系統內各段管路及連接設備，未發現漏水，排除了冷卻水從管路系統漏水的可能性；吹車時也未發現有漏水跡象，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，發現有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程進行操作。禍患積于忽微，細節決定成敗，一些微小的細節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。