低壓雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)天然氣液壓驅(qū)動(dòng)管泄漏檢測(cè)技術(shù)攻關(guān)

劉導(dǎo)

摘要：針對(duì)瓦錫蘭的最新產(chǎn)品，也即低壓雙燃料低速船舶發(fā)動(dòng)機(jī)使用燃?xì)獾奶攸c(diǎn)，為保障發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程天然氣進(jìn)氣閥高壓驅(qū)動(dòng)油的密封性，尤其是燃?xì)馐褂脮r(shí)的安全性，必須在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)前進(jìn)行液壓管的泄漏檢測(cè)。低壓雙燃料船舶發(fā)動(dòng)機(jī)是世界首例雙燃料系統(tǒng)且采用低壓天然氣模式運(yùn)行，首次使用天然氣運(yùn)行模式系統(tǒng)時(shí)，新增天然氣管路、引燃油噴油器系統(tǒng)、以及天然氣進(jìn)氣閥系統(tǒng)等技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化了柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放指標(biāo);由于新設(shè)計(jì)的低壓雙燃料系列機(jī)依舊不成熟，發(fā)動(dòng)機(jī)在試車過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)了天然氣進(jìn)氣閥高壓驅(qū)動(dòng)管嚴(yán)重泄漏問(wèn)題，嚴(yán)重的影響了發(fā)動(dòng)機(jī)性能的測(cè)試、發(fā)動(dòng)機(jī)耗油量的計(jì)算以及發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，針對(duì)此問(wèn)題，為保障發(fā)動(dòng)機(jī)性能正常運(yùn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)外觀質(zhì)量，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。因此，進(jìn)行液壓驅(qū)動(dòng)管泄漏技術(shù)攻關(guān)，研究、設(shè)計(jì)并實(shí)施相應(yīng)方案解決此技術(shù)難題，確保發(fā)動(dòng)機(jī)正常臺(tái)架試驗(yàn)以及發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

Abstract： According to the latest product of Wartsila， i.e. the characteristics of low-pressure dual fuel low-speed marine engine using gas， in order to ensure the tightness of the high-pressure driving oil of the natural gas intake valve during the operation of the engine， especially the safety during the use of gas， the leakage detection of the hydraulic pipe must be carried out before the engine bench test， The low-pressure dual fuel marine engine is the first dual fuel system in the world and operates in the low-pressure natural gas mode. When the natural gas operation mode system is used for the first time， technologies such as natural gas pipeline， pilot oil injector system， and Gas admission valve system are added to further optimize the economy， power and emission indexes of the diesel engine. Due to the new design of the low-pressure dual fuel series engine It is still immature. During the test run of the engine， there may be serious leakage of the high-pressure drive pipe of the natural gas intake valve， which seriously affects the test of the engine performance， the calculation of the engine fuel consumption and the economy of the engine operation. In view of this problem， in order to ensure the normal operation of the engine performance， the appearance quality of the engine， especially the economy of the engine operation. Therefore， the leakage technology of hydraulic drive pipe is researched， designed and implemented to solve this technical problem， so as to ensure the normal bench test of engine and the economy of engine operation.

關(guān)鍵詞：雙燃料系列發(fā)動(dòng)機(jī);天然氣高壓驅(qū)動(dòng)管;天然氣進(jìn)氣閥;泄漏

Key words： dual fuel engine;natural gas hydraulic drive pipe;gas admission valve system;leakage

0 ?引言

瓦錫蘭的最新產(chǎn)品雙燃料低速船舶發(fā)動(dòng)機(jī)使用的是燃油模式啟動(dòng)后轉(zhuǎn)換為天然氣模式運(yùn)行，進(jìn)一步降低了發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行成本，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益;然而，由于雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)依舊在開發(fā)研究中，因此在首臺(tái)以及目前機(jī)型臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)，也暴露出了不可預(yù)知的一些質(zhì)量問(wèn)題，其中問(wèn)題較為突出與嚴(yán)重的為天然氣進(jìn)氣閥液壓驅(qū)動(dòng)管發(fā)生嚴(yán)重的泄漏問(wèn)題，針對(duì)此項(xiàng)質(zhì)量問(wèn)題，為保障發(fā)動(dòng)機(jī)性能正常運(yùn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)外觀質(zhì)量，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，有必要對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)管泄漏問(wèn)題進(jìn)行專項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)，以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)性能的需要。

1 ?項(xiàng)目背景及內(nèi)容

本項(xiàng)目的技術(shù)攻關(guān)杜絕進(jìn)氣閥液壓驅(qū)動(dòng)管的泄漏，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行可靠度，減少發(fā)動(dòng)機(jī)制造、運(yùn)行成本、增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性能。

本項(xiàng)目主要實(shí)施：

①調(diào)查雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣閥液壓驅(qū)動(dòng)管在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生嚴(yán)重泄漏質(zhì)量的原因。

②確立檢測(cè)方案查出原因，同時(shí)對(duì)造成此質(zhì)量問(wèn)題的原因進(jìn)行進(jìn)一步分析。

③確定原因后制定處理方案。

④對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行分析，針對(duì)其工作性能、生產(chǎn)成本和工作強(qiáng)度、提出新設(shè)計(jì)思路并運(yùn)用在后續(xù)機(jī)型上。

2 ?項(xiàng)目目標(biāo)和實(shí)施過(guò)程

2.1 項(xiàng)目目標(biāo)

①將新設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行可行性分析進(jìn)行審核批準(zhǔn)。

②設(shè)計(jì)檢測(cè)工裝（CAD、UG等軟件），并制造出相應(yīng)的零件實(shí)物，加以實(shí)驗(yàn)、提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

③使用此檢測(cè)方案對(duì)后續(xù)發(fā)動(dòng)機(jī)間隙檢查以確保發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中不再出現(xiàn)泄漏。

④進(jìn)行資料與試驗(yàn)結(jié)果等數(shù)據(jù)的匯總并形成正式文件發(fā)布，同時(shí)向公司/專利局申請(qǐng)應(yīng)用在所有雙燃料低速船用發(fā)動(dòng)機(jī)上。

2.2 項(xiàng)目實(shí)施

本項(xiàng)目擬針對(duì)WinGD雙燃料低速船舶發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣閥液壓驅(qū)動(dòng)管的泄漏檢測(cè)，通過(guò)對(duì)原因分析、結(jié)構(gòu)分析等，在制造成本不變的提前下，保證液壓驅(qū)動(dòng)管在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)發(fā)生泄漏。

2.2.1 進(jìn)氣閥系統(tǒng)液壓驅(qū)動(dòng)管聯(lián)接原理

燃?xì)膺M(jìn)氣閥系統(tǒng)由以下部件組成：

進(jìn)氣閥：進(jìn)氣閥通過(guò)180-240bar液壓驅(qū)動(dòng)油將天然氣噴射進(jìn)氣缸套內(nèi)。

天然氣進(jìn)氣系統(tǒng)是以進(jìn)氣閥系統(tǒng)為中心進(jìn)行的，液壓驅(qū)動(dòng)油管—油管連接塊（分配塊）--進(jìn)氣閥—驅(qū)動(dòng)油驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣閥單元將天然氣噴射入氣缸套內(nèi)。

2.2.2 工作原理

從伺服油軌引出來(lái)的滑油充當(dāng)進(jìn)氣閥驅(qū)動(dòng)油管，主高壓驅(qū)動(dòng)油管通過(guò)分配塊將高壓驅(qū)動(dòng)油分配至每個(gè)缸的進(jìn)氣閥單元，而天然氣進(jìn)氣管也與進(jìn)氣閥聯(lián)接在一起，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行天然氣模式時(shí)，高壓驅(qū)動(dòng)油驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣閥將天然氣噴射入氣缸套內(nèi)，活塞上行壓縮天然氣與引燃油混合氣體進(jìn)行點(diǎn)火爆發(fā)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。

由于高壓驅(qū)動(dòng)管與連接塊連接點(diǎn)多，油壓大，若各個(gè)管接頭沒(méi)有安裝到位或者沒(méi)有正確的密封聯(lián)接方式很容易造成滑油泄漏，并且由于此液壓驅(qū)動(dòng)管為雙壁管，滑油是從環(huán)形內(nèi)壁流出，并且液壓管的內(nèi)環(huán)壁是串聯(lián)在一起的，無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)泄漏點(diǎn)，尤其是在發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，液壓驅(qū)動(dòng)油壓力可達(dá)到200-250bar;

因此為避免發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中高壓驅(qū)動(dòng)管發(fā)生泄漏，必須在運(yùn)行之前保證驅(qū)動(dòng)管接觸良好。

2.2.3 高壓液壓驅(qū)動(dòng)油管工作流程圖

2.3 高壓液壓驅(qū)動(dòng)管泄漏

在發(fā)動(dòng)機(jī)試車磨合時(shí)，若進(jìn)氣閥高壓液壓驅(qū)動(dòng)油發(fā)生漏油現(xiàn)象，尤其在進(jìn)行燃?xì)饽Ｊ竭\(yùn)行的過(guò)程中，若液壓油管泄漏量十分嚴(yán)重，可按照以下步驟進(jìn)行進(jìn)檢查確認(rèn)發(fā)現(xiàn)的泄漏是否在環(huán)形壁內(nèi)進(jìn)行泄漏，若是在內(nèi)環(huán)泄漏，由于滑油管內(nèi)環(huán)壁是串聯(lián)在一起的，難以確定是哪一根管子發(fā)生問(wèn)題（如圖2所示）。

2.4 方案

2.4.1 檢測(cè)方案

由于滑油是從環(huán)形內(nèi)壁流出，并且液壓管的內(nèi)環(huán)壁是串聯(lián)在一起的，是通過(guò)圖紙分析，可通過(guò)回油管的出油量來(lái)判定何處泄漏：可把圖2分為4列，然后分別各列回油管處松開接頭連接一小管引至一小桶，再用液壓泵工裝進(jìn)行泵壓，通過(guò)檢測(cè)各列是否發(fā)生滑油泄漏量進(jìn)行確認(rèn)。

2.4.2 ?原因分析

初步確定此批滑油管都發(fā)生泄漏，經(jīng)過(guò)分析可能有以下三種可能：①第一列處的滑油高壓油管接觸面有損壞;②滑油管的內(nèi)管有缺陷而產(chǎn)生泄漏;③滑油管與分配塊安裝時(shí)產(chǎn)生少量錯(cuò)位，管子強(qiáng)制安裝，使管口與分配塊接觸面不能完全密封接觸。

2.5 處理方案

①根據(jù)圖紙要求制作管子的試壓工裝;

②拆卸全部滑油管，對(duì)其管口用角規(guī)尺進(jìn)行測(cè)量是否符合圖紙要求并查看管口和聯(lián)接塊的接觸面是否有損傷，若有損傷或者角度不對(duì)，需對(duì)管口或聯(lián)接塊進(jìn)行研磨，使其達(dá)到圖紙要求，研磨完畢后，按照?qǐng)D紙對(duì)此組（共4組）管子裝復(fù)完畢后使用工裝進(jìn)行打壓試驗(yàn)，觀察是否泄漏，若管口接觸面已經(jīng)滿足圖紙要求了，而管子還發(fā)生泄漏，則說(shuō)明是內(nèi)管本身有缺陷，需進(jìn)行更換;

③若5根管子都通過(guò)試壓試驗(yàn)且沒(méi)有發(fā)生泄漏，則重新安則重新裝在機(jī)上;若此時(shí)發(fā)生泄漏則調(diào)整分配塊。

2.6 過(guò)程與結(jié)果

①拆卸全部管子，檢查液壓管接觸面是否有損傷，若損傷則進(jìn)行研磨后按照?qǐng)D紙進(jìn)行每組的裝復(fù)與試壓。

注意：后續(xù)機(jī)子檢測(cè)時(shí)需要測(cè)量有一個(gè)接觸面的圓角半徑;

②研磨完畢后進(jìn)行單組試壓，查看管子是否發(fā)生泄漏;

③單組試壓完畢后，進(jìn)行整組試壓，使用伺服油服務(wù)泵進(jìn)行試壓，將服務(wù)泵打至100bar，確認(rèn)液壓管是否有滑油泄漏;

④進(jìn)行臺(tái)架試車的檢驗(yàn)驗(yàn)證。

3 ?檢測(cè)方案的可行性以及分析

在經(jīng)過(guò)理論研究可行后，將優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行零部件生產(chǎn)并投入到柴油機(jī)的實(shí)際應(yīng)用加以驗(yàn)證，首先裝機(jī)前對(duì)此連接塊與液壓高壓驅(qū)動(dòng)管進(jìn)行壓力試驗(yàn)，試驗(yàn)步驟如下。

①制作液壓管與連接塊研磨工裝;

②拆卸液壓管，然后使用工裝和液壓泵分別對(duì)已安裝好的管子進(jìn)行壓力試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為：200bar，試壓時(shí)間為：5分鐘/組（分為四組進(jìn)行試驗(yàn)）;試壓前，需要把泄放油管法蘭（見圖3與圖4、圖示5）打開并用桶接油，在運(yùn)行液壓務(wù)泵時(shí)觀察泄放油管有無(wú)油泄漏（圖5），若發(fā)現(xiàn)有滑油泄漏，則需拆卸管子;

③待工裝與液壓管拆卸后，對(duì)聯(lián)接塊與液壓管接觸面進(jìn)行查看是否有刮痕，若有則需進(jìn)行研磨，研磨時(shí)請(qǐng)?zhí)砑友心ジ啵心ネ戤吅笄鍧嵏蓛舨⒅匦卵b復(fù)，液壓管與聯(lián)接塊之間的螺栓力矩上緊為20N/m，裝復(fù)時(shí)需檢查液壓管的突出量（在圖紙規(guī)范的基礎(chǔ)上進(jìn)行增加0.5mm，即突出量為：5.5mm）以及在安裝過(guò)程中進(jìn)行管子的微調(diào)，裝復(fù)后再執(zhí)行第2步;

④裝復(fù)全部管子，使用伺服油服務(wù)泵進(jìn)行壓力試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為：100bar，時(shí)間為10分鐘，具體步驟如下：

1）試壓前，需要把泄放油管法蘭（見圖3與圖4、圖5）打開并用桶接油，在運(yùn)行伺服油服務(wù)泵時(shí)觀察泄放油管有無(wú)油泄漏（圖5）;

2）試壓結(jié)束后，打開自由端伺服油軌處的泄放球閥和悶塞（見圖6）：輕輕打開球閥15°左右，緩慢擰開螺栓，釋放伺服油軌處油壓，待伺服油軌油壓完全釋放后重新擰緊悶塞與關(guān)閉球閥。

試驗(yàn)合格后，進(jìn)行柴油機(jī)的持續(xù)運(yùn)行，在此過(guò)程中沒(méi)有再發(fā)現(xiàn)液壓高壓驅(qū)動(dòng)管泄漏情況。

該方案解決了柴油機(jī)因密封面發(fā)生燃油泄漏的問(wèn)題，對(duì)提高柴油機(jī)的性能穩(wěn)定性有積極作用。

適用機(jī)型：RT-flex50DF。

4 ?結(jié)束語(yǔ)

RT-flex50DF機(jī)是作為瓦錫蘭最新的智能電控共軌雙燃料柴油機(jī)，但其設(shè)計(jì)并不是完美無(wú)缺，很多設(shè)計(jì)問(wèn)題需在實(shí)際生產(chǎn)和安裝及調(diào)試過(guò)程中積極尋求解決的方法，完善設(shè)計(jì)。

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