MAN B&W MC型船用柴油機排氣閥敲擊故障分析

湯明

（江蘇海事職業(yè)技術學院，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，在定速航行途中，偶爾出現個別缸發(fā)出巨大的撞擊聲。故障發(fā)生時，檢查發(fā)現該缸有以下癥狀：（1）撞擊聲出現時，明顯聽到敲擊來自排氣閥，放下閥桿升程指示器，可見該缸排氣閥關閉滯后；（2）該缸排煙溫度迅速降低，機艙報警系統(tǒng)顯示主機排溫偏差大，主機自動降速；（3）主機排煙顏色明顯變黑；根據以上癥狀，可斷定主機運行時，該缸排氣閥不能正確啟閉，導致其燃燒狀況惡化。

2 排氣閥敲擊故障機理分析

（1）排氣閥結構與原理。MAN B&W 6S50MC-C8型主機排氣閥結構如圖1所示。該閥主要由液壓、氣動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，負責排氣閥開啟；氣動部分主要包括空氣活塞3、空氣缸6，負責排氣閥關閉，這個部分也被稱為“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通過連接卡塊固定在一起。

圖1

排氣閥工作原理：柴油機運行時，當某缸的活塞下行至掃氣口附近，即將打開掃氣口時，該缸的排氣凸輪驅動排氣閥頂升機構驅動活塞，將工作油經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，排氣閥開啟。當該缸的活塞下行越過下止點再次上行，將掃氣口關閉后，該缸排氣凸輪回程，排氣閥頂升機構驅動活塞返回，其上部空間增大，驅動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閉。空氣彈簧的壓縮空氣由0.7MPa的氣源經進氣止回閥從工作空氣進口供入。排氣閥關閉時，空氣活塞3位于空氣缸4的上部，氣缸壓力為0.7MPa。排氣閥開啟時，空氣活塞3位于空氣缸的下部，氣缸內的空氣被進一步壓縮，壓力達到約2MPa。排氣閥在關閉的過程中，空氣彈簧的壓力隨著空氣缸的容積不斷增大而逐漸降低，同時液壓活塞上方的工作油壓對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閉，閥桿僅對閥座產生輕撞擊。

（2）排氣閥敲擊機理。排氣閥正常工作時，能夠做到關閉嚴密、啟閉迅速、撞擊輕微、氣流阻力小。然而，當排氣閥關閉出現滯后時，則會產生氣缸進氣損失，閥桿嚴重敲擊閥座的故障現象。其機理在于：柴油機氣缸中的活塞上行關閉掃幾口后，關閉滯后排氣閥閥桿密封面沒有及時與閥座接觸，兩者之間還有一定行程，此時迅速上行的活塞，使柴油機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面上，迫使排氣閥桿迅速上升，猛烈地撞擊在閥座上，產生巨大的敲擊聲。

3 排氣閥敲擊故障原因分析

根據排氣閥工作原理和敲擊機理可知，排氣閥關閉滯后是造成排氣閥嚴重敲擊的根源。通過對排氣閥結構研究和解體檢查的情況分析，導致排氣閥關閉滯后的原因主要有兩個方面：

（1）工作油壓阻尼作用過大。排氣閥關閉過程中，工作油腔的壓力隨著排氣閥頂升機構的柱塞下行而降低。這種逐漸降低的油壓對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。考慮到設計誤差和實際運行狀況，為了防止排氣閥上行時其液壓缸工作油壓不能降低，排氣閥液壓缸的頂部專門設置了節(jié)流孔D，以確保多余的油壓能夠經節(jié)流孔D及時泄出。如上所述，工作油壓阻尼作用過大的可能有以下原因：①節(jié)流孔通徑過小。設置在排氣閥液壓缸頂部的節(jié)流孔臟堵，或設計通徑不足，會導致排氣閥液壓缸工作油壓因節(jié)流作用增強，不能及時泄出，造成排氣閥延時，產生敲擊現象。②排氣閥頂升機構卡阻。排氣閥頂升機構中驅動活塞在回程時出現機械卡阻、柱塞彈簧斷裂等狀況，會導致排氣閥液壓缸工作油壓不能及時降低，排氣閥關閉受阻，產生排氣閥關閉滯后現象。

（2）排氣閥空氣彈簧壓力過小。排氣閥空氣彈簧的壓縮壓力是確保排氣閥正常關閉的驅動力，排氣閥關閉時，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彈起，帶動閥桿上行。如果空氣壓力過小，則排氣閥桿上行速度減緩，嚴重時閥桿將無法完全上行到位。因此，足夠的空氣彈簧壓力是排氣閥正常關閉重要因素。根據排氣閥空氣彈簧的結構和原理分析，空氣彈簧壓力過小的原因主要有：

圖2

①空氣彈簧的密封圈泄漏。空氣彈簧的密封圈如圖2所示，主要包括：空氣活塞與空氣缸內壁密封圈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致彈簧空氣泄漏，氣壓降低。②空氣缸安全閥泄漏。空氣缸安全閥彈簧斷裂、彈簧預緊力不足、密封面磨損等原因都會導致彈簧空氣經安全閥泄漏，氣壓降低。③進氣止回閥失效。進氣止回閥發(fā)面磨損、閥芯卡阻等原因會導致進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防措施

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

（1）加強柴油機潤滑油管理。排氣閥的工作油來自柴油機系統(tǒng)潤滑油，滑油臟污時引起排氣閥液壓缸上方節(jié)流孔堵塞的主要因素。因此，滑油的分油和過濾處理、定期檢修分油機及清洗滑油濾器，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構。排氣閥頂升機構是往復式運動機構，管理中應經常檢查其活塞、活塞環(huán)、油缸、活塞彈簧等運動部件的狀況，出現異常磨損、斷裂等情況應及時更換備件。

（3）定期檢查液壓缸狀況。排氣閥拆檢時，應注意檢查液壓缸內壁、液壓活塞、活塞環(huán)、節(jié)流孔等元件的狀況，出現活塞機活塞環(huán)過度磨損、活塞環(huán)折斷等狀況應及時更換備件。節(jié)流孔臟堵應及時清通。

（4）定期檢查空氣活塞和空氣缸。按說明書要求的時間間隔，定期拆檢排氣閥，關注空氣活塞和空氣缸的表面磨損狀況，對缺陷明顯的部位進行適當修理，必要時更換備件。

（5）合理更換空氣彈簧密封圈。空氣彈簧密封圈的表面磨損情況和老化程度，對密封圈的性能起決定性影響。定期保養(yǎng)時應當將所有密封圈換新。日常檢查時應對空氣彈簧進行氣密性試驗，以驗證空氣彈簧密封件的氣密性能。

（6）正確效驗空氣缸安全閥的性能。保養(yǎng)排氣閥時，應對安全閥進行拆檢，利用專用工具檢測安全閥的啟閥壓力和密封性能。安全閥安裝時，必須將其完全擰緊在空氣缸上，以免彈簧預緊力不足。

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

5 結語

通過定期保養(yǎng)和日常檢查，排氣閥敲擊故障的前期癥狀是能夠被及時發(fā)覺的。相關輪機主管人員必須加強日常管理，注意常規(guī)檢查和試驗，按規(guī)定適時做好排氣閥的保養(yǎng)工作，避免柴油機運行時產生排氣閥敲擊故障，維護船舶航行安全。