某輪主機高壓油泵出油閥碎裂故障分析

王鵬標

摘 ?要：WARTSILA RTA主機閥控式高壓油泵頻繁發生出油閥碎裂故障，本文從零件設計和裝配工藝兩方面，探討引起出油閥碎裂的原因，供同行們參考。

關鍵詞：WARTSILA 7RTA84-D主機;閥控式高壓油泵;出油閥;壓力導套;旋轉角上緊法

0 引 言

某輪主機型號WARTSILA 7RTA 84T-D，額定功率29 400 kW，高壓油泵為閥控式高壓油泵。2015年修船時，所有高壓油泵解體檢查，出油閥、進閥、回閥全部換新。2018年3月9日，船舶航行在馬六甲海峽，主機第5缸突發排溫低報警，然后主機SLOW DOWN，經停車拋錨后檢查發現主機第5缸高壓油泵咬死，拆檢高壓油泵后確定是出油閥碎裂引起的柱塞偶件咬死，高壓油泵本體被敲壞，通過供應緊急備件后恢復正常。時隔一年多后，2019年7月再次發生第1缸高壓油泵出油閥碎裂。2021年2月，廣州分公司的一條姊妹船又發生第7缸高壓油泵出油閥導套斷裂。連續多次出現相同的故障，這不是設備損傷的偶然性，其中還隱藏著可怕的必然性。當時的故障分析報告認為：高壓油泵出油閥，工作條件惡劣，受到強烈的脈動沖擊，備件疲勞損傷，導致出油閥導套斷裂。作為后任的輪機長，吸取經驗教訓，認真翻閱以前的記錄，我認為導致出油閥下部導套碎裂的原因既有備件本身的設計缺陷，也與我們的裝配工藝有關。

1 故障分析

1.1 高壓油泵內部結構

如圖1所示，高壓油泵出油閥B55803裝在閥孔的最下部，帶螺紋的壓力導套B55821緊緊地壓在出油閥閥座上，壓力導套內部有彈簧B55837和出油閥限位銷B55835，限位銷上面是閥蓋。柱塞上行時，高壓燃油從出油閥閥座下面的導套上的斜孔，克服出油閥彈簧的壓力，通過出油閥，進入高壓油管，然后進入噴油器。

1.2 出油閥導套碎裂分析

（1）本船兩次高壓油泵出油閥導套碎裂都是發生在出油閥底座和導套結合處，導套斷裂后受到撞擊，被擠壓成碎小顆粒，大的顆粒在柱塞頭部，把高壓油泵本體都敲壞了，小顆粒進入柱塞偶件之間，咬死柱塞偶件。此類型的高壓油泵是成組的，即一組有兩個高壓油泵，如果高壓油泵本體壞了，代價會很大。從閥座斷裂面分析，導套工作環境惡劣，導套上面的油孔一直受到高壓燃油的沖擊，零件強度可能不夠。圖2和圖3分別是兩次出油閥底座碎裂的照片。圖4是受損的高壓油泵內部柱塞偶件和泵體接觸面，圖5是新的出油閥備件。

我們先看看出油閥這個零件的結構，見圖5，重點是看出油閥閥座，出油閥閥座上面是受壓的臺階，下部是帶孔的閥桿導套，受壓臺階的下表面，為了提高表面精度，更好地起到密封作用，下表面在加工過程中，留有砂輪越程槽。我們都知道：軸頸變化時，通常在軸肩處（也就是軸的截面突變處）會有過度圓角，過度圓角可以減少應力集中，提高軸的整體綜合能力，但是過度圓角也是有限制的，一般過度圓角的半徑不能超過軸半徑的0.5倍，太大會影響到裝配。出油閥閥座與導套結合處因加工需要，沒有過度圓角，卻“挖”出了砂輪越程槽，有越程槽也沒關系，但此處的管壁要加厚，以增強導套的抗疲勞強度，所以，我們看到受壓臺階下面的一段導套是加厚的。然而，這段加厚的導套周圍又開出6個斜往上的導油孔，這些導油孔的最高位置，幾乎到了越程槽的位置，這使得采用加厚導套的方法來提高零件的抗疲勞強度，效果卻大打折扣，所以在越程槽周圍零件的抗疲勞程度是嚴重不足的，這是引起出油閥導套斷裂的原因之一。

（2）我們再看看出油閥上方壓緊出油閥的備件B55821壓力導套，如圖6，英文名稱Pressure Bushes，輪機英語中“bush”是指帶孔的滑動軸承或者導套，帶孔的滑動軸承或者導套，一般是徑向受力，軸向不受力的。但這里的pressure bushes軸向要受很大的力，壓力導套內部是中空的，里面要裝彈簧和出油閥限位銷，下部的孔是從出油閥出來的高壓燃油經過這些孔順著高壓油管，到達噴油器。

說明書規定，安裝壓力導套時要特別注意：

①安裝壓力導套前，先把壓力導套上的螺紋和高壓油泵內與之嚙合的螺紋用柴油清洗干凈。

②在壓力導套的螺紋上噴涂二硫化鉬潤滑脂。

③壓力導套上緊時采用扭矩和旋轉角控制，扭力扳手上緊到190 Nm，然后在螺母上做記號，再用專用扳手按順時針旋轉30°角。

壓力導套沒按規定的方法上緊，導致出油閥在閥孔內松動，松動的出油閥受到高壓燃油的脈動沖擊，出油閥下部的導套在閥孔內晃動，時間長了，很容易在零件的脆弱部位發生疲勞裂紋，最終使出油閥導套碎裂，這個零件的脆弱部位也就是閥座與導套結合處，這也是導致這兩起高壓油泵故障的另一個重要原因。

WARTSILA 7RTA 84T-D主機許多部件的螺栓上緊時都要求采取扭矩和旋轉角雙重控制，為了達到更高的安裝精度，角度控制擰緊技術常常被采用，通過這個技術可以讓每一個螺栓達到它最大的緊固效果。

2 壓力導套的上緊方法

我們知道零件的上緊一般有3種方法：分別是扭矩上緊法、旋轉角上緊法和屈服點上緊法。壓力導套在上緊時要采用旋轉角上緊法，即在上緊壓力導套時，開始時使用扭矩控制，把壓力導套旋緊至一個固定的扭矩值，到達此扭矩后，再采用旋轉角控制，直到達到預設旋轉角度。正確的使用旋轉角控制可以恰當地讓緊固件或者螺栓進入材料塑形區間，同時還要防止材料因過分受力超過屈服點，造成安全隱患。

旋轉角控制能明顯減少鎖緊力的流失，保證達到足夠的預緊力。與扭矩上緊法相比，旋轉角上緊法不僅高精度地完成了對擰緊的要求，而且充分提高了材料的利用率。在采用旋轉角上緊法的時候，零件會發生輕微的塑性變形。所以，在使用旋轉角上緊法上緊壓力導套時，要嚴格按照說明書規定的數據，旋轉的角度不能太大，也不能太小，防止壓力導套以及與之嚙合的螺紋受到損傷。

3 ?經驗做法

（1）每半年檢查一次高壓油泵出油閥上面的壓力導套是否松動，查看旋轉角的記號是否有位移變化。

（2）若發生出油閥碎裂后，高壓燃油管要徹底沖洗，噴油器要拆檢清洗，因為金屬碎屑進入高壓油管和噴油器后，會加速磨損噴油器的噴油嘴，致使噴油量過大，引發主機燃燒敲缸。

（3）平時主機航行時，打開高壓油泵底部的觀察窗口，經常檢查高壓油泵柱塞運行狀況;進、回油閥挺桿及調節螺釘狀況;各彈簧狀況;落油孔是否堵塞;各運動部件加油等。

（4）高壓油泵外殼檢查，注意檢漏孔是否漏油，各閥壓蓋內六角螺栓收緊。

（5）安裝壓力導套時，說明書規定要噴涂二硫化鉬潤滑脂，船上一般使用的是二硫化鉬牛油或噴劑，我們知道，二硫化鉬用于摩擦材料的主要功能是低溫時減少摩擦，高溫時增加摩擦。摩擦表面使用含有二硫化鉬或三氧化鉬的共聚物時，當摩擦材料處在高溫環境時，共聚物中的三氧化鉬顆粒會隨著溫度的升高而膨脹，起到增加摩擦的作用，從而使相連的兩個零件更加緊固。同時含鉬的潤滑劑覆蓋在摩擦表面，能提高材料的抗氧化能力，使材料不易脫落，增強材料的貼附力。

4 結 語

WARTSILA RTA主機高壓油泵出油閥碎裂，原因可能是該零件本身存在設計缺陷，因為船上很少去拆檢這種高壓油泵，每次在中間檢驗和法定檢驗修船時，船東都會安排主機服務商或專業人員對主機高壓油泵進行拆檢和調試，所以，壓力導套沒按規定的方法上緊引起的出油閥碎裂的可能性不大，除非船上人員在不了解壓力導套的上緊方法的情況下，卻自行拆檢了高壓油泵。因此，作為輪機管理人員，我們要熟悉這種高壓油泵的結構和拆檢方法，管理思路要開闊，要認真查閱說明書。輪機管理人員要多學習與專業相關的其他知識，比如裝配工藝、材料力學、船用化學品和滑油的理化性能等，只有認真學習，不斷地總結經驗，才能確保船舶設備正常運行。