(青島遠(yuǎn)洋船員職業(yè)學(xué)院,山東 青島 266071)

1 故障現(xiàn)象

M輪主機(jī)型號(hào)為MAN-B&W6L60MC，其排氣門為液壓驅(qū)動(dòng)。某日，該輪在碼頭進(jìn)行主機(jī)№1缸常規(guī)吊缸結(jié)束后，由上海外高橋碼頭上引水開航。在碼頭至引水站航行途中，主機(jī)增壓器發(fā)生三次喘振，當(dāng)時(shí)以為是由于船舶大角度避讓過往船只，以及淺水區(qū)航行導(dǎo)致主機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大而引起，但在檢查主機(jī)排煙溫度時(shí)，發(fā)現(xiàn)№1缸較其他5缸的溫度高出約15 ℃。抵引水站待引水下船后該輪駛往廈門，期間主機(jī)轉(zhuǎn)速加至77 r/min，主機(jī)增壓器再次發(fā)生喘振，隨之№1缸主機(jī)排煙溫度高溫報(bào)警。為確認(rèn)是否為傳感器故障而引起的誤報(bào)警，電機(jī)員隨即到機(jī)旁檢查，此時(shí)發(fā)現(xiàn)從主機(jī)№1缸排氣門液壓滑油管中部噴出大量油霧，輪機(jī)長(zhǎng)立即通知駕駛臺(tái)減速停車檢查。

2 故障檢查

主機(jī)停車后，首先關(guān)閉了液壓排氣門的控制空氣。在停止凸輪軸滑油泵時(shí)，發(fā)現(xiàn)油泵的供油壓力較以前高了0.07 MPa，即從正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的0.285 MPa上升至0.355 MPa。檢查進(jìn)出口閥的開度均正常，當(dāng)打開凸輪軸油泵的濾器檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)濾器內(nèi)有乳白色老化的塑料碎片和類似于鉛但比鉛硬的金屬薄片。由于不能確認(rèn)濾器中的兩種物質(zhì)，為安全起見，首先對(duì)主機(jī)凸輪軸箱進(jìn)行全面而細(xì)致的檢查，檢查結(jié)果卻是主機(jī)的6只缸的高壓油泵和排氣門的凸輪、滾輪及凸輪軸、軸承均無(wú)異常。然后決定將№1缸的排氣門和排氣門的液壓油管一起換上備件。就在拆卸滑油管導(dǎo)入端的固定螺栓時(shí)，發(fā)現(xiàn)8只螺栓只有一只是上緊的，其余7只較松，用手即可擰動(dòng)。

為了查找故障的原因，次日上午首先對(duì)昨日從№1缸上換下的主機(jī)排氣門總成進(jìn)行檢查，通過連接和釋放0.7 MPa的控制空氣進(jìn)行排氣門的關(guān)、開試驗(yàn)均正常。然后，解體該總成，對(duì)油缸、氣缸、氣門桿、導(dǎo)套等進(jìn)行全面的檢查、測(cè)量，只有導(dǎo)套有輕微磨損，但也在說明書允許的范圍內(nèi)，不會(huì)對(duì)其正常的工作造成影響。這樣問題就集中在液壓滑油管上了。

3 故障分析

3.1 液壓滑油管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

圖1 液壓式氣閥機(jī)構(gòu)

圖2 液壓排氣閥驅(qū)動(dòng)油泵

圖3 排氣門總成

液壓滑油管01(見圖1)，下接排氣門的驅(qū)動(dòng)油泵(見圖2)，上接排氣門總成(見圖3)的進(jìn)口A，其結(jié)構(gòu)如下：滑油管分4層，外層為金屬網(wǎng)保護(hù)層，次外層為波紋管保護(hù)層，第3層是繞在中心鋼管上的防振塑料帶，中心為鋼管05(見圖4)，即壓力滑油通道。其中外層和次外層的兩端焊接在一起，即液壓滑油管的外殼04，中心鋼管則可以從里面抽出。解體滑油管過程中發(fā)現(xiàn)，抽出的中心鋼管中段部分纏有乳白色的塑料帶，而波紋管表面鍍鉻，且有部分脫落，經(jīng)比較該塑料帶與濾器中塑料碎片一致，其破裂鍍層和濾器中的薄片一致。

圖4 液壓油管凸輪端接頭

3.2 液壓排氣門工作原理

液壓排氣門的驅(qū)動(dòng)油泵產(chǎn)生的滑油(壓力約為1.7 MPa)經(jīng)高壓油管01送至排氣門總成的進(jìn)口A，壓力滑油作用在柱塞07的上方，油壓力推動(dòng)柱塞07下行，并帶動(dòng)活塞09下行，排氣門08打開；氣腔C通有0.7 MPa的控制空氣，外有止回閥，當(dāng)柱塞07向下運(yùn)動(dòng)，排氣門被打開時(shí)，氣腔C內(nèi)的氣體壓縮，壓力升高(空氣彈簧)，當(dāng)凸輪朝基圓位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)活塞09 向上運(yùn)動(dòng)，排氣門關(guān)閉。

3.3 排煙溫度升高的原因

前面提到在吊缸安裝滑油管時(shí)，未將固定螺栓按要求的預(yù)緊力上緊，使得密封盤03與中心鋼管05的接觸面B有了間隙，雖然密封盤03與驅(qū)動(dòng)油泵連接處的接觸面也有間隙，但由于密封盤03上的密封圈06 的作用，使得壓力油不會(huì)向外泄露。所以當(dāng)№1缸排氣門凸輪使液壓泵升壓要打開排氣門時(shí)，其液壓油分成兩路：一路去排氣門油缸，高壓滑油推動(dòng)柱塞07 向下運(yùn)動(dòng)，克服空氣彈簧的力使排氣門打開；另一路經(jīng)接觸面B的間隙進(jìn)入空間b和中心鋼管05與波紋管之間形成的空腔d中，波紋管膨脹，內(nèi)部壓力升高。由于工作油被分成兩路，因此進(jìn)入排氣門的液壓油相應(yīng)減少，導(dǎo)致排氣門定時(shí)滯后、開度變??；另一方面，當(dāng)排氣凸輪位于基圓上，驅(qū)動(dòng)油泵不供壓力油時(shí)，進(jìn)入d腔中的這部分壓力油經(jīng)密封盤03與中心鋼管05的接觸面反流入高壓油管的工作通道，致使排氣門的關(guān)閉時(shí)刻延后，這兩方面雙重作用的結(jié)果致使№1缸排氣門定時(shí)發(fā)生變化，造成換氣不充分，燃燒不良，排煙溫度升高。

3.4 液壓滑油管中部噴出油霧的原因

由圖1可見，滑油管01較長(zhǎng)，主機(jī)吊缸要拆卸該管時(shí)，有人為圖方便，用一根鋼絲繩纏在油管的中部，然后用天車吊起，這就容易造成應(yīng)力集中，引起中部變形甚至損壞，事實(shí)上塑料碎片和波紋管鍍鉻薄片的剝落也與此有關(guān)。當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，排氣門每分鐘開啟的次數(shù)較少，波紋管受到的沖擊頻率也較低，進(jìn)入波紋管b腔內(nèi)的滑油因排氣門啟閉間隔時(shí)間較長(zhǎng)而有足夠的時(shí)間流出，所以波紋管的損傷程度較小；當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速加至額定轉(zhuǎn)速后，波紋管受到的沖擊頻率較高，進(jìn)入波紋管b腔內(nèi)的滑油因排氣門啟閉間隔時(shí)間較短而不易流出，波紋管內(nèi)始終處于一個(gè)壓力較高的狀態(tài)，波紋管容易損傷、破裂。此時(shí)，壓力滑油便會(huì)從波紋管破裂處噴出，再經(jīng)金屬絲網(wǎng)檔隔成霧狀，這也是前面所述為什么電機(jī)員在檢查探頭時(shí)發(fā)現(xiàn)由高壓滑油管中部噴出大量油霧的原因。

3.5 凸輪軸油泵壓力升高的原因

當(dāng)排氣門凸輪轉(zhuǎn)至基圓附近時(shí)，C腔內(nèi)的壓力降低，空氣彈簧活塞帶動(dòng)排氣門關(guān)閉，由于波紋管內(nèi)d腔的滑油壓力較高，壓力油經(jīng)b空間和密封盤03與中心鋼管05的接觸面B進(jìn)入系統(tǒng)，當(dāng)排氣門凸輪從基圓位置朝上運(yùn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)滑油壓力升高，再次打開排氣門時(shí)，存留在高壓滑油管內(nèi)的塑料碎片和金屬薄片經(jīng)排氣門壓力油進(jìn)口A送入系統(tǒng)，經(jīng)排氣門油缸，再進(jìn)入油缸內(nèi)部通道a和出口X及回油管02至凸輪軸箱油底殼，最后塑料碎片和金屬薄片從油底殼經(jīng)油管到凸輪軸油柜，再經(jīng)凸輪軸油泵抽吸至濾器，由于濾器臟堵，凸輪軸油泵的出口壓力升高，致使凸輪軸油泵壓力較以前提高了0.07 MPa，即從正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的0.285 MPa上升至0.355 MPa。

4 結(jié)論

通過以上分析可以看出，這次故障的主要原因是維修人員在拆檢排氣門的過程中沒有按照說明書的要求進(jìn)行拆檢：液壓滑油管在拆卸和安裝時(shí)用天車從中部吊起致其應(yīng)力集中而損傷；固定螺栓沒有上緊，加劇了塑料碎片和金屬薄片的脫落；排氣門的定時(shí)改變，致使排煙溫度升高。

排氣門是柴油機(jī)的重要組成部分，其工作性能的好壞直接影響到柴油機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此無(wú)論是日常管理還是維修中都應(yīng)特別關(guān)注，具體注意事項(xiàng)有以下幾點(diǎn)[1]。

1)排氣門要按照說明書的要求定期拆檢。液壓滑油管在拆卸和安裝時(shí)，應(yīng)由兩人平穩(wěn)地抬起，螺栓要按照規(guī)定的預(yù)緊力上緊。

2)排氣門更換時(shí)，在安裝前通過0.7 MPa控制空氣的連接和斷開檢查排氣門的關(guān)、開是否正常，在整個(gè)安裝期間閥始終保持在關(guān)閉狀態(tài)，以保證安裝時(shí)氣門、氣門座共線。安裝完畢后，供冷卻水檢查氣門座檢查孔是否有水流出。

3)運(yùn)轉(zhuǎn)中通過觀察排氣門頂部檢查桿的行程，判斷排氣門的啟閉是否正常，運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)出的聲音是否正常，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取相應(yīng)的措施，特別是新更換的排氣門。

4)航行中定期檢查控制空氣的壓力和凸輪軸油壓力。

[1] 周明順.船舶柴油機(jī)[M].大連：大連海事大學(xué)出版社,2006.