張云龍 陳立春
【摘 要】 為解決實際工作中排氣閥空氣系統(tǒng)故障,基于MAN B&W直流掃氣型船用柴油機排氣閥空氣系統(tǒng)的工作原理,介紹關(guān)閥力不足和非正常關(guān)閥兩種故障現(xiàn)象,分析產(chǎn)生故障的原因,根據(jù)實際操縱,提出以下應(yīng)對措施:進行排氣閥開、關(guān)試驗;結(jié)合新型ME機型空氣系統(tǒng),精確控制排氣閥啟閉定時;使用新型密封材料。
【關(guān)鍵詞】 柴油機;彈簧空氣;氣封空氣;控制空氣;關(guān)閥力;排氣閥
MAN B&W直流掃氣船用柴油機的排氣閥,采用空氣彈簧取代機械彈簧。壓縮空氣除了提供排氣閥關(guān)閥動力即“彈簧空氣”以外,還為排氣閥提供“氣封空氣”和“控制空氣”。
在實際工作中,排氣閥的空氣系統(tǒng)運行相對平穩(wěn),故障極少,常被船舶操縱人員所忽視,因此,一旦出現(xiàn)故障,較難以應(yīng)對處理。
本文在介紹排氣閥三路空氣系統(tǒng)的工作原理的基礎(chǔ)上,針對排氣閥非正常關(guān)閉的故障現(xiàn)象,分析產(chǎn)生的原因。結(jié)合新型ME機型空氣系統(tǒng),提出應(yīng)對措施,對船舶操縱人員的實際工作具有一定的指導(dǎo)意義。
1 排氣閥及其工作原理
1.1 排氣閥的三路空氣
1.1.1 彈簧空氣
從空氣瓶來的壓縮空氣,減壓成0.7 MPa的壓力空氣,分成三路后進入主機控制系統(tǒng),稱之為主機的控制空氣、安全空氣和彈簧空氣,其中,彈簧空氣被直接引入排氣閥,作為排氣閥的關(guān)閥動力源,即排氣閥的“彈簧空氣”。
在主機處于“完車”狀態(tài)時,通常凸輪軸油泵或主油泵仍繼續(xù)運行,其中一個油泵負責(zé)為排氣閥提供壓力油。為防止排氣閥油缸內(nèi)的壓力油通過開啟的排氣閥泄漏至主機氣缸內(nèi),在沒有停止油泵前,不允許關(guān)閉彈簧空氣氣源。也就是說,在主機完車時,不關(guān)閉彈簧空氣的同時,確保排氣閥處于可靠的關(guān)閉狀態(tài)。
1.1.2 氣封空氣
彈簧空氣通過一個單向止回閥進入排氣閥氣缸,在排氣閥氣缸的下部,引出一路彈簧空氣,通過節(jié)流管,進入排氣閥閥套,以起到封阻燃氣的作用,并稱之為“氣封空氣”。
在排氣閥開啟時,大量的氣封空氣進入氣閥閥套,以阻止燃氣進入排氣閥閥套內(nèi),減少排氣閥桿上的結(jié)炭,從而起到保護排氣閥桿以及密封件的作用。
1.1.3 控制空氣
另一路來自主機的安全空氣,除了作為主機安保系統(tǒng)的動力源以外,還被引入到排氣閥中,作為排氣閥的“控制空氣”,控制排氣閥的“氣封空氣控制閥(二位二通閥)”(見圖1)。
氣封空氣受控于氣封空氣控制閥,只有在排氣閥控制空氣,即主機安全空氣開啟時,才能夠打開氣封空氣通道。也就是說,主機在備車和運行時,安全空氣處于開啟狀態(tài),氣封空氣通道開通,彈簧空氣通過節(jié)流管,源源不斷地進入排氣閥閥套內(nèi),形成氣封空氣。
在排氣閥開啟過程中,排氣閥氣缸內(nèi)的彈簧空氣受壓而使氣缸內(nèi)不斷蓄壓,為排氣閥的關(guān)閥提供足夠的反彈力;同時,小部分的高壓彈簧空氣轉(zhuǎn)化為氣封空氣,使進入排氣閥閥套內(nèi)的空氣壓力和流量增加,以加強封阻燃氣的作用。
在主機完車時,出于安全考慮,須關(guān)閉安全空氣。此時,氣封空氣控制閥失控,通道被切斷,阻止排氣閥氣缸內(nèi)彈簧空氣進入排氣閥閥套內(nèi),從而減少在完車時壓縮空氣的損失(在完車時,彈簧空氣處于開啟狀態(tài))。
1.2 排氣閥的關(guān)閥力
0.7 MPa的彈簧空氣通過一單向止回閥,不斷地向排氣閥氣缸內(nèi)補氣,使氣缸內(nèi)壓力始終保持在至少0.7 MPa。當(dāng)排氣閥在液壓力的作用下開啟時,氣缸活塞下行,壓縮氣缸內(nèi)的空氣,氣缸內(nèi)不斷蓄壓而產(chǎn)生高壓;在關(guān)閥時,氣缸內(nèi)的高壓空氣形成足夠的反彈力,即關(guān)閥動力,使排氣閥能夠跟隨開閥油壓的釋放而迅速關(guān)閥。
因此,排氣閥關(guān)閥力量來自氣缸內(nèi)空氣被壓縮后的反彈力,而不僅僅是彈簧空氣氣源的0.7 MPa壓力。
由于氣缸活塞密封圈采用軟質(zhì)塑膠圈,不存在搭口間隙,具有密封性較好、運動部件間空氣泄漏少的優(yōu)點,且有0.7 MPa的氣源源源不斷地向氣缸內(nèi)補氣,因此,即使運動部件間存在少量空氣泄漏,也不會導(dǎo)致空氣系統(tǒng)故障的發(fā)生。
2 故障現(xiàn)象
2.1 關(guān)閥力不足
若空氣泄漏量大到一定程度,且泄漏量遠未超過補氣量,氣缸至少能保持0.7 MPa的氣源壓力;但隨著泄漏量的增加,在開閥過程中,氣缸內(nèi)彈簧空氣蓄壓能力隨之減弱,空氣被壓縮的效果也隨之變差,致使關(guān)閥力不足,造成排氣閥關(guān)閉延遲。
此故障現(xiàn)象通常發(fā)生在一個做功沖程循環(huán)完成時,排氣閥還未能完全關(guān)閉,新的開閥程序又開始運行。
2.2 非正常關(guān)閥的現(xiàn)象
在主機冷車啟動及加速過程中,非正常關(guān)閥現(xiàn)象尤為明顯。在一個工作循環(huán)過程中,排氣閥未及時關(guān)閉而造成主機不發(fā)火或間隙發(fā)火,嚴(yán)重時會在主機氣缸及排煙管內(nèi)形成“冷爆”,對主機產(chǎn)生極大危害。
在主機加速完成后開始定速運轉(zhuǎn)時,關(guān)閥動力的不足可借助于主機氣缸內(nèi)的爆壓,促使排氣閥迅速關(guān)閉,從而消除單缸不發(fā)火現(xiàn)象,使主機恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)。
從以上分析可以看出,由于彈簧空氣泄漏而造成關(guān)閥動力不足的故障現(xiàn)象時隱時現(xiàn),難以捉摸。只有清楚了解排氣閥空氣系統(tǒng)原理,準(zhǔn)確判斷問題,才能對癥下藥。
3 故障原因分析
氣缸內(nèi)的空氣泄漏途徑主要有三處:活塞與氣缸間的空氣泄漏,排氣閥桿與氣缸底座間的空氣泄漏。這兩種是由于相對運動部件間磨損超限后形成的,處理辦法是及時更換相關(guān)磨損件。
還有一處空氣泄漏是由于氣封空氣節(jié)流管破損或被人為放大節(jié)流孔后,不能起到節(jié)流作用,從而造成大量彈簧空氣從此處泄漏。該節(jié)流管位于閥套內(nèi),在燃氣的作用下,易結(jié)炭而阻塞節(jié)漏孔。部分船舶管理人員在使用機械方式疏通節(jié)流孔時,無意中擴大了節(jié)漏孔,使該節(jié)漏孔失去應(yīng)有的節(jié)流作用,大量的彈簧空氣從此處泄漏,削弱了彈簧空氣的反彈力。
在這三處空氣泄漏量之和達到一定程度后,使得開閥過程中彈簧空氣蓄壓不足而造成排氣閥關(guān)閥的故障。
4 應(yīng)對措施
4.1 排氣閥開、關(guān)閥試驗
為確保排氣閥能夠正常關(guān)閉,在對排氣閥解體檢修后,應(yīng)進行排氣閥開、關(guān)閥試驗:(1)從單向閥處向氣缸內(nèi)引入壓力空氣(機艙日用空氣),排氣閥能夠自行關(guān)閉;(2)斷開壓力空氣,排氣閥關(guān)閉狀態(tài)至少維持15 min以上(經(jīng)驗值),而不會在重力的作用下自行開啟;(3)強制打開單向閥,釋放氣缸內(nèi)空氣,排氣閥在重力的作用下能夠緩慢開啟。
這個試驗結(jié)果表明,排氣閥運動部件間的密封能力和運動阻力處于比較合適的狀態(tài)下,才能確保排氣閥的正常工作。
4.2 新型ME機型空氣系統(tǒng)的簡化
4.2.1 精確控制排氣閥定時啟閉
在新型的電噴ME機型上,對排氣閥空氣系統(tǒng)進行一定的簡化。由于采用電噴裝置,能夠精確控制排氣閥定時啟閉,尤其是在倒車時,彌補了MC機型上排氣閥凸輪不換向的缺陷,使排氣閥定時和噴油定時同步改變,并相互匹配,較為精確地控制掃氣效果,縮短排氣閥的開啟時間,防止大量燃氣進入排氣閥閥套。
4.2.2 使用新型密封材料
閥桿密封件采用新型材料,即使有少量燃氣進入排氣閥套,也不會導(dǎo)致排氣閥的損壞,因此,進入ME型主機排氣閥的空氣僅為彈簧空氣一路,省略了安全空氣和氣封空氣,使排氣閥結(jié)構(gòu)變得更為簡單。
為了精確控制排氣閥的啟閉,在排氣閥桿處裝有排氣閥桿行程探頭,以檢查排氣閥的啟閉定時,并反饋給主機控制系統(tǒng),形成閉環(huán)控制,從而確保排氣閥的正常工作。