特殊原因引起的主機排煙溫度升高故障及排除

(青島遠洋船員職業學院,山東 青島 266071)

1 故障現象

M輪主機型號為MAN-B&W6L60MC，其排氣門為液壓驅動。某日，該輪在碼頭進行主機№1缸常規吊缸結束后，由上海外高橋碼頭上引水開航。在碼頭至引水站航行途中，主機增壓器發生三次喘振，當時以為是由于船舶大角度避讓過往船只，以及淺水區航行導致主機的負荷和轉速波動較大而引起，但在檢查主機排煙溫度時，發現№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，期間主機轉速加至77 r/min，主機增壓器再次發生喘振，隨之№1缸主機排煙溫度高溫報警。為確認是否為傳感器故障而引起的誤報警，電機員隨即到機旁檢查，此時發現從主機№1缸排氣門液壓滑油管中部噴出大量油霧，輪機長立即通知駕駛臺減速停車檢查。

2 故障檢查

主機停車后，首先關閉了液壓排氣門的控制空氣。在停止凸輪軸滑油泵時，發現油泵的供油壓力較以前高了0.07 MPa，即從正常運轉時的0.285 MPa上升至0.355 MPa。檢查進出口閥的開度均正常，當打開凸輪軸油泵的濾器檢查時，發現濾器內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。由于不能確認濾器中的兩種物質，為安全起見，首先對主機凸輪軸箱進行全面而細致的檢查，檢查結果卻是主機的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。就在拆卸滑油管導入端的固定螺栓時，發現8只螺栓只有一只是上緊的，其余7只較松，用手即可擰動。

為了查找故障的原因，次日上午首先對昨日從№1缸上換下的主機排氣門總成進行檢查，通過連接和釋放0.7 MPa的控制空氣進行排氣門的關、開試驗均正常。然后，解體該總成，對油缸、氣缸、氣門桿、導套等進行全面的檢查、測量，只有導套有輕微磨損，但也在說明書允許的范圍內，不會對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 液壓滑油管結構簡介

圖1 液壓式氣閥機構

圖2 液壓排氣閥驅動油泵

圖3 排氣門總成

液壓滑油管01(見圖1)，下接排氣門的驅動油泵(見圖2)，上接排氣門總成(見圖3)的進口A，其結構如下：滑油管分4層，外層為金屬網保護層，次外層為波紋管保護層，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現，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

液壓排氣門的驅動油泵產生的滑油(壓力約為1.7 MPa)經高壓油管01送至排氣門總成的進口A，壓力滑油作用在柱塞07的上方，油壓力推動柱塞07下行，并帶動活塞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，當柱塞07向下運動，排氣門被打開時，氣腔C內的氣體壓縮，壓力升高(空氣彈簧)，當凸輪朝基圓位置運動時，帶動活塞09 向上運動，排氣門關閉。

3.3 排煙溫度升高的原因

前面提到在吊缸安裝滑油管時，未將固定螺栓按要求的預緊力上緊，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與驅動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，使得壓力油不會向外泄露。所以當№1缸排氣門凸輪使液壓泵升壓要打開排氣門時，其液壓油分成兩路：一路去排氣門油缸，高壓滑油推動柱塞07 向下運動，克服空氣彈簧的力使排氣門打開；另一路經接觸面B的間隙進入空間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，內部壓力升高。由于工作油被分成兩路，因此進入排氣門的液壓油相應減少，導致排氣門定時滯后、開度變小；另一方面，當排氣凸輪位于基圓上，驅動油泵不供壓力油時，進入d腔中的這部分壓力油經密封盤03與中心鋼管05的接觸面反流入高壓油管的工作通道，致使排氣門的關閉時刻延后，這兩方面雙重作用的結果致使№1缸排氣門定時發生變化，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，主機吊缸要拆卸該管時，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，這就容易造成應力集中，引起中部變形甚至損壞，事實上塑料碎片和波紋管鍍鉻薄片的剝落也與此有關。當主機轉速較低時，排氣門每分鐘開啟的次數較少，波紋管受到的沖擊頻率也較低，進入波紋管b腔內的滑油因排氣門啟閉間隔時間較長而有足夠的時間流出，所以波紋管的損傷程度較小；當主機轉速加至額定轉速后，波紋管受到的沖擊頻率較高，進入波紋管b腔內的滑油因排氣門啟閉間隔時間較短而不易流出，波紋管內始終處于一個壓力較高的狀態，波紋管容易損傷、破裂。此時，壓力滑油便會從波紋管破裂處噴出，再經金屬絲網檔隔成霧狀，這也是前面所述為什么電機員在檢查探頭時發現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

當排氣門凸輪轉至基圓附近時，C腔內的壓力降低，空氣彈簧活塞帶動排氣門關閉，由于波紋管內d腔的滑油壓力較高，壓力油經b空間和密封盤03與中心鋼管05的接觸面B進入系統，當排氣門凸輪從基圓位置朝上運動時，驅動滑油壓力升高，再次打開排氣門時，存留在高壓滑油管內的塑料碎片和金屬薄片經排氣門壓力油進口A送入系統，經排氣門油缸，再進入油缸內部通道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油管到凸輪軸油柜，再經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，即從正常運轉時的0.285 MPa上升至0.355 MPa。

4 結論

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行拆檢：液壓滑油管在拆卸和安裝時用天車從中部吊起致其應力集中而損傷；固定螺栓沒有上緊，加劇了塑料碎片和金屬薄片的脫落；排氣門的定時改變，致使排煙溫度升高。

排氣門是柴油機的重要組成部分，其工作性能的好壞直接影響到柴油機的正常運轉，因此無論是日常管理還是維修中都應特別關注，具體注意事項有以下幾點[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，應由兩人平穩地抬起，螺栓要按照規定的預緊力上緊。

2)排氣門更換時，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、開是否正常，在整個安裝期間閥始終保持在關閉狀態，以保證安裝時氣門、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)運轉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，運轉發出的聲音是否正常，發現異常及時采取相應的措施，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[M].大連：大連海事大學出版社,2006.