MAN B&W型主機排氣閥空氣系統故障分析

張云龍　陳立春

【摘 要】 為解決實際工作中排氣閥空氣系統故障，基于MAN B&W直流掃氣型船用柴油機排氣閥空氣系統的工作原理，介紹關閥力不足和非正常關閥兩種故障現象，分析產生故障的原因，根據實際操縱，提出以下應對措施：進行排氣閥開、關試驗；結合新型ME機型空氣系統，精確控制排氣閥啟閉定時；使用新型密封材料。

【關鍵詞】 柴油機；彈簧空氣；氣封空氣；控制空氣；關閥力；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，排氣閥的空氣系統運行相對平穩，故障極少，常被船舶操縱人員所忽視，因此，一旦出現故障，較難以應對處理。

本文在介紹排氣閥三路空氣系統的工作原理的基礎上，針對排氣閥非正常關閉的故障現象，分析產生的原因。結合新型ME機型空氣系統，提出應對措施，對船舶操縱人員的實際工作具有一定的指導意義。

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，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，作為排氣閥的關閥動力源，即排氣閥的“彈簧空氣”。

在主機處于“完車”狀態時，通常凸輪軸油泵或主油泵仍繼續運行，其中一個油泵負責為排氣閥提供壓力油。為防止排氣閥油缸內的壓力油通過開啟的排氣閥泄漏至主機氣缸內，在沒有停止油泵前，不允許關閉彈簧空氣氣源。也就是說，在主機完車時，不關閉彈簧空氣的同時，確保排氣閥處于可靠的關閉狀態。

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，減少排氣閥桿上的結炭，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，氣封空氣通道開通，彈簧空氣通過節流管，源源不斷地進入排氣閥閥套內，形成氣封空氣。

在排氣閥開啟過程中，排氣閥氣缸內的彈簧空氣受壓而使氣缸內不斷蓄壓，為排氣閥的關閥提供足夠的反彈力；同時，小部分的高壓彈簧空氣轉化為氣封空氣，使進入排氣閥閥套內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，阻止排氣閥氣缸內彈簧空氣進入排氣閥閥套內，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）。

1.2 排氣閥的關閥力

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補氣，使氣缸內壓力始終保持在至少0.7 MPa。當排氣閥在液壓力的作用下開啟時，氣缸活塞下行，壓縮氣缸內的空氣，氣缸內不斷蓄壓而產生高壓；在關閥時，氣缸內的高壓空氣形成足夠的反彈力，即關閥動力，使排氣閥能夠跟隨開閥油壓的釋放而迅速關閥。

因此，排氣閥關閥力量來自氣缸內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點，且有0.7 MPa的氣源源源不斷地向氣缸內補氣，因此，即使運動部件間存在少量空氣泄漏，也不會導致空氣系統故障的發生。

2 故障現象

2.1 關閥力不足

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，致使關閥力不足，造成排氣閥關閉延遲。

此故障現象通常發生在一個做功沖程循環完成時，排氣閥還未能完全關閉，新的開閥程序又開始運行。

2.2 非正常關閥的現象

在主機冷車啟動及加速過程中，非正常關閥現象尤為明顯。在一個工作循環過程中，排氣閥未及時關閉而造成主機不發火或間隙發火，嚴重時會在主機氣缸及排煙管內形成“冷爆”，對主機產生極大危害。

在主機加速完成后開始定速運轉時，關閥動力的不足可借助于主機氣缸內的爆壓，促使排氣閥迅速關閉，從而消除單缸不發火現象，使主機恢復正常運轉。

從以上分析可以看出，由于彈簧空氣泄漏而造成關閥動力不足的故障現象時隱時現，難以捉摸。只有清楚了解排氣閥空氣系統原理，準確判斷問題，才能對癥下藥。

3 故障原因分析

氣缸內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磨損件。

還有一處空氣泄漏是由于氣封空氣節流管破損或被人為放大節流孔后，不能起到節流作用，從而造成大量彈簧空氣從此處泄漏。該節流管位于閥套內，在燃氣的作用下，易結炭而阻塞節漏孔。部分船舶管理人員在使用機械方式疏通節流孔時，無意中擴大了節漏孔，使該節漏孔失去應有的節流作用，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閥的故障。

4 應對措施

4.1 排氣閥開、關閥試驗

為確保排氣閥能夠正常關閉，在對排氣閥解體檢修后，應進行排氣閥開、關閥試驗：（1）從單向閥處向氣缸內引入壓力空氣（機艙日用空氣），排氣閥能夠自行關閉；（2）斷開壓力空氣，排氣閥關閉狀態至少維持15 min以上（經驗值），而不會在重力的作用下自行開啟；（3）強制打開單向閥，釋放氣缸內空氣，排氣閥在重力的作用下能夠緩慢開啟。

這個試驗結果表明，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下，才能確保排氣閥的正常工作。

4.2 新型ME機型空氣系統的簡化

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，使排氣閥結構變得更為簡單。

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，形成閉環控制，從而確保排氣閥的正常工作。