某船噴油器針閥偶件卡滯原因分析

何 磊，秦守都

● （1．海軍駐滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司軍事代表室，上海 200129；2．滬東重機(jī)有限公司，上海 200129）

某船噴油器針閥偶件卡滯原因分析

何 磊1，秦守都2

● （1．海軍駐滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司軍事代表室，上海 200129；2．滬東重機(jī)有限公司，上海 200129）

某船在塢修后的航行試驗(yàn)過程中，主機(jī)新?lián)Q的針閥偶件發(fā)生了批量卡滯的故障。通過對(duì)發(fā)生卡滯的針閥偶件進(jìn)行幾何尺寸、表面硬度測(cè)量，并對(duì)偶件做金相分析及測(cè)量分析，查明了針閥偶件的卡滯原因，避免了類似問題的再次發(fā)生。

船用主機(jī)；噴油器；噴嘴針閥偶件；卡滯；原因分析

0 引言

某船在航行試驗(yàn)中煙色較差，特別是在低負(fù)荷工況狀態(tài)下排煙呈暗黃色。為查明原因，航行試驗(yàn)結(jié)束后利用噴油器試驗(yàn)臺(tái)對(duì)噴油器進(jìn)行了試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該船主機(jī)多個(gè)噴油器噴油霧化狀態(tài)較差，遂對(duì)噴油霧化質(zhì)量較差的噴油器進(jìn)行了拆檢，拆檢后發(fā)現(xiàn)多個(gè)噴油器的針閥偶件發(fā)生了卡滯。

噴油器是柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的重要組成部件，對(duì)燃油霧化起著重要作用，良好的霧化可保證噴入燃燒室內(nèi)燃油得以充分燃燒。噴油器良好的霧化性能主要是通過精密配合的噴嘴針閥偶件來保證的，偶件工作的可靠性決定了噴油器的使用性能。因此可以推斷針閥偶件的卡滯是導(dǎo)致主機(jī)排煙顏色異常的直接原因。

該船4臺(tái)推進(jìn)主機(jī)是由法國S.E.M.T設(shè)計(jì)的PIELSTICK柴油機(jī)系列中的一種，主機(jī)型號(hào)為16PC2-6，額定轉(zhuǎn)速520r/min。該型柴油機(jī)噴油器起噴壓力30MPa±0.5 MPa，燃油噴射過程中噴射壓力約為115MPa。

1 噴油器結(jié)構(gòu)說明

16PC2-6柴油機(jī)為中速機(jī)，主機(jī)轉(zhuǎn)速較高，暴露在高溫高壓燃?xì)庀碌膰娮焖軣嶝?fù)荷相對(duì)較大，因此使用淡水對(duì)噴油器進(jìn)行冷卻。該機(jī)型噴油器冷卻水系統(tǒng)是獨(dú)立于整機(jī)冷卻系統(tǒng)的，這種設(shè)計(jì)可有效的避免泄漏的燃油污染整機(jī)冷卻水系統(tǒng)。

針閥偶件圖如圖1所示。為保證高壓油腔內(nèi)的燃油可靠密封，針閥偶件配合間隙很小，該型噴油器偶件間隙設(shè)計(jì)要求為 0.003mm～0.005mm，噴嘴、針閥零件配合尺寸和硬度等要求都是相對(duì)較高的。

圖1 針閥偶件圖

2 檢測(cè)項(xiàng)目確定

通過對(duì)噴嘴針閥偶件卡滯可能原因的分析，決定對(duì)發(fā)生故障的噴嘴偶件做一系列檢測(cè)分析，具體檢測(cè)項(xiàng)目如下：

1）檢查偶件配合間隙、針閥座面貼合情況；

2）清潔(去除表面銹跡等)后復(fù)測(cè)針閥圓度、圓柱度、粗糙度、表面硬度；

3）清潔(去除表面銹跡等)后復(fù)測(cè)噴嘴內(nèi)孔圓度、圓柱度、粗糙度；

4）解剖針閥、噴嘴，對(duì)針閥噴嘴配合面著色探傷；5）送檢針閥、噴嘴，做金相檢驗(yàn)，測(cè)量雜質(zhì)比例。

3 檢測(cè)結(jié)果

3.1 針閥配合面外徑、噴嘴配合面內(nèi)徑尺寸測(cè)量結(jié)果

測(cè)量數(shù)據(jù)見表1。其中鋼印號(hào)HHM的偶件未裝機(jī)運(yùn)行。

表1 針閥配合面外徑、噴嘴配合面內(nèi)徑尺寸

從測(cè)量數(shù)據(jù)可看出，兩組偶件配合間隙均大于設(shè)計(jì)值，鋼印號(hào)HD的針閥、噴嘴內(nèi)孔圓度均符合設(shè)計(jì)要求，鋼印號(hào)HHM的針閥、噴嘴內(nèi)孔圓度均超出設(shè)計(jì)要求。

鋼印號(hào)HD的針閥表面積碳較為嚴(yán)重，貼合面無法檢驗(yàn)，具體狀況如圖2所示。

圖2 鋼印號(hào)HD的針閥表面積碳形貌

鋼印號(hào)HHM的針閥貼合面較寬，帶寬約為2mm，如圖3所示（偶件略微研磨后貼合面會(huì)比較暗，以此檢驗(yàn)貼合情況）。

圖3 鋼印號(hào)HHM的針閥形貌

另外，對(duì)針閥前端錐角進(jìn)行了測(cè)量，設(shè)計(jì)要求錐角91°±5′。鋼印號(hào)起始HHM的針閥角度為91°1′，鋼印號(hào)起始HD的針閥角度為91°2′，均符合圖紙要求。

3.2 表面粗糙度、硬度測(cè)量結(jié)果

3.3 表面硬度測(cè)量、金相分析結(jié)果

針閥表面硬度要求 61HRC～65HRC，不允許存在游離的貝氏體，殘余奧氏體不超過 5%。初始鋼印號(hào) HHM針閥硬度62.9HRC～63.6HRC，晶粒度10級(jí)，過熱度2級(jí)；初始鋼印號(hào)HD針閥硬度62.4HRC～63.4HRC，晶粒度9，過熱度2級(jí)。兩針閥硬度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

噴嘴表面硬度 720HV1～780HV1，滲碳層厚度0.6mm～0.8mm，殘留奧氏體不得超過15%。初始鋼印號(hào)HHM噴嘴表面硬度為HV0.2588遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求，滲碳層厚度0.6mm，馬氏體級(jí)別為2級(jí)，殘留奧氏體為1級(jí)；初始鋼印號(hào)HD噴嘴表面硬度HV1 615也低于HV1720的設(shè)計(jì)要求，滲碳層厚度0.86mm，馬氏體級(jí)別為4級(jí)，殘留奧氏體為3級(jí)。兩噴嘴內(nèi)孔硬度均未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

針閥材料為W6Mo5Cr4V2，國標(biāo)要求C含量0.8%～0.9%，V含量1.75%～2.20%。實(shí)測(cè)初始鋼印號(hào)HD針閥C含量0.7%，V含量1.09%，C、V含量低于國標(biāo)要求；初始鋼印號(hào)HHM針閥C含量0.72%，V含量1.19%，C、V含量低于國標(biāo)要求。兩針閥其余合金元素均在國標(biāo)要求范圍內(nèi)。

噴嘴材料為18Cr2Ni4WA，初始鋼印號(hào)HD噴嘴C含量 0.20%，國標(biāo)要求 0.13%～0.19%，該噴嘴其余合金元素含量均在國標(biāo)要求范圍內(nèi)。初始鋼印號(hào)HHM噴嘴各合金元素均在國標(biāo)要求范圍內(nèi)。

4 卡滯原因分析

數(shù)據(jù)中未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的檢測(cè)項(xiàng)目為：

1）兩種鋼印號(hào)的偶件配合間隙均大于設(shè)計(jì)值；

2）兩種鋼印號(hào)的噴嘴內(nèi)孔表面硬度、粗糙度均未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，初始鋼印號(hào)HHM的表面硬度遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值；

3）鋼印號(hào)HHM的針閥、噴嘴圓度均超出設(shè)計(jì)要求；

4）兩種鋼印號(hào)的針閥材料C、V含量低于國標(biāo)要求，初始鋼印號(hào)HD噴嘴C含量0.20%略高于國標(biāo)要求。

5 結(jié)論

從發(fā)生卡滯針閥照片（圖2）中可看出，針閥表面已形成了較厚的積碳，所以可認(rèn)為針閥偶件配合間隙超差，針閥在噴嘴內(nèi)傾斜量超出設(shè)計(jì)范圍致使針閥前端錐面不能可靠密封。高溫高壓燃?xì)馔ㄟ^噴嘴噴孔逆行至偶件油腔產(chǎn)生積碳，隨積碳的增多最終導(dǎo)致偶件卡滯。另外，噴嘴內(nèi)孔表面硬度、粗糙度均未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，以致針閥偶件更易受積碳影響而引起卡滯。

[1]王文斌.機(jī)械工程手冊(cè) [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[2]MAN-SEMT柴油機(jī)專利公司.PC2-6柴油機(jī)維保說明書[M].2001.

[3]MAN-SEMT柴油機(jī)專利公司.PC2-6柴油機(jī)技術(shù)說明書[M].2001.

Causes Analysis on Catching of Needle Valve Couple Parts Network

HE Lei1,QIN Shou-du2
(1.Navy Military Representative Office at Shanghai Hudong-Zhonghua Shipbuiding （Group）Co.,Ltd.,Shanghai 200129,China; 2.Hudong Heavy Machinery Co.,Ltd.,Shanghai 200129,China)

During sea trial of one ship after docking repair,the catching defaults occur in a batch of newly changed needle valve couple parts.By taking a series of measuring and analysis work,such as measuring dimensions and surface hardness,metallographic analysis,the causes of catching of the couple parts are found out to avoid the appearance of similar problems.

marine engine; injector; nozzle valve coupl parts; sticking；causes analysis

U664.1

A

何磊（1982-），男，工程師。主要從事艦船機(jī)電工程工作。