某型船用柴油機(jī)配氣系統(tǒng)故障2例

陳艷明++左紅穩(wěn)++趙天翔

摘 要：該文首先對(duì)船用柴油機(jī)的配氣系統(tǒng)的定義和組成進(jìn)行了介紹，隨后分析了兩例MAN公司生產(chǎn)的8L21/31型船用柴油機(jī)典型故障。其中一例為某船海上航行期間同一臺(tái)機(jī)組連續(xù)兩年氣缸單元和增壓器分別損壞的兩次故障。案例二為某廠進(jìn)行機(jī)組負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)配氣系統(tǒng)中的閥橋?qū)U斷裂。兩例故障案例看似并無關(guān)聯(lián)，但實(shí)質(zhì)上都是由于閥橋與導(dǎo)桿存在的質(zhì)量問題引起故障，所以該文將兩例案例一起進(jìn)行討論分析，望同行在遇到類似故障時(shí)起到借鑒作用。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī) 配氣系統(tǒng) 故障案例

中圖分類號(hào)：U67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）03（b）-0073-02

柴油機(jī)工作中，每完成一個(gè)工作循環(huán)都必須把廢氣排出氣缸，把新鮮空氣吸入氣缸，進(jìn)、排氣過程必須嚴(yán)格地按照柴油機(jī)的定時(shí)要求和發(fā)火順序進(jìn)行，以保證柴油機(jī)在最佳工況下正常運(yùn)行。為此，設(shè)置一套系統(tǒng)來完成上述任務(wù)，稱之為配氣系統(tǒng)。配氣系統(tǒng)主要包括增壓器、空冷器、掃氣箱、進(jìn)氣支管及進(jìn)氣閥、排氣閥、排氣支管、排氣總管和消音器組成。配氣系統(tǒng)對(duì)船舶柴油機(jī)的正常運(yùn)行作用重大，如遇故障應(yīng)及時(shí)進(jìn)行分析解決。

1 故障案例一

某船發(fā)電柴油機(jī)使用MAN公司生產(chǎn)的8L21/31型船用柴油機(jī)，某日4#機(jī)突然出現(xiàn)三個(gè)缸不發(fā)火的異常情況，該船立刻組織技術(shù)人員進(jìn)行排查，初步了解發(fā)現(xiàn)6#缸氣缸套有漏水，再打開氣缸罩蓋，發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣閥橋和閥橋?qū)U咬死倒在一邊。進(jìn)一步解體檢查，發(fā)現(xiàn)6#缸的氣缸蓋、活塞、氣缸套、氣閥以及增壓器渦輪軸、噴嘴環(huán)已不同程度損壞。

一年后，該船反映4#機(jī)又在運(yùn)行中突然出現(xiàn)自動(dòng)跳閘停機(jī)。檢查發(fā)現(xiàn)3#缸有異常，其中一根進(jìn)氣閥閥桿折斷，閥面掉入燃燒室被撞擊成餅狀，閥桿可以從鎖夾部位拔出，活塞、火焰圈、氣缸套、氣缸蓋和噴油器損壞，進(jìn)、排氣凸輪軸挺桿變形彎曲。

該船同一臺(tái)機(jī)連續(xù)發(fā)生同類故障，質(zhì)量管理部與技術(shù)人員進(jìn)行全面檢查。檢查發(fā)現(xiàn)：進(jìn)氣閥橋與閥橋?qū)U卡死，導(dǎo)桿已經(jīng)脫離氣缸蓋，4根氣閥中，1根斷裂，其余3根的閥盤嚴(yán)重敲擊變形，損壞的氣閥碎片進(jìn)入增壓器后，造成增壓器噴嘴環(huán)損壞，部分損壞零件返廠進(jìn)行進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)閥橋體孔與導(dǎo)桿摩擦副之間嚴(yán)重拉傷。

上述兩起事故，均發(fā)現(xiàn)閥橋孔與導(dǎo)桿卡死，導(dǎo)桿卡死后被拔出氣缸蓋安裝孔。初步分析是閥橋孔與導(dǎo)桿的安裝質(zhì)量導(dǎo)致事故發(fā)生的。隨后，對(duì)庫房所有的L21-31閥橋體進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)其中有少量的閥橋體與導(dǎo)桿配合非常的緊，將導(dǎo)桿拔出后，閥橋體內(nèi)孔會(huì)出現(xiàn)拉痕。檢查其中一個(gè)配合緊的閥橋體和導(dǎo)桿的尺寸，發(fā)現(xiàn)配合間隙為0.04 mm，如此大的間隙，配合應(yīng)該非常自如。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)閥橋體的內(nèi)孔直線度超差。

2 故障案例二

某日某廠進(jìn)行8L21-31發(fā)電機(jī)組負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)3#機(jī)組的3#缸排氣閥閥橋?qū)U斷裂。

斷口宏觀形貌分析：斷裂位置位于氣缸蓋安裝面下1～2 7 mm的空口倒角處，斷裂面上存在兩種特征的區(qū)域，絕大部斷裂面比較比較平坦、細(xì)膩，和軸向相垂直，具有典型的剪切斷裂特征，隱約可見貝殼紋和放射狀條紋，根據(jù)貝殼紋的擴(kuò)展方向判斷斷裂起源于導(dǎo)桿表面，斷裂方面與氣閥方向一致。斷裂面上有一個(gè)很小的區(qū)域，比較粗糙，和軸向約成45°角，具有典型的拉伸斷裂特征。斷口宏觀所顯示的先剪后拉的形貌具有典型的彎曲應(yīng)力斷裂特征。

閥橋?qū)U受力狀態(tài)分析：正常情況下，導(dǎo)桿為閥橋的上下運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向和定位的作用，其受力狀態(tài)僅為承受非壓力潤(rùn)滑條件下的閥橋孔與導(dǎo)桿摩擦副的摩擦力。

斷裂原因分析：在檢查過程中，發(fā)現(xiàn)斷裂閥橋?qū)U對(duì)應(yīng)的閥橋組兩側(cè)的氣閥頂部接觸面存在明顯的高度差，用高度尺測(cè)量?jī)蓚€(gè)接觸面的高度差為1.3 mm，同時(shí)測(cè)得兩個(gè)氣閥兩個(gè)氣閥頂部的高度差為僅僅為0.14 mm。按照設(shè)計(jì)要求，閥橋體的兩側(cè)應(yīng)與兩個(gè)氣閥頂部同時(shí)接觸。兩個(gè)高度差不一致說明該法橋兩側(cè)存在不能同時(shí)接觸氣閥頂部的情況，從而導(dǎo)致兩個(gè)氣閥不能同時(shí)開啟。在兩個(gè)氣閥先后開啟的情況下，閥橋?qū)U先后承受氣閥彈簧預(yù)緊力和作用在氣閥閥盤面上的氣缸壓力的合力對(duì)閥橋所產(chǎn)生的彎矩，并在開啟過程中在兩個(gè)氣閥間交變。計(jì)算得出氣閥在先后開啟情況下所承受的變交彎曲應(yīng)力大于600 N/mm2。因此，閥橋體調(diào)節(jié)螺釘調(diào)整不正確產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力使閥橋?qū)U產(chǎn)生疲勞破壞。

3 兩例案例總結(jié)

案例一為配氣系統(tǒng)的氣缸單元和增壓器損壞；案例二為配氣系統(tǒng)的閥橋?qū)U斷裂，從故障表象來看好像不是一回事，但實(shí)質(zhì)上都是閥橋與導(dǎo)桿的質(zhì)量問題，所以，放在一起進(jìn)行總結(jié)。

閥橋孔直線度超差、導(dǎo)桿精度差、安裝前清洗不徹底或潤(rùn)滑油中有固體顆粒，都會(huì)使閥橋孔和導(dǎo)桿的摩擦面接觸不好、受力不均，導(dǎo)致摩擦面拉毛、咬死，進(jìn)而將導(dǎo)桿從氣缸蓋安裝孔中連根拔出，案例一就是由閥橋孔的直線度差造成的。閥橋和導(dǎo)桿咬死后被從氣缸蓋安裝孔中連根拔出，在搖臂的下壓作用下向一側(cè)倒下，卡死某一個(gè)氣閥。于是，閥橋孔直線度的小誤差造成了氣閥斷裂、氣缸單元損壞、增壓器打壞的嚴(yán)重事故。事實(shí)上，閥橋孔的直線度不好、摩擦副之間配合偏緊完全可以在裝配過程中發(fā)現(xiàn)，這充分暴漏工作人員的責(zé)任心不強(qiáng)和管理上有疏漏。

案例二為閥橋?qū)U直接斷裂，發(fā)生這類故障應(yīng)首先對(duì)損壞部件進(jìn)行受力分析，弄清楚受力狀態(tài)是否正常，有沒有附加受力。如果受力狀態(tài)正常，就要重點(diǎn)分析材料選用是否合適，加工、裝配過程中是否造成損傷，是否有應(yīng)力集中點(diǎn)。如果有附加受力，就要找到附加受力的來源，并針對(duì)力的來源采取有效措施。案例二發(fā)生后，如果及時(shí)對(duì)損壞部件進(jìn)行受力分析，就有可能找到閥橋體的調(diào)節(jié)螺釘使兩個(gè)氣閥先后開啟，導(dǎo)桿在此狀態(tài)下所承受的交變彎曲應(yīng)力接近所能承受的疲勞極限，這是最終導(dǎo)致導(dǎo)桿疲勞斷裂的直接原因。幸運(yùn)的是，閥橋?qū)U斷裂后仍然保持在安裝孔中，如果在運(yùn)行中也向一側(cè)倒下，就可能出現(xiàn)比案例一更嚴(yán)重的后果。

4 結(jié)語

上述兩起故障，均發(fā)現(xiàn)閥橋孔與導(dǎo)桿卡死，導(dǎo)桿卡死后被拔出氣缸蓋安裝孔。初步分析是閥橋孔與導(dǎo)桿的安裝質(zhì)量導(dǎo)致事故發(fā)生的。案例一為配氣系統(tǒng)的氣缸單元和增壓器損壞，案例二為配氣系統(tǒng)的閥橋?qū)U斷裂，從故障表象來看好像不是一回事，但實(shí)質(zhì)上都是閥橋與導(dǎo)桿的質(zhì)量問題，根據(jù)以上兩起案例找到附加受力的來源，并針對(duì)力的來源采取有效措施。

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