PA6 柴油機起動閥故障分析與優化方案

翦華軍，劉 揚，姚永平

（1. 海軍 91999 部隊，山東青島 266011；2. 海軍 92330 部隊，山東青島 266011）

0 引言

PA6柴油機的性能指標比較先進，體現了現代中高速柴油機的特點，廣泛應用于鐵路機車動力、船舶主機和陸地固定電站柴油機[1]。由于柴油機的結構特征以及工作環境因素的影響，易造成柴油機故障，當柴油機不能正常工作時對船舶執行任務有較大影響。因此，分析PA6柴油機起動閥故障產生的原因，并對起動閥進行優化改進，平時重視對柴油機起動閥的預防性檢修保養，對于進一步提升PA6柴油機的穩定性具有非常重要的現實意義。

1 故障現象

某船是綜合電力推進船，PA6柴油機在某船上作為發電機用，當PA6柴油機出現故障時，影響全船用電量。PA6柴油機起動時，發現柴油機B1缸起動閥進氣管溫度急劇升高，導致整根進氣管外部油漆變黑并脫落的現象。在柴油機吹車或柴油機正常工作也有類似現象發生，使柴油機起動成功率降低并有安全隱患。如果發生起動閥卡滯，會燒壞起動閥和進氣管，嚴重的可能會引起火災事故，造成嚴重的經濟損失和人員傷亡[2]。

2 故障應急處置

柴油機出現故障后，情況復雜，處理不當容易造成嚴重后果，若對此不加以及時的控制，可能在短時間內造成柴油機事故性損壞，甚至發生人員傷亡[3]。如出現故障，一定要考慮到全船電力供應與柴油機安全，必須妥善處置，盡量減少對艦艇機動性的影響。通常的處置措施為：1）艦員立即向駕駛室報告，適當降低推進電機的轉速，防止在網發電機超負荷運轉；2）起動備用發電機，完成電站轉換，逐漸增加負荷，恢復全船供電；3）起動柴油機電動滑油預供泵，打開示功閥后電動盤車，以防缸套過熱、活塞卡滯等情況發生；4）用壓縮空氣對柴油機進行吹車并排除故障。

3 故障原因分析

3.1 柴油機起動系統

PA6柴油機的起動系統見圖1，PA6柴油機起動控制系統的工作原理是通過3 MPa的壓縮空氣進入空氣分配器和氣缸蓋上的起動閥，起動空氣是由進氣總管通過安裝在氣缸上的起動閥進入氣缸內的，而起動閥的開關由空氣分配器按照柴油機起動順序依次控制打開。當柴油機起動時，通過機旁控制箱的直流24 V電信號使起動電磁閥通電工作后，一方面是向機組起動控制口、機組正常停機控制口和主起動閥控制口提供0.7 MPa氣源，另一方面是通過0.7 MPa的控制空氣將柴油機主起動閥打開，進氣管內進入起動空氣了，使3 MPa的起動空氣通過起動閥進入柴油機工作氣缸內，推動柴油機活塞向下運動，并帶動曲軸旋轉并完成柴油機起動。起動階段結束后，主起動閥切斷進入氣缸的3 MPa壓力的壓縮空氣。

圖1 PA6 柴油機起動系統

圖2 PA6 柴油機起動閥位置

3.2 起動閥結構分析

PA6柴油機的起動閥結構見圖3，主要組成元件有：閥體、彈簧、墊圈、活塞、活塞環、彈性墊圈、螺母M10。當按下起動按鈕時，空氣分配器的控制空氣進入起動閥活塞上部，起動閥活塞在空氣作用力下推動起動閥活塞向下移動，打開起動閥，讓起動空氣從起動閥進入氣缸，推動柴油機活塞運行，使柴油機曲軸連續運轉，從而實現柴油機的起動。

圖3 PA6 柴油機的起動閥結構

3.3 原因分析

根據故障現象，造成柴油機起動進氣管外部油漆變黑并脫落的原因是缸內高溫高壓可燃氣體倒灌入進氣管內，進一步分析結果是由于起動閥鎖緊螺母有松動造成的。發生此故障后，對某船4臺PA6柴油發電機共48個起動閥進行拆檢，發現12個起動閥鎖緊螺母有松動現象。分析導致螺母松動的主要原因及影響排除故障存在的設計不足，總結歸納主要有以下5個方面。

1）起動閥本身存在的質量問題。通過檢查發現，使用的起動閥存在起動閥預緊力值標定不準、彈簧的彈力不夠、活塞的行程不滿足要求，導致該起動閥出現故障。由此可見，起動閥的質量問題是故障原因之一。

2）檢修保養方法不規范。按照柴油機維護保養等級，起動閥每工作6 000 h應當對其進行全面檢查保養。檢修保養主要存在下列不足：

（1）沒有按時間間隔要求進行等級保養檢修起動閥。

（2）拆檢起動閥后沒有按要求對活塞環、密封墊等進行更換。

（3）沒用對閥體的閥面進行研磨與檢查。

（4）回裝時沒有對閥體內部和活塞上涂上機油及鎖緊螺母沒有按要求擰緊，回裝時沒有檢查閥的正確工作行程不少于4 mm。由此可見，起動閥的檢查保養問題是故障發生的主要原因。

3）起動閥活塞過長。由于機組現場工作環境較差，當起動時使用的壓縮空氣較臟并且濕度較大，易導致活塞體與閥體接觸處卡死或者生銹，加上活塞環質量原因，使活塞無法回彈，導致起動閥閥桿、活塞卡死等現象，造成起動閥不能正常關閉。

4）起動閥閥桿螺栓頭結構存在設計缺陷。起動閥的閥螺栓頭一端有錐形小孔，當起動閥鎖緊螺母松動時，拆下進氣管，無法用螺絲刀按住閥桿螺栓頭，用扳手擰緊松動螺母，只有從缸內拆下起動閥后才能擰緊鎖緊螺母。

5）柴油機起動空氣進氣管設計不合理。空氣進氣管與起動閥蓋的法蘭距離太近只有5 cm，而整個起動閥長度為15.5 cm。當起動閥故障時，無法從缸內取出起動閥，只有拆下這一列六缸的起動進氣管后，才能取出故障起動閥，給排故帶來極大的不方便。

綜上所述，故障原因是起動閥在開啟位置卡滯或關閉不嚴造成。

4 故障排除

檢查排除故障不能只憑經驗，必須熟悉該柴油機的結構特點，懂得分析故障機理，才能從源頭梳理故障原因，分析可能導致該故障發生的直接原因，再理論與經驗相結合，由簡單到復雜逐漸排除[4]。拆卸空氣分配器進氣管，打開B列起動閥進氣管，卸下B1缸封蓋螺母，從閥腔內取出起動閥，對起動閥進行拆檢，發現起動閥鎖緊螺母松動，導致彈簧無法復位。從而分析判斷是因為氣缸起動閥因關閉不嚴，導致高溫高壓的燃氣倒竄入進氣總管，造成B1缸局部進氣管溫度急劇升高，管外部油漆變黑并脫落。最后按要求對螺母進行緊固，起動柴油機后故障現象消除。

5 優化改進方案

若能夠解決上述問題，一是提高柴油機工作可靠性與維修性，二是給柴油機設計師們提供一個新的思路，以便設出更人性化的裝置。根據本人工作實踐探索，對起動閥與進氣管進行如下優化改進方案與管理。

1）優化起動管結構。在柴油機設計時或柴油機進廠修理時，只要把空氣進氣管與起動閥蓋的法蘭距離增加到20 cm，見圖4。當柴油機起動閥出現故障時，艦員可方便從缸內取出起動閥，無需把故障列六缸的整根進氣管拆下。排除故障時間從單人工作60 min減少至20 min，提高排除故障的效率。2019年初，某船利用進廠修理機會對進氣管進行優化改進，艦員反映效果好。

圖4 PA6 柴油機的起動進氣管

2）優化起動閥結構。針對起動閥鎖緊螺母松動的情況，緊固時需將整列進氣管拆下，故障排除時間較長。優化方案是在不影響起動閥強度的前提下，在鎖緊螺栓端中間設置一道2 mm～3 mm寬的小槽，與平口螺絲刀相符。當出現鎖緊螺母松動時，在不從缸內取出起動閥的情況下，使用平口螺絲刀固定住起動閥閥桿并用板手對螺母進行緊固，可有效縮短排故時間，排故時間從20 min減少到5 min。

3）加固鎖緊螺母。當柴油機工作時受震動影響較大，起動閥非常容易松動。為了防止螺母松動，對起動閥的鎖緊螺母采用雙螺母進行鎖緊。起動閥采用雙螺母進行鎖緊后，柴油機從原來每工作6 000 h鎖緊螺母有18個起動閥松動情況到后續沒有松動現象。

4）重視預防保養。重視裝備日常檢修工作，提升艦員的責任意識。在實際工作中發現，起動閥運行環境差，受機器震動影響大，起動閥很極易松動。在平時管理柴油機時，把起動閥的維護保養作為一項重要工作。在柴油機長時間運行后，必須注意檢查起動閥技術狀態，執行重大任務前認真檢查螺母是否松脫，還要檢查閥的正常工作情況，活塞行程不少于4 mm。因此，應當定期對所有起動閥進行拆檢緊固。盡管客觀上會有很多因素困擾我們，但相信只要利用科學的方法，就能解決遇到的問題[5]。

經過2年來的試驗驗證，將改進后的起動閥在某單位8臺柴油機現場跟蹤使用；使用過程中，起動閥未出現螺母松動、卡死、密封不嚴、漏氣等問題。實踐證明該結構改進完全滿足柴油機的使用要求，降低了起動閥的故障率，提升了柴油機整體性能，可在PA6柴油機中推廣使用。

6 結論

艦船PA6柴油機起動閥的故障會對艦船的正常航行帶來不同程度的影響，需要被高度重視。因此在日常工作中，應該提升對柴油機起動閥故障的重視程度，制定科學的檢修保養制度，從而全面提升故障的診斷與處理效率。遇到問題，不能局限于書本和以往工作的經驗，應抓住故障現象細節，從原理上深入分析，搞清楚系統控制過程。當發生故障時，思路清析、安全處理、準確定位，方能快速排除故障，保證艦船正常航行。