某輪7S80ME-C主機排氣閥故障分析與解決過程

鄂利會

一、故障現(xiàn)象

該船舶是2017年8月投入使用的30萬噸級油船，主機型號為DMD-MAN B&M 7S80ME-C 9.2 TierⅡ型柴油機，額定功率25 190千瓦，額定轉(zhuǎn)速72轉(zhuǎn)/分，目前航行使用的經(jīng)濟轉(zhuǎn)速為41轉(zhuǎn)/分。該船舶在試航時，主機排氣閥就出現(xiàn)過問題，排氣閥上節(jié)流閥彈簧斷裂，以至于停車拋錨等DMD廠家提供新的節(jié)流閥。在主機工作1 500小時后，主機排氣閥再次出現(xiàn)異常聲響，與此同時，排氣閥COCOSEDS曲線異常，正常情況下的平滑曲線出現(xiàn)突升突降的狀況。當(dāng)時判斷是節(jié)流閥出現(xiàn)故障，更換后排氣閥正常運轉(zhuǎn)，但間隔一段時間后，該故障反復(fù)出現(xiàn)，從而判斷排氣閥本身出現(xiàn)故障。為找到故障原因，更換并解體排氣閥。解體排氣閥時發(fā)現(xiàn)，法蘭286上的螺絲250斷裂。圖1為排氣閥上部結(jié)構(gòu)示意圖。

二、本輪排氣閥控制機構(gòu)

排氣閥的驅(qū)動方式有兩種，一種是由凸輪軸驅(qū)動，另一種由液電控制。

圖1 排氣閥上部結(jié)構(gòu)示意圖

MAN B&W ME型主機為智能柴油機，俗稱“電噴機”，取消了傳統(tǒng)柴油機高壓油泵和排氣閥的機械驅(qū)動部分及為之服務(wù)的凸輪軸系等部件，使

用225巴的伺服液壓滑油直接驅(qū)動排氣閥驅(qū)動執(zhí)行器活塞，通過活塞向上驅(qū)動來完成相應(yīng)排氣閥的開啟。它們的驅(qū)動定時由電腦觸發(fā)的電磁閥控制。

1.排氣閥開關(guān)定時控制系統(tǒng)

智能柴油機安裝了ME Tacho系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)機的凸輪軸來采集和確認排氣閥開關(guān)定時、缸頭啟動閥定時、汽缸油注油定時，實現(xiàn)智能化控制柴油機的各種定時。

如圖2所示，曲軸自由端安裝有兩個完全冗余的曲柄角采集系統(tǒng)A和B，即Tacho system Angle encoder A and B，Angle encoder A采集No.1缸曲柄上死點，即飛輪刻度0度位置，另外飛輪處安裝有供參考的探頭MSA，采集同方向轉(zhuǎn)動No.1缸曲柄上死點后90度的位置，兩個信號同時送至Tacho Signal Amplifier A（TSA-A）。Angle encoder B采集同方向轉(zhuǎn)動No.1缸曲柄上死點后45度的位置，此信號送至Tacho Signal Amplifier B（TSA-B）；TSA-A和TSAB放大處理后的信號送至兩個ECU單元和各缸CCU單元。這樣就采集到了兩套完整的No.1缸曲柄角度信號，ECU（A和B）和CCU處理后就能給出各缸所需要的準(zhǔn)確的部件控制定時。

圖2 Tacho系統(tǒng)

2.排氣閥驅(qū)動伺服液壓油系統(tǒng)

如圖3所示，主機系統(tǒng)滑油經(jīng)過6微米的濾器過濾，主機啟動前經(jīng)過兩臺電動柱塞液壓油泵加壓或運行期間經(jīng)過三臺機帶柱塞液壓油泵加壓，把3.0巴低壓系統(tǒng)滑油升壓至225巴以上，再經(jīng)過溢流閥、安全閥等元件穩(wěn)壓處理后，變成225巴穩(wěn)壓的動力伺服油，進入各缸液壓控制單元，之后通過ECU（A和B）及各缸CCU單元控制各缸的電磁閥，使伺服油分別進入各缸排氣閥的液壓單元進行排氣閥開關(guān)控制。

3.排氣閥控制概念

如圖4所示的液壓單元，225巴動力伺服油進入伺服油分配塊，經(jīng)過FIVA閥控制，按照柴油機的排氣閥開關(guān)定時，一路流入排氣閥執(zhí)行器驅(qū)動活塞底部，頂升排氣閥驅(qū)動活塞，通過液壓油推動排氣閥頂部液壓活塞，準(zhǔn)確控制排氣閥開關(guān)動作。

圖3 伺服油系統(tǒng)

排氣閥上部也安裝有排氣閥閥桿位移反饋傳感器，用來確認排氣閥是處于開還是關(guān)的狀態(tài)。

圖4 伺服油的流程圖

智能型柴油機在上述設(shè)計中對比傳統(tǒng)柴油機更加便捷合理，但其在實際使用中存在一定問題。本文將對一次實際使用過程中由于排氣閥本身故障導(dǎo)致的運行異常情況，進行具體分析。

三、故障排查與解決

1.排氣閥中half塊法蘭鎖緊螺絲250斷裂

在航行期間，聽到主機No.5缸聲音異常，同時觀察到主機No.5 COCOS-EDS排氣閥曲線異常，與此同時，主機其他部分運行正常。對其進行停車檢查：解體排氣閥油缸，發(fā)現(xiàn)用于鎖緊排氣閥half塊法蘭的四個螺絲（250）中，有三個斷裂，一個丟失（如圖5所示）。隨即使用備用缸頭排氣閥進行更換。主機No.5缸安裝備用缸頭排氣閥后進行試車，恢復(fù)正常航行。

運轉(zhuǎn)一段時間后，No.6缸排氣閥關(guān)閉沖程曲線異常，發(fā)現(xiàn)其故障現(xiàn)象與No.5缸故障現(xiàn)象相似，隨即停車，解體No.6缸排氣閥油缸，其中用于鎖緊排氣閥half塊法蘭的四個螺絲M9.8中，有三個斷裂，一個丟失，隨即用返廠后的排氣閥進行更換，返廠排氣閥橋規(guī)測量孔并未安裝螺絲（如圖6所示）。經(jīng)過一段時間航行后，又有其他缸發(fā)生同樣的問題，其中用于鎖緊排氣閥half塊法蘭的四個螺絲M9.8無備用螺絲，故用M8.8螺絲進行替代。

圖5 解體后排氣閥油缸

圖6 返廠后的排氣閥

運轉(zhuǎn)幾天后，對主機排氣閥進行復(fù)查，其中No.1/2/3/4/7缸排氣閥half塊上的鎖緊螺絲正常；No.5缸排氣閥噪聲較大，更換后的用于鎖緊排氣閥half塊的四個螺絲中，一個斷裂，三個松動。

當(dāng)時反復(fù)研究和更換排氣閥其他備件，還是有排氣閥half塊法蘭的鎖緊螺絲斷裂；這時測量half塊上沿與空氣活塞上平面之間間隙為0.4～0.6毫米，由于法蘭平面有2毫米的凹槽，所以當(dāng)half塊上沿與空氣活塞上平面之間的間隙在正常值2毫米左右時，half塊不會與法蘭產(chǎn)生碰撞，從而不會對鎖緊排氣閥中的螺絲產(chǎn)生沖擊?；诖耍瑳Q定在空氣活塞上平面與壓板之間增加厚度為1.5毫米的銅墊片，使half塊上沿與空氣活塞上平面之間的間隙維持在2毫米。對四個螺絲進行更換后，螺絲正常，再無松動、斷裂、丟失等現(xiàn)象。圖7為墊銅墊后的法蘭。

圖7 墊銅墊后的法蘭

同時也對No.6缸排氣閥進行解體檢查，發(fā)現(xiàn)用于鎖緊half塊的四個螺絲均無松動現(xiàn)象，測量half塊上沿與空氣活塞之間間隙為1.5～1.7毫米，隨即在空氣活塞上平面與法蘭之間增加厚度為0.5毫米的銅墊片，對其四個螺絲進行上緊操作，緊力矩為49納米。對其他缸空氣活塞上平面與法蘭之間也相應(yīng)增加2毫米銅墊，使法蘭下平面內(nèi)側(cè)出現(xiàn)2毫米凹槽。

上述用于鎖緊排氣閥half塊螺絲的斷裂松動原因與具體解決思路如下所述：

排氣閥上的兩個half塊會撞擊法蘭，法蘭受力后，會對鎖緊排氣閥half塊法蘭的四個螺絲造成沖擊，螺絲在法蘭長時間的沖擊下，會疲勞受力，從而產(chǎn)生斷裂、松動和丟失等現(xiàn)象；排氣閥中的half塊失去了螺絲的固定之后，會從空氣活塞中脫落，從而導(dǎo)致排氣閥掉落主機當(dāng)中，產(chǎn)生機損事件。安裝銅片的目的在于法蘭下平面有2毫米凹面，使half塊上沿與空氣活塞之間的間隙維持在2毫米左右，half塊則不會與法蘭產(chǎn)生碰撞，從而不會對鎖緊排氣閥中的螺絲產(chǎn)生沖擊。

2.排氣閥關(guān)閥噪聲較大

在船舶開航時啟動主機，低速時，主機No.1與No.2缸開閥與關(guān)閥聲音正常，但排氣閥高壓油管開閥與關(guān)閥波動較大，其中No.1缸與No.2缸相比波動較大。主機No.3、No.4與No.7缸排氣閥關(guān)閉時存在噪聲，但No.7缸噪聲較小，排氣閥高壓油管波動不大。No.5缸排氣閥開閥與關(guān)閥無異常，且排氣閥高壓油管波動不大。

在船舶開航前，對主機No.4缸的節(jié)流閥進行更換（節(jié)流閥位于圖1所示結(jié)構(gòu)中的201部分，具體位置在圖8中的T22-15），更換前節(jié)流閥高度為55毫米，更換后的節(jié)流閥高度為44毫米，更換后試車，排氣閥關(guān)閥時仍然存在較大噪聲，且排氣閥曲線也無明顯不同。該問題并沒有因為提供新的節(jié)流閥而得到妥善的解決。隨后在44毫米節(jié)流閥頂端增加厚度為2毫米的銅片，再次啟動時，No.4缸排氣閥關(guān)閉時噪聲明顯減小，排氣閥曲線恢復(fù)正常，該問題得到初步解決。

造成該問題的原因在于節(jié)流閥上的螺絲長度要稍微長于節(jié)流閥本身長度，故在節(jié)流閥頂端增加厚度為2毫米的銅片時，螺絲長度與節(jié)流閥匹配，從而解決噪聲較大問題。圖9所示為兩種型號的節(jié)流閥。

四、總結(jié)

圖8 節(jié)流閥所在位置

圖9 兩種型號的節(jié)流閥

電噴主機采用液壓排氣閥，是一種新型主機。其在實際使用當(dāng)中存在一定問題，這就需要理論與實踐相結(jié)合。與此同時，排氣閥由于其工作環(huán)境較為惡劣，較其他工作部件更容易出現(xiàn)故障，所以在工作條件允許的情況下，在其出現(xiàn)故障時，要盡早進行停車檢查，找出故障的具體原因并及時處理，以防引發(fā)其他問題。

（1）保證排氣閥清潔程度。積炭過多會導(dǎo)致閥面與閥座之間接觸不良，導(dǎo)致排氣高溫。閥桿與導(dǎo)套積炭過多則會導(dǎo)致閥桿與導(dǎo)套之間漏氣，煙氣會竄入油缸之中，使排氣閥無法關(guān)閉。

（2）對于節(jié)流閥（即圖8中的T22-15），定期檢查啟閥壓力，保證啟閥壓力為25巴。壓力低于25巴，高壓油管會產(chǎn)生脈動，閥會產(chǎn)生敲擊聲響。壓力高于25巴，會導(dǎo)致滑油回流不暢，滑油系統(tǒng)憋壓，排氣閥無法落座。

（3）定期檢查促動器系統(tǒng)節(jié)流閥要處于止回狀態(tài)，保證滑油壓力穩(wěn)定正常，否則節(jié)流閥會產(chǎn)生敲擊聲響。

（4）定期檢查橋規(guī)值在允許范圍之內(nèi)（48.4～51.4毫米），如果不在規(guī)定橋規(guī)值內(nèi)，要及時更換油活塞。