淺談G3520燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組氣門損壞原因及預(yù)防措施

摘要：結(jié)合卡特彼勒G3520燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組配氣機(jī)構(gòu)的原理，詳細(xì)介紹了氣門的作用以及損壞的現(xiàn)象，并采取了相應(yīng)的措施。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)組;氣門;預(yù)防措施

1? ? 氣門損壞現(xiàn)象概述

氣門由頭部和桿部?jī)刹糠纸M成，頭部用來封閉氣缸的進(jìn)、排氣通道，桿部主要為氣門的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向，氣門的作用是與氣門座相配合，對(duì)氣缸進(jìn)行密封，并按工作循環(huán)的要求定時(shí)開啟和關(guān)閉，使新鮮氣體進(jìn)入氣缸，廢氣排出氣缸。氣門頭部受高溫作用，承受高壓及氣門彈簧和傳動(dòng)組慣性力的作用，氣門桿在導(dǎo)管中做高速直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其冷卻和潤(rùn)滑條件差，要求氣門必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度、耐熱和耐磨能力。

如圖1所示，美國(guó)卡特彼勒生產(chǎn)的G3520燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組單臺(tái)有20個(gè)氣缸，60°角V型布置，每個(gè)氣缸上面對(duì)應(yīng)4個(gè)氣門，雙進(jìn)雙排。進(jìn)、排氣門的頭部為平頂氣門頭，與桿部的過渡部分具有一定的流線形，氣流流通便利，可以減小進(jìn)氣阻力，氣門桿為圓柱形，在氣門導(dǎo)管中不斷進(jìn)行上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在工作中排氣門要受到高速熾熱廢氣的沖擊，容易使工作面燒蝕，進(jìn)氣門受到冷熱氣體交替作用，會(huì)發(fā)生翹曲變形，破壞或降低氣門的密封性?？ㄌ乇死諜C(jī)組在運(yùn)行過程中，氣門出現(xiàn)故障較多的為排氣門，出現(xiàn)的現(xiàn)象為氣門燒蝕或氣門頭部與桿部連接部位斷裂。

2? ? 機(jī)組運(yùn)行中氣門損壞現(xiàn)象實(shí)例

該機(jī)組跳機(jī)前平均負(fù)荷1 780 kW，平均水溫88 ℃，參數(shù)在正常范圍內(nèi)，跳機(jī)故障現(xiàn)象為某缸排煙溫度低，就地檢查發(fā)現(xiàn)排煙管有冷卻液流出，火花塞拆卸困難，拆卸后發(fā)現(xiàn)排氣門斷裂，缸蓋和活塞損壞，活塞表面被打碎，形成少量碎渣，缸套內(nèi)部無明顯劃痕。查閱機(jī)組近段時(shí)間負(fù)荷最低1 680 kW，最高1 820 kW，平均穩(wěn)定在1 780 kW左右，負(fù)荷比較穩(wěn)定，未出現(xiàn)大的波動(dòng)，參數(shù)調(diào)整水溫最低85 ℃，最高出現(xiàn)過97 ℃，平均穩(wěn)定在88 ℃左右，參數(shù)在正常范圍內(nèi)。機(jī)組每1 000 h對(duì)凸出量數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量和氣門間隙調(diào)整，對(duì)燃機(jī)過橋進(jìn)行調(diào)整，保養(yǎng)結(jié)束后機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，機(jī)組出現(xiàn)故障距上次保養(yǎng)后運(yùn)行500 h左右，檢查配氣系統(tǒng)搖臂、橫梁、過橋等部件，處于完好狀態(tài)，且過橋絲扣處于正常范圍以內(nèi)。

3? ? 原因分析

3.1? ? 氣門間隙調(diào)整分析

為保證氣門關(guān)閉嚴(yán)密，在冷態(tài)裝配時(shí)氣門桿尾端與氣門驅(qū)動(dòng)零件之間留有適當(dāng)?shù)拈g隙，即氣門間隙。冷態(tài)時(shí)如果無氣門間隙，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，氣門及其傳動(dòng)件因溫度升高而膨脹，勢(shì)必會(huì)造成氣門關(guān)閉不嚴(yán)，引起氣門燒蝕及功率下降。氣門間隙調(diào)整工作非常必要，如果氣門間隙調(diào)整過小，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)由于傳動(dòng)件受熱膨脹，會(huì)使氣門一直處于打開狀態(tài)，極容易造成漏氣、燒蝕、功率下降以至于啟動(dòng)困難。美國(guó)卡特彼勒G3520機(jī)組每1 000 h對(duì)氣門進(jìn)行檢查和調(diào)整。

3.2? ? 拆解情況分析

拆解后發(fā)現(xiàn)首先是排氣門斷裂，而后引起活塞、缸蓋等其他部件損壞。燃機(jī)進(jìn)氣溫度在60°左右，而排煙溫度達(dá)到600°左右，對(duì)比進(jìn)氣門來說排氣門所處環(huán)境溫度高很多，而溫度越高，氣門和導(dǎo)管之間的潤(rùn)滑效果越不好，這樣在相同材質(zhì)前提下，排氣門桿更容易折斷，造成氣門頭掉落。另外，缸蓋氣門的兩個(gè)鎖卡起緊固氣門的作用，在燃機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中，如果氣門的鎖卡配合不對(duì)稱，也會(huì)造成氣門不能及時(shí)關(guān)閉。

3.3? ? 缸內(nèi)情況分析

燃機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中，由于活塞環(huán)密封不嚴(yán)、瓦斯氣燃燒不充分等原因，在燃燒室內(nèi)會(huì)產(chǎn)生積炭。當(dāng)積炭積累到一定程度后，機(jī)組容易產(chǎn)生爆燃，對(duì)氣門、缸套、活塞等造成很強(qiáng)的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力，甚至造成活塞環(huán)槽中活塞環(huán)斷裂、活塞表面腐蝕。同時(shí)積炭附著于氣門及氣門槽內(nèi)，使氣門不能完全關(guān)閉，容易造成排氣門燒蝕或斷裂。

3.4? ? 運(yùn)行參數(shù)分析

燃機(jī)運(yùn)行缸套水溫度調(diào)整不合適。燃機(jī)在正常運(yùn)行過程中，應(yīng)確保缸套水溫度保持在87～92 ℃。夏季為控制進(jìn)氣歧管溫度在60 ℃左右，需把缸套水溫度維持在86 ℃以下。燃機(jī)長(zhǎng)時(shí)間低水溫運(yùn)行會(huì)引起缸蓋積炭增多，導(dǎo)致因爆震跳機(jī)故障增多和氣門冷卻效果較差，氣門損壞概率增大。

4? ? 預(yù)防措施

（1）定期對(duì)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析比較，當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)排氣溫度增高時(shí)，要及時(shí)對(duì)排氣溫度增高原因進(jìn)行排查，避免由于排氣溫度過高因引起氣門斷裂。

（2）保證預(yù)處理瓦斯氣脫水設(shè)施完好并正常運(yùn)行，保證瓦斯氣溫度降至規(guī)定范圍內(nèi)，最大限度降低瓦斯氣含水量，減少缸內(nèi)積炭。日常機(jī)組爆震檢查過程中，發(fā)現(xiàn)爆震頻繁，缸內(nèi)積炭過多時(shí)，應(yīng)及時(shí)對(duì)缸蓋及缸內(nèi)積炭進(jìn)行清理，減少因爆震故障增多對(duì)氣門的損壞。

（3）定期對(duì)潤(rùn)滑油品質(zhì)加強(qiáng)監(jiān)督與管理，保證油品合格，嚴(yán)格執(zhí)行機(jī)組啟停預(yù)潤(rùn)滑程序，在啟動(dòng)和停運(yùn)后要確認(rèn)預(yù)潤(rùn)滑泵運(yùn)行完好，預(yù)潤(rùn)滑油壓正常，嚴(yán)禁無預(yù)潤(rùn)滑啟機(jī)。避免因潤(rùn)滑油品質(zhì)不達(dá)標(biāo)及預(yù)潤(rùn)滑不充分，造成機(jī)組氣門桿、缸套等潤(rùn)滑不良，轉(zhuǎn)系卡澀，引起磨損，進(jìn)而導(dǎo)致氣門損壞事故的發(fā)生。

（4）加強(qiáng)燃機(jī)定期保養(yǎng)的監(jiān)督與管理，機(jī)組保養(yǎng)時(shí)要認(rèn)真測(cè)量各缸氣門凸出量及氣門間隙，尤其要對(duì)過橋、挺桿、搖臂進(jìn)行檢查，保證配氣系統(tǒng)部件完好，螺絲按標(biāo)準(zhǔn)扭矩緊固;保養(yǎng)中要對(duì)氣門鎖卡、彈簧機(jī)構(gòu)等進(jìn)行檢查，對(duì)氣門推桿經(jīng)常磨損和氣門凸出量增長(zhǎng)較快的氣門要進(jìn)行比對(duì)，凸出量超過2.3 mm的缸蓋要及時(shí)更換;保養(yǎng)完后要嚴(yán)格執(zhí)行驗(yàn)收程序。保養(yǎng)結(jié)束后，要加強(qiáng)啟機(jī)及運(yùn)行過程中的巡檢，運(yùn)行及巡檢人員應(yīng)加強(qiáng)燃機(jī)聲音聽診，發(fā)現(xiàn)聲音異常的機(jī)組要及時(shí)停機(jī)、認(rèn)真檢查，避免氣門損壞事故的發(fā)生。

5? ? 結(jié)語

針對(duì)機(jī)組運(yùn)行、保養(yǎng)、油質(zhì)管理等方面制定措施后，氣門損壞次數(shù)顯著減少。但隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增加，還需進(jìn)一步總結(jié)規(guī)律，逐步完善和細(xì)化措施，確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 姚俊琪.現(xiàn)代柴油發(fā)電機(jī)組技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[2] 美國(guó)卡特彼勒公司.操作和保養(yǎng)手冊(cè)[Z]，2004.

收稿日期：2020-05-14

作者簡(jiǎn)介：楊科（1983—），男，山西高平人，機(jī)械工程師，從事燃機(jī)發(fā)電技術(shù)工作。