船用柴油机液压气阀敲击故障的分析与排除

张德福，孙文广，沈国华

(1.天津理工大学海运学院，天津 300384;2.中海油油建渤海装备技术服务分公司，天津 300452)

“天禧”轮主机型号B＆W－6L90 GBE，6缸直列2冲程柴油机，排气阀采用液压气阀机构，气阀开启受驱动液压油控制，气阀关闭由空气弹簧装置控制。

1 故障现象

航行中主机2#缸排气阀发出敲击声，并伴随排气阀液压驱动油管脉动强烈。观察发现，2#缸气阀敲击的发生与主机负荷有关联，顺风航行时，主机转速增加到84 r/min后出现敲击，而在逆风时72 r/min就会出现敲击。为判定气阀敲击的位置，轮机员双手摸该缸燃油高压油管和气阀液压驱动油管，并倾听气阀敲击声音。由于喷油与气阀开关的顺序为喷油→排气阀开→排气阀关→喷油，发现敲击与排气阀关闭时的油管脉动同步，因此判断为落座敲击。

2 故障分析与排除

引起排气阀敲击的原因通常包括3个方面:①排气阀液压驱动油路故障，驱动液压油压力偏低，造成气阀落座时缓冲作用减弱或消失，气阀与阀座产生过大撞击，典型故障包括驱动液压油路泄漏，液压油系统混入空气，液压油路节流阀开度过大等;②排气阀空气弹簧装置故障，例如空气弹簧腔压力过高，关阀力量过大，造成气阀与阀座撞击力增加;③柴油机燃烧粗暴，缸内燃烧速度过快，引起燃烧室部件包括排气阀产生激振，出现敲击。

船上针对排气阀液压驱动油路故障的可能性，对液压驱动油路进行细致排查。调节节流阀开度，然而即使在节流阀全关的情况下，排气阀仍然出现敲击，因此排除节流阀开度的可能;将4#缸液压驱动油路部件换装到2#缸，4#缸换用备用设备。结果，2#缸气阀仍然敲击，而4#缸未出现敲击，可以排除驱动液压油路泄漏或混入空气的可能。

针对排气阀空气弹簧腔压力过高的问题，检查发现气阀敲击时空气弹簧腔的压力有0.05 MPa的压力波动 (正常值0.6 MPa)，但不存在过大的空气压力峰值，因此可排除由于空气弹簧腔压力过高造成气阀落座敲击的可能性。

为判断是否因燃烧粗暴引起的气阀敲击，在发生敲击时采用单缸停油措施，结果2#缸停油时气阀敲击有所减弱，空气弹簧腔的压力波动也趋于平缓。在征得轮机长同意后，对主机各缸分别测取示功图，同时记录各缸对应工况的排气温度和油门刻度。测试结果，2#缸爆发压力偏高，排气温度偏低，通过增加2#缸喷油泵套筒下方垫片3片以减小喷油提前角，调整后测量示功图表明，爆发压力有所下降，排温升高到与其它各缸相近，但2#缸的敲击仍然出现且有所加重，只得降速才能消除敲击声，反复试验发现，只要2#缸排温升高，敲击就会出现，降低2#缸排温则敲击就会减轻直至消失，这与2#缸单缸停油的效果虽然一样，但产生的原因显然不是由燃烧粗暴引起的，由此将怀疑的重点放在2#缸排气阀上，在对2#缸排气阀解体发现，闭阀空气弹簧腔的活塞环有较多积碳，进行气密性试验，结果排气阀0.5 h落下，小于正常值(1 h)，说明闭阀空气弹簧腔存在一定程度的泄漏。同时发现该缸排气阀阀盘存在严重烧蚀，阀盘有2道贯穿性裂纹。更换排气阀，清洁闭阀空气弹簧腔并更换腔内活塞环，再试车无论是在高负荷状态还是快速降速状态再未出现气阀敲击现象，至此，这一故障彻底消除。分析认为，由于2#缸喷油定时早，造成缸内燃烧温度上升，排气阀高温持续一段时间后出现烧蚀直至裂穿。初期2#缸闭阀空气弹簧腔内活塞环未出现明显积碳和泄漏，敲击不明显。随后在减小喷油定时及排气阀烧蚀裂穿的情况下，该缸排气温度上升，引起闭阀空气弹簧腔温度上升，空气弹簧腔内活塞环表面积碳逐渐增加，空气弹簧腔漏气严重，最终导致闭阀空气压力下降，排气阀关闭不实。当缸内燃烧时燃气压力波作用到阀盘上，使气阀与阀座产生落座撞击。在主机负荷降低排温下降时，闭阀空气弹簧腔漏气相应减少，关阀的力量较强，能保证气阀与阀座紧密接触，因此每次降负荷都能减弱敲击。

3 结论

在本次船用柴油机液压气阀敲击事故的排查中，出现两次主观判断失误:一是由于初期采用单缸停油法有效，教条地认为是由于燃烧敲缸造成的，判断失误;另外，通常认为闭阀空气压力高是造成落座敲击的常见原因，忽视了闭阀空气压力降低的可能性。由此说明液压气阀故障排查应注重细节，杜绝主观臆断。籍此修理实例，希望能够为同行们在此类故障的修理中提供一点技术参考。