特殊原因引起的主机排烟温度升高故障及排除

(青岛远洋船员职业学院,山东 青岛 266071)

1 故障现象

M轮主机型号为MAN-B&W6L60MC，其排气门为液压驱动。某日，该轮在码头进行主机№1缸常规吊缸结束后，由上海外高桥码头上引水开航。在码头至引水站航行途中，主机增压器发生三次喘振，当时以为是由于船舶大角度避让过往船只，以及浅水区航行导致主机的负荷和转速波动较大而引起，但在检查主机排烟温度时，发现№1缸较其他5缸的温度高出约15 ℃。抵引水站待引水下船后该轮驶往厦门，期间主机转速加至77 r/min，主机增压器再次发生喘振，随之№1缸主机排烟温度高温报警。为确认是否为传感器故障而引起的误报警，电机员随即到机旁检查，此时发现从主机№1缸排气门液压滑油管中部喷出大量油雾，轮机长立即通知驾驶台减速停车检查。

2 故障检查

主机停车后，首先关闭了液压排气门的控制空气。在停止凸轮轴滑油泵时，发现油泵的供油压力较以前高了0.07 MPa，即从正常运转时的0.285 MPa上升至0.355 MPa。检查进出口阀的开度均正常，当打开凸轮轴油泵的滤器检查时，发现滤器内有乳白色老化的塑料碎片和类似于铅但比铅硬的金属薄片。由于不能确认滤器中的两种物质，为安全起见，首先对主机凸轮轴箱进行全面而细致的检查，检查结果却是主机的6只缸的高压油泵和排气门的凸轮、滚轮及凸轮轴、轴承均无异常。然后决定将№1缸的排气门和排气门的液压油管一起换上备件。就在拆卸滑油管导入端的固定螺栓时，发现8只螺栓只有一只是上紧的，其余7只较松，用手即可拧动。

为了查找故障的原因，次日上午首先对昨日从№1缸上换下的主机排气门总成进行检查，通过连接和释放0.7 MPa的控制空气进行排气门的关、开试验均正常。然后，解体该总成，对油缸、气缸、气门杆、导套等进行全面的检查、测量，只有导套有轻微磨损，但也在说明书允许的范围内，不会对其正常的工作造成影响。这样问题就集中在液压滑油管上了。

3 故障分析

3.1 液压滑油管结构简介

图1 液压式气阀机构

图2 液压排气阀驱动油泵

图3 排气门总成

液压滑油管01(见图1)，下接排气门的驱动油泵(见图2)，上接排气门总成(见图3)的进口A，其结构如下：滑油管分4层，外层为金属网保护层，次外层为波纹管保护层，第3层是绕在中心钢管上的防振塑料带，中心为钢管05(见图4)，即压力滑油通道。其中外层和次外层的两端焊接在一起，即液压滑油管的外壳04，中心钢管则可以从里面抽出。解体滑油管过程中发现，抽出的中心钢管中段部分缠有乳白色的塑料带，而波纹管表面镀铬，且有部分脱落，经比较该塑料带与滤器中塑料碎片一致，其破裂镀层和滤器中的薄片一致。

图4 液压油管凸轮端接头

3.2 液压排气门工作原理

液压排气门的驱动油泵产生的滑油(压力约为1.7 MPa)经高压油管01送至排气门总成的进口A，压力滑油作用在柱塞07的上方，油压力推动柱塞07下行，并带动活塞09下行，排气门08打开；气腔C通有0.7 MPa的控制空气，外有止回阀，当柱塞07向下运动，排气门被打开时，气腔C内的气体压缩，压力升高(空气弹簧)，当凸轮朝基圆位置运动时，带动活塞09 向上运动，排气门关闭。

3.3 排烟温度升高的原因

前面提到在吊缸安装滑油管时，未将固定螺栓按要求的预紧力上紧，使得密封盘03与中心钢管05的接触面B有了间隙，虽然密封盘03与驱动油泵连接处的接触面也有间隙，但由于密封盘03上的密封圈06 的作用，使得压力油不会向外泄露。所以当№1缸排气门凸轮使液压泵升压要打开排气门时，其液压油分成两路：一路去排气门油缸，高压滑油推动柱塞07 向下运动，克服空气弹簧的力使排气门打开；另一路经接触面B的间隙进入空间b和中心钢管05与波纹管之间形成的空腔d中，波纹管膨胀，内部压力升高。由于工作油被分成两路，因此进入排气门的液压油相应减少，导致排气门定时滞后、开度变小；另一方面，当排气凸轮位于基圆上，驱动油泵不供压力油时，进入d腔中的这部分压力油经密封盘03与中心钢管05的接触面反流入高压油管的工作通道，致使排气门的关闭时刻延后，这两方面双重作用的结果致使№1缸排气门定时发生变化，造成换气不充分，燃烧不良，排烟温度升高。

3.4 液压滑油管中部喷出油雾的原因

由图1可见，滑油管01较长，主机吊缸要拆卸该管时，有人为图方便，用一根钢丝绳缠在油管的中部，然后用天车吊起，这就容易造成应力集中，引起中部变形甚至损坏，事实上塑料碎片和波纹管镀铬薄片的剥落也与此有关。当主机转速较低时，排气门每分钟开启的次数较少，波纹管受到的冲击频率也较低，进入波纹管b腔内的滑油因排气门启闭间隔时间较长而有足够的时间流出，所以波纹管的损伤程度较小；当主机转速加至额定转速后，波纹管受到的冲击频率较高，进入波纹管b腔内的滑油因排气门启闭间隔时间较短而不易流出，波纹管内始终处于一个压力较高的状态，波纹管容易损伤、破裂。此时，压力滑油便会从波纹管破裂处喷出，再经金属丝网档隔成雾状，这也是前面所述为什么电机员在检查探头时发现由高压滑油管中部喷出大量油雾的原因。

3.5 凸轮轴油泵压力升高的原因

当排气门凸轮转至基圆附近时，C腔内的压力降低，空气弹簧活塞带动排气门关闭，由于波纹管内d腔的滑油压力较高，压力油经b空间和密封盘03与中心钢管05的接触面B进入系统，当排气门凸轮从基圆位置朝上运动时，驱动滑油压力升高，再次打开排气门时，存留在高压滑油管内的塑料碎片和金属薄片经排气门压力油进口A送入系统，经排气门油缸，再进入油缸内部通道a和出口X及回油管02至凸轮轴箱油底壳，最后塑料碎片和金属薄片从油底壳经油管到凸轮轴油柜，再经凸轮轴油泵抽吸至滤器，由于滤器脏堵，凸轮轴油泵的出口压力升高，致使凸轮轴油泵压力较以前提高了0.07 MPa，即从正常运转时的0.285 MPa上升至0.355 MPa。

4 结论

通过以上分析可以看出，这次故障的主要原因是维修人员在拆检排气门的过程中没有按照说明书的要求进行拆检：液压滑油管在拆卸和安装时用天车从中部吊起致其应力集中而损伤；固定螺栓没有上紧，加剧了塑料碎片和金属薄片的脱落；排气门的定时改变，致使排烟温度升高。

排气门是柴油机的重要组成部分，其工作性能的好坏直接影响到柴油机的正常运转，因此无论是日常管理还是维修中都应特别关注，具体注意事项有以下几点[1]。

1)排气门要按照说明书的要求定期拆检。液压滑油管在拆卸和安装时，应由两人平稳地抬起，螺栓要按照规定的预紧力上紧。

2)排气门更换时，在安装前通过0.7 MPa控制空气的连接和断开检查排气门的关、开是否正常，在整个安装期间阀始终保持在关闭状态，以保证安装时气门、气门座共线。安装完毕后，供冷却水检查气门座检查孔是否有水流出。

3)运转中通过观察排气门顶部检查杆的行程，判断排气门的启闭是否正常，运转发出的声音是否正常，发现异常及时采取相应的措施，特别是新更换的排气门。

4)航行中定期检查控制空气的压力和凸轮轴油压力。

[1] 周明顺.船舶柴油机[M].大连：大连海事大学出版社,2006.