7RT-flex60C型电喷主机液压排气阀的故障分析及排除

魏鹏+于桂峰+吴全胜+马建坤

摘 要：介绍某轮7RT-flex60C型电喷主机液压排气阀无法关闭的故障发生及排除过程，通过对液压排气阀的工作原理分析以及排除故障过程中发现的新现象，确定故障的直接原因是两位三通阀运动不活络，伺服油难以泄放，客观原因是主机系统滑油脏污。通过对故障原因的分析，提出避免类似事故再次发生的建议，对保障主机安全运行具有重要意义。

关键词：液压排气阀 伺服油 压缩空气 两位三通阀

随着全球航运市场竞争不断加剧以及国际海事组织对防止大气污染的要求越来越严格，智能型电喷主机以他特有的经济性、低排放和低转速时的稳定性受到各大船东的青睐；主机作为船舶心脏，对保证船舶正常航行具有重要意义；排气阀作为船舶柴油机重要的运动工作部件，直接与高温高压的燃气接触，工作条件极为恶劣，也极易发生故障；7RT-flex60C型电喷主机采用液压排气阀，在工作原理和日常管理上与传统的凸轮顶杆排气系统的主机还有很多差别。因此积累一些电喷主机液压排气阀的管理经验很有必要。

1.工作原理

图 1为液压排气阀工作原理图，排气阀的工作介质为压缩空气（也称空气弹簧）和伺服油，他们分别连接到空气弹簧总管和伺服油共轨管。

来自主空气瓶的压缩空气经过减压阀（压力降至约6-6.5 bar）和干燥器后，经过一个单向阀作用到排气阀双级活塞下部，形成空气弹簧，用于关闭排气阀。当蓄压管油压高于空气弹簧压力（6-6.5 bar）时，排气阀打开，双级活塞下部空气经节流孔泄放回空气弹簧总管。

主机滑油经伺服油泵（压力可达100-200 bar）泵入伺服油共轨管，经过排气阀控制单元（Exhaust Valve Control Unit，简称VCU）连接到排气阀双级活塞顶部，用于开启排气阀。VCU定时由WECS-9520模块控制，每一个VCU上包含一个共轨电磁阀和一个两位三通阀，控制伺服油从共轨管到VCU再到回油管的进出。排气阀开启角度是由FCM-20模块根据测量到的曲轴角度，理论开启角度和可变排气阀开启角度计算出来的。

当FCM-20模块给出开阀信号，共轨电磁阀动作，上阀腔工作，伺服油流过共轨电磁阀的上阀腔，推动VCU内部的两位三通阀，使两位三通阀下阀腔工作转为上阀腔工作，则伺服油流过两位三通阀的上阀腔，进入伺服活塞下部，并推动伺服活塞向上快速压缩，蓄压管里的滑油便形成高压，克服空气弹簧压力，推动排气阀上部的双级活塞，使阀杆向下运动打开排气阀。当共轨电磁阀接收到关闭信号时，共轨电磁阀转为下阀腔工作，伺服油被截止，两位三通阀上部控制油由回油管泄放，此滑阀在弹簧力的作用下回复到关闭位置，下阀腔工作，则伺服活塞下部伺服油由回油管泄放，蓄压管压力降低，排气阀在空气弹簧的作用下达到关闭位置。排气阀阀杆的运动通过两个位置传感器反馈给WECS-9520，在集控室电脑软件中用电信号来显示出排气阀的行程。

如图 2，Open Pos.Sensor1/2和Closed Pos.Sensor1/2显示排气阀在分别处于开起和关闭状态时，各缸位置传感器反馈电流大小。从WECS-9520给出开启排气阀的指令到行程开始动作的时间称为opening deadtime，從WECS-9520给出关闭排气阀的指令到行程开始动作的时间称为closing deadtime。这个deadtime会通过稍微提前一点点触发排气阀电磁阀，来补偿来自液压和机械系统的时间延时。在图中，显示出了共轨电磁阀从一种状态动作到相反状态所需的动作时间，时间越短说明电磁阀响应灵敏，工况就越好。如果这个时间大于2.5 ms，通常说明共轨电磁阀故障。

2.故障现象

某轮采用War tsila-sulzer的7RT-flex60C智能型电喷主机，在航行途中，主机透平突然发生喘振，车速瞬间下降，主机故障Slow Down报警，集控室电脑显示ME Exh. Valve Late/Not Closing（slow down）警报，紧接着ME Exhaust valve #7 fail报警，在open position界面，主机7缸排气阀的两个位置传感器显示6.9 mA和6.8 mA，与其他缸相近。在closed position界面，这两个位置传感器显示6.7 mA和6.8 mA，而其他缸都在15 mA附近，可知7缸排气阀发生故障，一直处于开启状态。

3.故障分析与排除

在主机慢车运行时对故障原因进行初步排查：

首先，检查7缸压缩空气接头是否松动，这是此类故障中最常见的原因。经过检查发现管路未泄露，供给压缩空气正常，压力为6.1 bar。

其次，检查7缸FCM-20模块是否发生故障，检查发现排气阀open和close的状态指示灯很有规律地交替闪亮，模块相同其他缸且接线牢固。

然后，在on time open/close界面观察共轨电磁阀的动作时间都在1 ms左右，与其他缸基本一致，属无故障。

现在要停车检查：

尝试在电脑界面中手动开、关排气阀，发现排气阀可以开启，且蓄压管脉动正常，说明开启过程中两位三通阀上阀腔可以正常工作，伺服活塞无泄漏，节流孔无脏堵。关阀时，排气阀偶尔能关且速度很慢，判断故障原因是单向阀、三通阀下阀腔工作不正常或者伺服活塞下行卡阻。

停主滑油泵、关压缩空气，将单向阀拆下试验，发现单向阀工况良好，装复后动车试验，故障依旧。

再次停车，准备拆解两位三通阀和伺服活塞。在关闭主滑油泵时，发现电脑closed position界面中，七号排气阀由之前的6.7 mA瞬时变为15 mA，说明排气阀能够迅速关闭。不存在伺服活塞下行卡阻的问题。故障最可能发生在两位三通阀上。更换7缸排气阀备用VCU，换掉共轨电磁阀和两位三通阀，动车后，主机工作正常。

解体换下来的VCU后，发现大量油污存在于两位三通阀的阀腔内壁上和阀腔与阀杆的微小间隙内，致使两位三通阀动作缓慢，上阀腔长时间工作，伺服油无法泄放，排气阀一直处于开启状态。当停掉主滑油泵后，共轨管中的伺服油压力降低，伺服活塞下部伺服油没有通过两位三通阀的下阀腔泄放，而是由上阀腔泄放回共轨管中，使排气阀能够迅速关闭，这也是电脑closed position界面中7缸排气阀由之前的6.7 mA瞬时变为15 mA的原因。此故障是VCU的两位三通阀阀杆不活络，客观原因是主机滑油系统的伺服油脏污；主观原因是管理人员存在主机滑油分油机间断分油和滤器清洗不及时的情况。

4.结论

7RT-f lex60C型电喷主机液压排气阀和传统主机排气阀相比，电磁阀、两位三通阀、活塞等驱动机构取代凸轮顶杆排气系统。这些机构的活动部件多沉浸在伺服油中，而共轨电磁阀和两位三通阀都是精密偶件，对伺服油的清洁度要求高，伺服油脏污极易造成排气阀启闭故障。为了预防相似事故，在日常管理中应注意以下几点：

（1）合理的缩短主机吊缸及清洁活塞杆填料函的时间，保证主机良好的工况，减少燃烧产物通过活塞杆填料函进入曲拐箱。

（2）应加强对主机系统滑油的管

理和净化，经常清洗主机滑油自动冲洗滤器、伺服油自动冲洗滤器以及VCU上的滑油滤器。

（3）主压缩空气瓶定期放残，保障空气干燥器正常工作，定期拆检和清洁空气滤器、单向阀和节流孔。

（4）排除故障时，应注意电脑界面上的各个参数变化，以快速判断故障位置，在日常管理中多留意共轨电磁阀、两位三通阀和活塞的工作状况。