MAN B&W MC型船用柴油机排气阀敲击故障分析

汤明

（江苏海事职业技术学院，江苏 南京 211170）

1 典型的故障症状

某轮MAN B&W 6S50MC-C8型船用二冲程主机，在定速航行途中，偶尔出现个别缸发出巨大的撞击声。故障发生时，检查发现该缸有以下症状：（1）撞击声出现时，明显听到敲击来自排气阀，放下阀杆升程指示器，可见该缸排气阀关闭滞后；（2）该缸排烟温度迅速降低，机舱报警系统显示主机排温偏差大，主机自动降速；（3）主机排烟颜色明显变黑；根据以上症状，可断定主机运行时，该缸排气阀不能正确启闭，导致其燃烧状况恶化。

2 排气阀敲击故障机理分析

（1）排气阀结构与原理。MAN B&W 6S50MC-C8型主机排气阀结构如图1所示。该阀主要由液压、气动和阀杆阀座三部分组成。液压部分主要包括:液压缸1、液压活塞2，负责排气阀开启；气动部分主要包括空气活塞3、空气缸6，负责排气阀关闭，这个部分也被称为“空气弹簧”； 阀杆6阀座7安装在排气阀壳5上，形成柴油机气缸的排气通道。液压活塞套装在阀杆的顶部，空气活塞3和阀杆6通过连接卡块固定在一起。

图1

排气阀工作原理：柴油机运行时，当某缸的活塞下行至扫气口附近，即将打开扫气口时，该缸的排气凸轮驱动排气阀顶升机构驱动活塞，将工作油经高压油管从工作油口A压入液压缸1的油腔中，油压作用在液压活塞2上，从而推动液压活塞2和排气阀杆6，克服空气弹簧的压力下行，排气阀开启。当该缸的活塞下行越过下止点再次上行，将扫气口关闭后，该缸排气凸轮回程，排气阀顶升机构驱动活塞返回，其上部空间增大，驱动排气阀杆的工作油压降低，排气阀杆在空气弹簧的作用下上行关闭。空气弹簧的压缩空气由0.7MPa的气源经进气止回阀从工作空气进口供入。排气阀关闭时，空气活塞3位于空气缸4的上部，气缸压力为0.7MPa。排气阀开启时，空气活塞3位于空气缸的下部，气缸内的空气被进一步压缩，压力达到约2MPa。排气阀在关闭的过程中，空气弹簧的压力随着空气缸的容积不断增大而逐渐降低，同时液压活塞上方的工作油压对活塞的上行有一定的阻尼作用，以确保排气阀能够迅速柔和的关闭，阀杆仅对阀座产生轻撞击。

（2）排气阀敲击机理。排气阀正常工作时，能够做到关闭严密、启闭迅速、撞击轻微、气流阻力小。然而，当排气阀关闭出现滞后时，则会产生气缸进气损失，阀杆严重敲击阀座的故障现象。其机理在于：柴油机气缸中的活塞上行关闭扫几口后，关闭滞后排气阀阀杆密封面没有及时与阀座接触，两者之间还有一定行程，此时迅速上行的活塞，使柴油机气缸空气压力迅速增加（气缸空气压力约为排气阀空气弹簧的压力4倍），巨大的气缸空气压力作用在排气阀杆的盘面上，迫使排气阀杆迅速上升，猛烈地撞击在阀座上，产生巨大的敲击声。

3 排气阀敲击故障原因分析

根据排气阀工作原理和敲击机理可知，排气阀关闭滞后是造成排气阀严重敲击的根源。通过对排气阀结构研究和解体检查的情况分析，导致排气阀关闭滞后的原因主要有两个方面：

（1）工作油压阻尼作用过大。排气阀关闭过程中，工作油腔的压力随着排气阀顶升机构的柱塞下行而降低。这种逐渐降低的油压对排气阀杆的上行具有一定的缓冲作用，避免了阀杆猛烈撞击阀座。考虑到设计误差和实际运行状况，为了防止排气阀上行时其液压缸工作油压不能降低，排气阀液压缸的顶部专门设置了节流孔D，以确保多余的油压能够经节流孔D及时泄出。如上所述，工作油压阻尼作用过大的可能有以下原因：①节流孔通径过小。设置在排气阀液压缸顶部的节流孔脏堵，或设计通径不足，会导致排气阀液压缸工作油压因节流作用增强，不能及时泄出，造成排气阀延时，产生敲击现象。②排气阀顶升机构卡阻。排气阀顶升机构中驱动活塞在回程时出现机械卡阻、柱塞弹簧断裂等状况，会导致排气阀液压缸工作油压不能及时降低，排气阀关闭受阻，产生排气阀关闭滞后现象。

（2）排气阀空气弹簧压力过小。排气阀空气弹簧的压缩压力是确保排气阀正常关闭的驱动力，排气阀关闭时，压缩在空气缸中的弹簧空气克服阀杆和空气活塞的自重，将与阀杆固定在一起的空气活塞迅速弹起，带动阀杆上行。如果空气压力过小，则排气阀杆上行速度减缓，严重时阀杆将无法完全上行到位。因此，足够的空气弹簧压力是排气阀正常关闭重要因素。根据排气阀空气弹簧的结构和原理分析，空气弹簧压力过小的原因主要有：

图2

①空气弹簧的密封圈泄漏。空气弹簧的密封圈如图2所示，主要包括：空气活塞与空气缸内壁密封圈1、空气活塞与排气阀杆外周密封圈2、空气缸与排气阀杆外周密封圈3空气缸底部端盖密封圈4。密封圈损坏泄漏回导致弹簧空气泄漏，气压降低。②空气缸安全阀泄漏。空气缸安全阀弹簧断裂、弹簧预紧力不足、密封面磨损等原因都会导致弹簧空气经安全阀泄漏，气压降低。③进气止回阀失效。进气止回阀发面磨损、阀芯卡阻等原因会导致进气从止回阀返回空气弹簧压力降低。

4 排气阀敲击故障的预防措施

排气阀敲击故障一旦发生，将导致柴油机发火困难、排温突然降低，柴油机自动降速，影响船舶安全航行。因此，在柴油机管理过程中，积极做好排气阀日常保养和定期检修是轮机管理人员的工作重点。在维护管理工作中须做好以下几个方面：

（1）加强柴油机润滑油管理。排气阀的工作油来自柴油机系统润滑油，滑油脏污时引起排气阀液压缸上方节流孔堵塞的主要因素。因此，滑油的分油和过滤处理、定期检修分油机及清洗滑油滤器，是确保排气阀工作油清洁的重要措施。

（2）定期检修排气阀顶升机构。排气阀顶升机构是往复式运动机构，管理中应经常检查其活塞、活塞环、油缸、活塞弹簧等运动部件的状况，出现异常磨损、断裂等情况应及时更换备件。

（3）定期检查液压缸状况。排气阀拆检时，应注意检查液压缸内壁、液压活塞、活塞环、节流孔等元件的状况，出现活塞机活塞环过度磨损、活塞环折断等状况应及时更换备件。节流孔脏堵应及时清通。

（4）定期检查空气活塞和空气缸。按说明书要求的时间间隔，定期拆检排气阀，关注空气活塞和空气缸的表面磨损状况，对缺陷明显的部位进行适当修理，必要时更换备件。

（5）合理更换空气弹簧密封圈。空气弹簧密封圈的表面磨损情况和老化程度，对密封圈的性能起决定性影响。定期保养时应当将所有密封圈换新。日常检查时应对空气弹簧进行气密性试验，以验证空气弹簧密封件的气密性能。

（6）正确效验空气缸安全阀的性能。保养排气阀时，应对安全阀进行拆检，利用专用工具检测安全阀的启阀压力和密封性能。安全阀安装时，必须将其完全拧紧在空气缸上，以免弹簧预紧力不足。

（7）适时检查进气止回阀。在日常检查时，可将进气管拆下，检查有无气体从阀口冒出，以此判断阀芯是否泄漏和卡阻，并用通针推一推阀芯，已检查阀芯的活络情况。

5 结语

通过定期保养和日常检查，排气阀敲击故障的前期症状是能够被及时发觉的。相关轮机主管人员必须加强日常管理，注意常规检查和试验，按规定适时做好排气阀的保养工作，避免柴油机运行时产生排气阀敲击故障，维护船舶航行安全。