瓦锡兰 RT- Flex 60C 主机排气阀故障 1 例

0    引言

配备瓦锡兰 RT-Flex 60C 主机的某船在大西洋定 速航行 时突然遭遇排气阀故障，主机“slowdown”连锁 保护也随即被激活。  由于此时海况极差，不便漂航，因 此决定封缸运行，将船开往就近安全海域后停车处理， 更换排气阀控制单元(VCU)后故障得以排除 。  另外 1 艘姊妹船在过去的半年时间里也接连发生过 3 次排气 阀故障，虽然故障最终都得到成功解决，但每次故障的 发生无论是对船员的心理还是对船舶的正常运营，都 造成不同程度的影响。

不难看出 ，  近年来排气阀故障在 RT-Flex 60C 机 型船舶中已呈现出普遍性和高发性的特点 ，  船舶轮机 管理人员必须对此高度重视。

1   工作原理

瓦锡兰 RT-Flex 60C 主机排气阀工作原理见图 1。

排气阀的工作介质为来自弹簧空气总管的压缩空 气 (也称弹簧空气 )和来自伺服油共轨管的伺服液压 油。来自主空气瓶的压缩空气在减压(6 ~ 6.5 bar)和干 燥后用于排气阀的关闭 ，  一路主滑油经伺服油泵泵压         (100 ~ 200 bar)后用于排气阀的开启。压缩空气与排气阀之间有 1 个单向阀连接 ，  此单向阀嵌在排气阀外壳 内部 ， 可用内六角扳手拆除 ，   阀芯中间有 1 个节流小 孔，在排气阀打开过程中用于泄气泄油 。每个 VCU 包 含 1 个共轨电磁阀和 1 个滑阀 ，   由它们控制伺服油从 伺服油共轨经 VCU 活塞再到回油总管的进出，从而实 现对排气阀的开闭。

瓦锡兰 RT-Flex 60C 主机采用 WECS-9520 控制 系统 ，  每个气缸拥有各自独立的 FCM-20 模块处理本 缸的相关功能。排气阀开启角度由 FCM-20 模块根据 曲轴角度、理论开启角度和可变开启角度 (VEO)计算 得到。当某缸 FCM-20 模块给出开阀信号后，充当先导 阀作用的共轨电磁阀(两位三通阀)将首先动作到开启 位置，伺服液压油得以流至滑阀(两位三通阀)上部，并 使其动作到开启位置 ，  共轨管里 的高压伺服油进入 VCU 活塞下部，推动活塞向上快速压缩，蓄压管(连接 VCU 与排气阀顶端的长管 )里的滑油形成高压，继而 作用在排气阀上部的双级活塞压缩阀杆 ，  双级活塞压 缩阀杆向下运动将排气阀打开。  当 FCM-20 给出关阀 信号时，共轨电磁阀将动作到关闭位置，滑阀在弹簧作 用力下也恢复到关闭位置 ，  切断高压伺服油的供给并 对 VCU 活塞下部泄压，此时，压缩空气作用在空气弹 簧活塞上的压力足以将排气阀关闭。

2    驾控台监控软件

排气阀阀杆的运动通过 2 个位置传感器反馈给 WECS-9520 控制系统 。在集控室，可以通过 FlexView 软件监控排气阀阀杆的行程 ( 由此信号可判断气阀是 否开关到位)以及排气阀开启和关闭所用的时间等，见 图 2 ~ 5。

图 2 和 3 所示的数据反映排气阀阀杆的行程 。  图 2 为 Open Position 传感器测得的数据 ，   图示数据表示 排气阀开启的状态。图 3 为 Closed Position 传感器测得 的数据，图示数据表示排气阀关闭的状态。图 4 所示数 据为排气阀动作的时间 ，  从 FCM-20 模块将开阀指令 发出到排气阀开度达到 15%的这段时间称为 Openning Deadtime；相反，从关阀指令发出到排气阀达到 85%的 关闭状态，这段时间称为 Closing Deadtime。图 5 为 On Time Open/Close 界面 ，  代表共轨电磁阀从一种状态动 作到相反状态所需时间，如果该时间大于 2.5 ms，说明 共轨电磁阀故障。

利用排气阀曲线可以精确记录下每个排气阀在开 启或者关闭过程中的趋势图 ，  点击 FlexView 软件左上 角 view 选项方可查看。不同气缸的曲线可以放在一起 比较，以诊断工作不正常的排气阀。图 6 为故障发生时 保存下来的排气阀曲线 ，  不难看出平直的曲线所代表 的故障排气阀一直处于打开状态。

3   故障诊断分析

3.1   故障现象

        (1)  故 障报警为 ME Exhaust valve 7#  failure，ME Exh. Valve Late/Not Closing(slowdown) ，主机被迫 降速 运行。

        (2)FlexView 软件上 7#  缸 Open Position 界面显示 为 6.4 mA/6.7 mA，与其他缸相近；Close Position 显示为 6.5 mA/6.6 mA，而其他各缸都在 15 mA 附近。由此可推 测出排气阀未能正常关闭。

        (3)当主机停车后排气阀偶尔能关闭，但关闭过程 缓慢；启动后又保持在开启位置。

3.2   故障分析及排除

由于是单缸排气阀故障 ，  并且弹簧空气压力与伺 服油共轨压力都在正常范围内 ，   因此使用排除法在与 7# 缸相关的部件中寻找故障点。

        (1)检查空气弹簧单向阀是否堵塞。排气阀不能关 闭，首先推测可能是空气弹簧的单向阀出现问题。空气 弹簧单向阀堵塞使空气不能进入空气弹簧活塞下部或 进气不足而导致排气阀关闭困难 。在拆出单向阀清洁 并装复后，用油头间的压缩空气(6 bar)管接至排气阀， 试验其开关性能，此时，能清晰听见排气阀与阀座的敲 击声，然而在启动主机后故障未见任何改观。

        (2)检查排气阀阀杆是否积碳。主机经过长时间的 工作，就可能会在排气阀阀杆结上油泥或者积碳，排气 阀运动就会受阻，导致排气阀关闭困难。准备工具对故 障排气阀进行更换。然而在按下滑油泵停止按钮的一 瞬间，FlexView 界面上 7#  缸 Close Position 数据从之前 的 6.0 mA 瞬时变到 14.9 mA，即排气阀能迅速关闭，意 味着排气阀阀杆的运动并未受阻 ，  排除排气阀阀杆积 碳的可能性。  由于排气阀的关闭发生在关闭滑油泵的 瞬间，因此推测故障可能出现在排气阀的 VCU 单元上。

        (3)更换并检查排气阀的 VCU 单元。更换 7# 缸排 气 阀 的 VCU 单元后再次启动主机 ，  发现故障得以排 除，气阀可以正常关闭。  由此可以确定，排气阀不能正 常关闭是由于 VCU 单元出现故障 。对换下的 VCU 单 元进行拆卸 ，  检查发现除蓄压管补偿油路上的 1 个节 流滤器松脱外，未见其他异常。结合说明书推断得出：故障的发生很可能就是由于此节流滤器的松脱 ，  进入 蓄压管的补偿油的流量增大，压力升高，使得关阀时弹 簧空气需要克服的背压增大，从而导致关阀困难。

此次故障的成功排除 ，  得益于在停滑油泵的一瞬 间，观察到 FlexView 界面上排气阀状态的变化，进而推 断故障点可能出现在 VCU 单元上，避免耗时耗力更换 排气阀。

3.3   排气阀的日常保养维护工作

若遭遇排气阀故障 ，  在确定弹簧空气单向阀无问题的前提下，建议先停掉滑油泵，看排气阀能否正常关 闭，再停掉弹簧空气的供应，看排气阀能否正常打开。如果开关都正常 ，  可以基本排除排气阀本体故障的可 能性，转而从伺服油路上找故障。  同时，也可以借助伺 服油服务泵在 FlexView 软件上手动测试排气阀的相关 性能 ，  测试时安排人员到对应排气阀处用手握住蓄压 管(也可侧耳倾听)，感知其脉动。若没有脉动或脉动微 弱，可基本确定 VCU 存在故障。

另一方面 ，   良好的日常管理对避免排气阀故障的 发生也起着积极的作用，建议做到以下几点。

        ( 1) 每 天 及 时 放 残 ，放掉空气干燥器里的凝水 以及弹簧空气总管里的残油 ，  减小单 向 阀脏堵 的可 能性。

        (2)及时清洗主滑油自冲洗滤器和伺服油自冲滤器，确保滑油洁净。

        (3)加强对滑油分油机的维护管理，控制分油温度 在 90 ~ 95 ℃，提高分离效果。

        (4)定期对弹簧空气单向阀、VCU 上滤器以及排气 阀顶上滤器进行拆检和清洁。

        (5)每天巡回检查时应注意各缸蓄压管温度和脉 动有无异常。

        (6)多关注 FlexView 软件上各参数变化，定期以截 屏方式将数据保存下来，以备日后对比，对变化明显的 排气阀要格外关注，并及时做出预案。

        (7)无论何时，在关弹簧空气之前先停滑油泵，开 滑油泵之前先确定弹簧空气已经开启 ，  防止排气阀卡 死在开启状态。

  来源：航海技术,作者张波