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本文针对主机型号为MAN B&W 6G50 ME-C排气阀关闭过慢报警故障现象，对排气阀拆卸检查，找出故障原因，对排气阀部件进行修理更换，解决排气阀关闭行程过慢与敲击故障；同时对排气阀空气密封结构进行改进，阻止燃气上窜，减轻排气阀阀杆腐蚀和磨损，实现排气阀稳定的工作。 某船主机型号为 MAN B&W 6G50 ME-C，额定功率8000kW、额定转速82.5r/min，某次航行过程中，该船 No.1 缸与 No.3 缸先后发生排气阀关闭过慢报警故障。No.1 缸排气阀关闭过慢报警，并伴有敲击声，主机控制空气压力降至0.6 MPa，主机自动减速，随后将主机控制空气压力调高至0.7MPa 时，报警消失；但是 No.1 缸排气阀关闭行程还是比其他气缸低，敲击声仍然存在。把控制空气压力增加到0.75MPa 时，No.1 缸排气阀关闭恢复正常，随后把控制空气压力恢复到0.7MPa，但是仔细观察可看到主机控制空气压力有波动。根据轮机员反应，No.1 缸排气阀行程长期低于其他缸，正常航行时 No.1缸排气阀行程与其他气缸一致，但是主机运行30 h后，No.1 缸排气阀行程就会降低，低于其他气缸排气阀行程。No.3 缸排气阀关闭过慢报警，主机自动减速，主机控制空气压力正常，轮机员下机舱自动复位，主机恢复正常转速。检查 No.3缸排气阀发现启闭油管和燃油高压油管均有正常脉动，排温正常，排气阀升程和其他缸无明显差异。20min后主机又发出同样报警，主机减速，不到 1 min主机又自动复位，并自动加车至正常转速。通过现场观察判断，故障可能发生在 No.3 缸排气阀探头，于是停车更换探头，启动主机后正常运转，故障暂时消失。第 2 天，No.3 缸排气阀出现同样报警，主机自动减速，刚开始几次报警后很短时间主机自动复位，主机恢复到正常转速，后来报警就无法自动复位。检查 MOP电脑，No.3 缸每次报警时电流数值和排气阀升程数值不一样，初步判断可能是控制系统或者排气阀机械故障。ME-C 和 MC 实现主机排气阀开关原理相同，都是通过压缩排气阀液压油缸里面液压油顶开排气阀，通过空气弹簧关闭排气阀。二者区别在于 ME-C 机型取消了 MC 机型上的传动凸轮机构，采用0.2MPa～0.3MPa 伺服液压油经过燃油喷射阀执行器（Fuel Injection Valve Actuator, FIVA）后驱动排气阀活塞，排气阀打开和关闭过程由安装在排气阀油缸体上的位置传感器监测，并转换为电流信号或者位移形式显示。如图1所示，ME-C 机型主机排气阀开启，FIVA阀芯上移，向执行机构提供压力油，驱动 2 级活塞上行。1 级活塞提供克服空气弹簧室内气体压力与空气弹簧压力的动力，2 级活塞提供排气阀其余行程驱动力。高压油管内的液压油被压缩后推动液压活塞，进而推动排气阀杆下行，排气阀打开。排气阀打开过程中，自阻尼柱塞、中部阻尼活塞与空气弹簧室内空气活塞都起到缓冲作用，防止排气阀开启时冲击力过大。自阻尼柱塞内部设有阻尼弹簧，对柱塞下行起缓冲作用；中部阻尼油缸内部充满滑油，阻尼活塞下行过程中，对阻尼活塞起缓冲作用；空气活塞下行时，空气弹簧室内压缩空气对活塞起缓冲作用[5]。排气阀关闭，FIVA 阀芯下行，2 级活塞下行，高压油管内液压油泄放，排气阀克服高压油管内油液压力与阀杆重力，在空气弹簧作用下上移，排气阀关闭。两级活塞在油液推动作用下回到原始位置，高压油管内部泄放掉的油液通过单向阀补给，使其内部始终充满油液。排气阀关闭时，空气弹簧室内需要有一定压力空气，推动活塞上行，所以空气弹簧室组件至关重要，包括空气弹簧活塞、空气单向阀、安全阀及密封环等。空气弹簧室空气单向阀损坏、密封环磨损及安全阀设置压力过低都会引起空气弹簧室空气压力过低，影响排气阀关闭行程。FIVA 阀 4 由气缸控制单元控制，并根据预设定时通电（曲柄转角约为 140°）或断电（曲柄转角约 250°），阀芯上下移动，接通或切断压力油。蓄压器 1 作用是防止液压系统油液压力波动，保持液压油压力稳定。主机长期运行过程中，蓄压器膜片可能破损，引起液压油压力波动，所以需要定期检查蓄压器膜片压力值。排气阀驱动装置由液压油进油单向阀 5、节流塞 7和两级活塞 6 组成。单向阀 5 主要是将液压油由低压端导入高压端，并保持高压端一直处于高压状态，同时避免低压端和高压端相互扰动。节流塞 7 的主要作用是确保执行器压力变化稳定，同时将执行器上端油液少量置换，执行器上端油液压力升高，油液温度上升，过大温升损坏部件，置换部分上端低温油液，避免油液持续温度升高。2 级活塞 6 是指排气阀执行器升压过程分为 2 个阶段，在第 1 阶段，活塞 A 和活塞B 在高压液压油驱动下同时向上运动，直至活塞 B 抵达行程终点，高压油管内的油液克服气缸压力和空气弹簧压力提供打开排气阀初始动力；第 2 阶段，活塞A 继续上行，提供动力给高压油管内油液，完成排气阀开阀过程主要行程[7]。空气弹簧室主要由单向阀 17、空气弹簧活塞 14、安全阀 15 及密封环组成。单向阀 17 将控制空气持续导入到空气弹簧室内，使空气弹簧活塞在关阀过程中克服排气阀阀杆重力及高压油管内液压力上行，关闭排气阀。单向阀 17 也可防止空气弹簧活塞下行时，空气弹簧室空气压力过大，反向流入补气管路；同时空气弹簧活塞下行时，气缸内压力增大，可以缩短排气阀关闭时间[7]。安全阀 15 起保护作用，防止空气弹簧室空气压力过大。空气弹簧室密封结构见图2，其密封效果对排气阀行程影响很大。密封效果主要由密封环 1、密封环 2及密封环 3 完成。密封环 1 和密封环 2 对空气弹簧活塞的上下运动起导向作用；密封环 3 密封排气阀阀杆和导套表面，与排气阀杆相对运动，有较大磨损。排气阀中部阻尼油缸上的节流阀回流的油液会通过密封环 1 和密封环 2 进入空气弹簧室，油液不可压缩，累积一定量油液被空气弹簧活塞下行压缩后，通过安全阀释放，经泄油口回流到曲轴箱[8]。ME-C 机型排气阀油缸下部增加了一个检测排气阀位置传感器，排气阀开启定时由安装在主机自由端角度编码器控制。每缸有 1 个独立控制单元（Cylinder Control Unit, CCU），主机运转时，CCU 通过端口 1向 FIVA 阀发送控制信号指令，该指令通过 FIVA 阀执行器转换成对燃油升压器柱塞位移和排气阀启闭开关量控制。FIVA 阀位置传感器 2、排气阀位置传感器 4和柱塞位置传感器 3 负责监控该指令的有效运行。主机正常稳定运行时 FIVA 阀位置传感器、排气阀位置传感器和柱塞位置传感器回路上电流在一个最大值与最小值之间跳动。如果排气阀或者排气阀位置传感器故障，控制单元 CCU 就会认为是排气阀没有打开或者打开不足，控制单元 CCU 自动对该缸发出停油指令，并发出报警；同时 FIVA 阀位置传感器、排气阀位置传感器和柱塞位置传感器回路上电流显示固定值[9]。空气弹簧室密封环 1 和密封环 2 安装时有异物卡阻或密封环质量不好，工作过程中密封环异常磨损，导致空气弹簧室内空气泄漏，造成关阀行程控制空气压力不足以快速关闭排气阀，而漏气又引起控制空气压力波动。空气弹簧室密封环 3 磨损后，气缸内的燃气上窜，导致阻尼活塞油缸弹簧垫片不能正常落座，并受空气弹簧下端的撞击而破碎，以致空气弹簧室内压力不足，排气阀关闭耗时更长，超过预设时间而引发报警。在安装空气弹簧室之前要对气缸下部油腔注入干净润滑油，润滑密封环和排气阀杆，同时对润滑密封环和排气阀杆的接触面进行油封，否则密封环 3 磨损，空气弹簧室空气压力不足，关阀行程过慢[8]。弹簧空气室空气单向阀不能止回，引起空气室压力不足；弹簧空气室自身设定压力过低，引起空气室压力不足，一般设置0.7MPa 左右；或者弹簧空气室安全阀泄漏，引起空气室压力不足，以上几点都会导致排气阀关闭过慢[10]。独立控制单元 CCU、FIVA 阀位置传感器、排气阀位置传感器以及排气阀位置传感器接线盒到 CCU线路发生故障，就会干扰信号传输，导致排气阀行程出现故障，并出现报警。No.1 缸排气阀发生报警后，轮机员把 No.1 缸排气阀空气压力调高至 0.7 MPa时，No.1 缸排气阀依旧关闭过慢，同时伴有敲击声。随后拆卸 No.1 缸排气阀，发现排气阀空气弹簧室密封环 1 有 2 道刮痕，密封环 2 严重磨损，破坏空气弹簧室密封性能，空气弹簧室内空气泄漏，关阀行程控制空气压力不足，导致排气阀关闭过慢。确认敲击声是No.1缸排气阀本体发出，拆卸No.1缸液压油缸，发现排气阀阀杆和空气弹簧活塞位于油缸底部，空气弹簧室空气泄漏严重，通过单向阀补入空气，停止供入后，排气阀阀杆和空气弹簧又回到底部，由此判断密封环 3 漏气。拆除空气弹簧活塞，发现液压油缸底部弹簧垫圈断裂，密封环 3 严重磨损。密封环 3 磨损后，气缸内的燃气上窜，弹簧垫片不能正常落座，引起空气弹簧活塞下部发生撞击破损，引起敲击声，同时空气弹簧室内空气压力不足，排气阀关闭行程过慢。弹簧空气室下部油腔滑油不足，导致密封环 3 严重磨损。弹簧空气室下部油腔滑油主要作用是润滑密封环 3 和排气阀阀杆，同时对密封环 3 和排气阀阀杆接触部位形成油封。通过更换 No.1 缸排气阀空气弹簧室全部密封环，液压油缸弹簧垫圈，弹簧空气室下部油腔充注干净足量的滑油，主机恢复正常运转，No.1 缸排气阀行程恢复正常。No.3 缸排气阀发生报警后，检查 No.3 缸蓄压器压力、排气阀空气弹簧室空气压力及空气单向阀、排气阀执行器进油单向阀均正常，初步判定为控制系统故障；随后检查主机操作界面（Marine Operate Position, MOP）电脑上 No.3 缸绝缘，电噪声为 11 dB（介于其他缸中间水平），把 No.3 缸与 No.2 缸排气阀（工作正常）位置探头互换，检查从No.3 缸排气阀位置探头到 CCU 的线路，重新拨插各个端子并上紧螺丝，重新启动主机，No.3 缸排气阀正常工作，但10h后 No.3 缸排气阀关闭过慢报警再次出现。根据现场排查，最后确定故障可能发生在排气阀位置传感器接线盒到 CCU 的线路[4]。该船排气阀位置传感器接线盒到 CCU 线路长9m，大部分电缆完好地固定在线路支架上，但是中间有0.5m 悬空。这一小段悬空电缆随主机运转而轻微抖动，电缆与铁轧带之间有相对运动，此时启动主机，用手摇动悬空处电缆，主机立刻发出 No.3 缸排气阀行程短报警。排气阀位置传感器接线盒到 CCU 的线路出场时布线不合理，导致悬空线路随主机工作振动而抖动，电缆与铁轧带长期处于相对运动，导致电缆磨损，电缆屏蔽线一旦破损，就会干扰信号传输，导致No.3 缸排气阀行程短报警。剪开铁轧带，发现电缆外皮有轻微破损，停下主机，更换线路，检查固定悬空线路，随后启动主机，No.3 缸排气阀工作正常。空气弹簧室的密封对排气阀关闭行程影响很大，为了提高密封空气压力，防止燃气上窜，减轻排气阀阀杆腐蚀和磨损，减小对排气阀行程的影响，对密封空气结构进行改进，见图4。在空气弹簧室 A 下部增设密封空气室 B，空气弹簧室 A 中空气来自空气瓶（图4中管路 1），密封空气室 B 中空气来自主机操纵系统（图4中管路 2）。当主机备车时压缩空气从管路 1，经过单向阀 3 进入弹簧空气室，同时也到达方向阀 4 前端；主机运行时方向阀 4 打开，管路 1 中空气进入密封空气室 B；主机排气时，液压驱动机构使排气阀阀杆下行，弹簧空气室 A 中空气在弹簧活塞作用下压力升高。由于单向阀 3 作用，弹簧空气室 A 中空气不能倒流，只能经方向阀 4 进入密封空气室 B，密封空气室 B 内的空气压力增加，阻止了燃气排放时的上窜，减轻排气阀杆腐蚀和磨损，减小对排气阀行程影响。1）经过以上故障排除分析得出，ME-C 型主机排气阀关闭行程过短，主要是空气弹簧室密封环磨损、气缸内燃气上窜及安装排气阀时在空气弹簧室下部油腔充注滑油量不足以及排气阀位置传感器接线盒到CCU 的线路部分损坏所导致。通过更换密封环，液压油缸弹簧垫圈，在空气弹簧室下部油腔内补充干净润滑油及更换排气阀位置传感器接线盒到 CCU 的线路，使排气阀工作恢复正常；同时对排气阀密封空气系统结构进行改进，提高了密封空气压力，阻止燃气上窜，减轻了排气阀阀杆腐蚀和磨损。2）排气阀工作状态好坏直接影响主机运行，必须定期更换液压活塞、弹簧空气室活塞和排气阀杆密封环，保证密封腔室良好；定期对单向阀、FIFA 开关阀和传感器等进行检查，保证通道畅通；拆卸时测量排气阀阀杆和阀座有关数据，确保在规定范围之内，以保证排气阀工作正常。作者:江苏海事职业技术学院 轮机电气与智能工程学院 彭 陈
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