【原】電噴主機(jī)運(yùn)行中突發(fā)排氣閥不能關(guān)閉，引發(fā)透平喘振并故障降速，正解來(lái)了.......

船舶講武堂 2021-07-08

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隨著全球航運(yùn)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇以及國(guó)際海事組織對(duì)防止大氣污染的要求越來(lái)越嚴(yán)格，智能型電噴主機(jī)以他特有的經(jīng)濟(jì)性、低排放和低轉(zhuǎn)速時(shí)的穩(wěn)定性受到各大船東的青睞；主機(jī)作為船舶心臟，對(duì)保證船舶正常航行具有重要意義；排氣閥作為船舶柴油機(jī)重要的運(yùn)動(dòng)工作部件，直接與高溫高壓的燃?xì)饨佑|，工作條件極為惡劣，也極易發(fā)生故障；7RT-flex60C型電噴主機(jī)采用液壓排氣閥，在工作原理和日常管理上與傳統(tǒng)的凸輪頂桿排氣系統(tǒng)的主機(jī)還有很多差別。因此積累一些電噴主機(jī)液壓排氣閥的管理經(jīng)驗(yàn)很有必要。

1．工作原理

上圖為液壓排氣閥工作原理圖，排氣閥的工作介質(zhì)為壓縮空氣（也稱空氣彈簧）和伺服油，他們分別連接到空氣彈簧總管和伺服油共軌管。

來(lái)自主空氣瓶的壓縮空氣經(jīng)過(guò)減壓閥（壓力降至約6-6.5 bar）和干燥器后，經(jīng)過(guò)一個(gè)單向閥作用到排氣閥雙級(jí)活塞下部，形成空氣彈簧，用于關(guān)閉排氣閥。當(dāng)蓄壓管油壓高于空氣彈簧壓力（6-6.5 bar）時(shí)，排氣閥打開(kāi)，雙級(jí)活塞下部空氣經(jīng)節(jié)流孔泄放回空氣彈簧總管。

主機(jī)滑油經(jīng)伺服油泵（壓力可達(dá)100-200 bar）泵入伺服油共軌管，經(jīng)過(guò)排氣閥控制單元（ExhaustValve Control Unit，簡(jiǎn)稱VCU）連接到排氣閥雙級(jí)活塞頂部，用于開(kāi)啟排氣閥。

VCU定時(shí)由WECS-9520模塊控制，每一個(gè)VCU上包含一個(gè)共軌電磁閥和一個(gè)兩位三通閥，控制伺服油從共軌管到VCU再到回油管的進(jìn)出。排氣閥開(kāi)啟角度是由FCM-20模塊根據(jù)測(cè)量到的曲軸角度，理論開(kāi)啟角度和可變排氣閥開(kāi)啟角度計(jì)算出來(lái)的。

液壓排氣閥工作原理

當(dāng)FCM-20模塊給出開(kāi)閥信號(hào)，共軌電磁閥動(dòng)作，上閥腔工作，伺服油流過(guò)共軌電磁閥的上閥腔，推動(dòng)VCU 內(nèi)部的兩位三通閥，使兩位三通閥下閥腔工作轉(zhuǎn)為上閥腔工作，則伺服油流過(guò)兩位三通閥的上閥腔，進(jìn)入伺服活塞下部，并推動(dòng)伺服活塞向上快速壓縮，蓄壓管里的滑油便形成高壓，克服空氣彈簧壓力，推動(dòng)排氣閥上部的雙級(jí)活塞，使閥桿向下運(yùn)動(dòng)打開(kāi)排氣閥。當(dāng)共軌電磁閥接收到關(guān)閉信號(hào)時(shí)，共軌電磁閥轉(zhuǎn)為下閥腔工作，伺服油被截止，兩位三通閥上部控制油由回油管泄放，此滑閥在彈簧力的作用下回復(fù)到關(guān)閉位置，下閥腔工作，則伺服活塞下部伺服油由回油管泄放，蓄壓管壓力降低，排氣閥在空氣彈簧的作用下達(dá)到關(guān)閉位置。排氣閥閥桿的運(yùn)動(dòng)通過(guò)兩個(gè)位置傳感器反饋給WECS-9520，在集控室電腦軟件中用電信號(hào)來(lái)顯示出排氣閥的行程。

如上圖，Open Pos.Sensor1/2和 Closed Pos.Sensor1/2顯示排氣閥在分別處于開(kāi)起和關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，各缸位置傳感器反饋電流大小。從WECS-9520給出開(kāi)啟排氣閥的指令到行程開(kāi)始動(dòng)作的時(shí)間稱為opening deadtime，從WECS-9520給出關(guān)閉排氣閥的指令到行程開(kāi)始動(dòng)作的時(shí)間稱為closing deadtime。這個(gè)deadtime會(huì)通過(guò)稍微提前一點(diǎn)點(diǎn)觸發(fā)排氣閥電磁閥，來(lái)補(bǔ)償來(lái)自液壓和機(jī)械系統(tǒng)的時(shí)間延時(shí)。在圖中，顯示出了共軌電磁閥從一種狀態(tài)動(dòng)作到相反狀態(tài)所需的動(dòng)作時(shí)間，時(shí)間越短說(shuō)明電磁閥響應(yīng)靈敏，工況就越好。如果這個(gè)時(shí)間大于2.5 ms，通常說(shuō)明共軌電磁閥故障。

2．故障現(xiàn)象

某輪采用Wartsila- sulzer的7RT-flex60C智能型電噴主機(jī)，在航行途中，主機(jī)透平突然發(fā)生喘振，車速瞬間下降，主機(jī)故障SlowDown報(bào)警，集控室電腦顯示（MEExh. Valve Late/NotClosing(slowdown)警報(bào)，緊接著MEExhaust valve#7fail報(bào)警，在openposition界面，主機(jī)7缸排氣閥的兩個(gè)位置傳感器顯示6.9mA和6.8mA，與其他缸相近。在closedposition界面，這兩個(gè)位置傳感器顯示6.7 mA 和6.8 mA，而其他缸都在15 mA附近，可知7缸排氣閥發(fā)生故障，一直處于開(kāi)啟狀態(tài)。

3．故障分析與排除

在主機(jī)慢車運(yùn)行時(shí)對(duì)故障原因進(jìn)行初步排查：

首先，檢查7缸壓縮空氣接頭是否松動(dòng)，這是此類故障中最常見(jiàn)的原因。經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)管路未泄露，供給壓縮空氣正常，壓力為6.1 bar。

其次，檢查7缸FCM-2 0 模塊是否發(fā)生故障，檢查發(fā)現(xiàn)排氣閥open和close的狀態(tài)指示燈很有規(guī)律地交替閃亮，模塊相同其他缸且接線牢固。

然后，在on time open/close界面觀察共軌電磁閥的動(dòng)作時(shí)間都在1 ms 左右，與其他缸基本一致，屬無(wú)故障。

停車檢查：

嘗試在電腦界面中手動(dòng)開(kāi)、關(guān)排氣閥，發(fā)現(xiàn)排氣閥可以開(kāi)啟，且蓄壓管脈動(dòng)正常，說(shuō)明開(kāi)啟過(guò)程中兩位三通閥上閥腔可以正常工作，伺服活塞無(wú)泄漏，節(jié)流孔無(wú)臟堵。關(guān)閥時(shí)，排氣閥偶爾能關(guān)且速度很慢，判斷故障原因是單向閥、三通閥下閥腔工作不正常或者伺服活塞下行卡阻。

停主滑油泵、關(guān)壓縮空氣，將單向閥拆下試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)單向閥工況良好，裝復(fù)后動(dòng)車試驗(yàn)，故障依舊。

再次停車，準(zhǔn)備拆解兩位三通閥和伺服活塞。在關(guān)閉主滑油泵時(shí)，發(fā)現(xiàn)電腦closedposition界面中，七號(hào)排氣閥由之前的6.7mA瞬時(shí)變?yōu)?5mA，說(shuō)明排氣閥能夠迅速關(guān)閉。不存在伺服活塞下行卡阻的問(wèn)題。故障最可能發(fā)生在兩位三通閥上。更換7缸排氣閥備用VCU，換掉共軌電磁閥和兩位三通閥，動(dòng)車后，主機(jī)工作正常。

解體換下來(lái)的VCU后，發(fā)現(xiàn)大量油污存在于兩位三通閥的閥腔內(nèi)壁上和閥腔與閥桿的微小間隙內(nèi)，致使兩位三通閥動(dòng)作緩慢，上閥腔長(zhǎng)時(shí)間工作，伺服油無(wú)法泄放，排氣閥一直處于開(kāi)啟狀態(tài)。當(dāng)停掉主滑油泵后，共軌管中的伺服油壓力降低，伺服活塞下部伺服油沒(méi)有通過(guò)兩位三通閥的下閥腔泄放，而是由上閥腔泄放回共軌管中，使排氣閥能夠迅速關(guān)閉，這也是電腦closedposition界面中7缸排氣閥由之前的6.7 mA瞬時(shí)變?yōu)?5 mA的原因。此故障是VCU的兩位三通閥閥桿不活絡(luò)，客觀原因是主機(jī)滑油系統(tǒng)的伺服油臟污；主觀原因是管理人員存在主機(jī)滑油分油機(jī)間斷分油和濾器清洗不及時(shí)的情況。

4．結(jié)論

7RT- flex60C型電噴主機(jī)液壓排氣閥和傳統(tǒng)主機(jī)排氣閥相比，電磁閥、兩位三通閥、活塞等驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)取代凸輪頂桿排氣系統(tǒng)。這些機(jī)構(gòu)的活動(dòng)部件多沉浸在伺服油中，而共軌電磁閥和兩位三通閥都是精密偶件，對(duì)伺服油的清潔度要求高，伺服油臟污極易造成排氣閥啟閉故障。為了預(yù)防相似事故，在日常管理中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）合理的縮短主機(jī)吊缸及清潔活塞桿填料函的時(shí)間，保證主機(jī)良好的工況，減少燃燒產(chǎn)物通過(guò)活塞桿填料函進(jìn)入曲拐箱。

（2）應(yīng)加強(qiáng)對(duì)主機(jī)系統(tǒng)滑油的管理和凈化，經(jīng)常清洗主機(jī)滑油自

動(dòng)沖洗濾器、伺服油自動(dòng)沖洗濾器以及VCU上的滑油濾器。

（3）主壓縮空氣瓶定期放殘，保障空氣干燥器正常工作，定期拆檢和清潔空氣濾器、單向閥和節(jié)流孔。

（4）排除故障時(shí)，應(yīng)注意電腦界面上的各個(gè)參數(shù)變化，以快速判斷故障位置，在日常管理中多留意共軌電磁閥、兩位三通閥和活塞的工作狀況。

本文參與人：魏鵬渤海大學(xué)航運(yùn)學(xué)院于桂峰大連海事大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院吳全勝中波輪船股份公司馬建坤渤海大學(xué)航運(yùn)學(xué)院

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