焦宇飛，趙 斌，梁前超，羅 璠

(1.東海艦隊(duì)裝備部，上海 200083;2.海軍工程大學(xué)，湖北武漢 430033)

1 噴油器故障問題的提出

根據(jù)調(diào)研，主機(jī)PC2-5柴油機(jī)廠家規(guī)定的產(chǎn)品壽命在10 000 h以上，按設(shè)計(jì)要求檢驗(yàn)噴油器時(shí)間 (MTBF)最少為3 000～5 000 h以上，按實(shí)際船上每年使用1 000～3 000 h計(jì)算，抽檢噴油器時(shí)間應(yīng)該為3年，壽命可達(dá)10年左右。但近幾年來，該艦多次頻繁出現(xiàn)主機(jī)冷卻水系統(tǒng)故障，均為噴油器故障所造成。該主機(jī)的冷卻水分為海水系統(tǒng)和閉式淡水系統(tǒng)，閉式淡水系統(tǒng)又可分為主機(jī)冷卻水回路和噴油器回路2個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)。噴油器噴嘴與本體之間平面常發(fā)生燃油泄漏于冷卻水之中，造成水污染使2個(gè)淡水冷卻水系統(tǒng)故障，嚴(yán)重影響噴油器散熱冷卻、燒壞。系統(tǒng)水垢嚴(yán)重，艦員不得不經(jīng)常清洗膨脹水箱，嚴(yán)重影響了艦艇的可靠性。1個(gè)待修機(jī)件往往同時(shí)存在多處損傷和各種故障，漏泄是最難解決的，有的部位可能處于未達(dá)極限損傷狀態(tài)，但仍應(yīng)當(dāng)全面加以修復(fù)。

2 噴油器故障問題的分析

本文針對(duì)法國PC2-5柴油機(jī)噴油器常發(fā)故障進(jìn)行了分析，對(duì)預(yù)緊力進(jìn)行了有限元計(jì)算，確定出噴油器常發(fā)故障是噴嘴端平面泄漏引起的高壓油進(jìn)入水中的故障。最后提出了修理工藝及其檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用到實(shí)船上，提高其使用壽命7～10倍。

柴油機(jī)噴油器的結(jié)構(gòu)見圖1所示，它由上、下2部分組成。上部分是噴油器本體，下部分是噴油器的噴嘴。拆卸噴油器時(shí)扳手力矩規(guī)定為540 N·m。噴油器噴嘴也稱為油嘴，其外部結(jié)構(gòu)見圖2所示。拆開圖2中的故障噴油器油嘴后發(fā)現(xiàn)水道(進(jìn)、出口)有嚴(yán)重的水垢存在，水垢將水道的1/3～1/2堵住其水垢縱向較長，形成縱向銹管狀塊。用手摸黃色水垢較硬，可見油嘴傳熱性能很差導(dǎo)致噴油器溫度過高。在圖2油嘴平面上還可看見從油道至水道間的平面上有明顯的油污痕跡，表明噴油器漏油，故汽缸蓋上方的冷卻水觀察口有大量油污溢出。另外，在噴油器平面端面也有明顯的臟物 (黑色)，可見，其修理工藝不規(guī)范，裝配時(shí)留下的臟物也未清洗干凈。

圖1 柴油機(jī)噴油器的結(jié)構(gòu)圖

圖2 油嘴端平面水道水垢示意圖

3 噴油器故障問題的解決

噴油器故障損壞時(shí)，維修人員對(duì)故障零部件進(jìn)行“4-R處理”，即拆除 (Replace)、修理 (Repair)、改造 (Rebuild)以及/或者更換 (Replace)。當(dāng)性能無法滿足其預(yù)定功能時(shí)，要采取故障排除措施，對(duì)故障零部件進(jìn)行拆除、修理、改造或者更換。維修人員必須用主動(dòng)式方法來彌補(bǔ)上述傳統(tǒng)的反應(yīng)式維修措施的不足。主動(dòng)式方法可以在發(fā)生材料或零部件性能衰退很久以前就識(shí)別出造成這些異常的根本原因。預(yù)防性維修即不損毀維修，相對(duì)于損毀維修要高一個(gè)檔次，因?yàn)檫@時(shí)機(jī)器系統(tǒng)仍能工作，只不過性能已經(jīng)下降到臨近故障點(diǎn)了。預(yù)防性維修通過檢試、維護(hù)保養(yǎng)，以及大小修等措施來達(dá)到預(yù)防損毀的目的。這些措施可大體上歸為如下3類:①對(duì)正常工作著的子系統(tǒng)、機(jī)械裝置及需要注意的各個(gè)零部件進(jìn)行日常保養(yǎng)維護(hù)—潤滑、清洗、調(diào)整、更換 (如過濾器)等;②核對(duì)各冗余零部件是否損壞，必要時(shí)予以修理及更換;③檢查或更換將要磨損毀壞的零部件 (如密封件等)。

通過對(duì)近幾年來冷卻水系統(tǒng)的故障元件使用情況定量分析確定其薄弱環(huán)節(jié)。拆解1個(gè)新的噴油器、1個(gè)修理過的噴油器以及1個(gè)待修的噴油器。經(jīng)過對(duì)3個(gè)噴油器的拆卸預(yù)緊力、噴油器本體與噴嘴平面接觸面情況、內(nèi)部結(jié)垢和泄漏情況的對(duì)比分析。采用有限元方法對(duì)預(yù)緊力數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算，剖析了故障的原因，得到了要求的結(jié)果。在此基礎(chǔ)上指出了原有的維修手段的不足，提出了1種新的維修工藝。通過對(duì)攻關(guān)前后收集到的近30組故障數(shù)據(jù)分類判別及參數(shù)計(jì)算表明，采用以下新的維修工藝后柴油機(jī)噴油器的可靠性有較大提高。

4 噴油器故障的修理及檢驗(yàn)工藝

對(duì)于1個(gè)損壞的零件，可能有幾種修復(fù)工藝可供選擇，究竟選用哪一種較為合適，這是在修理前必須慎重考慮的問題。一般來說，對(duì)于1個(gè)具體零件的修復(fù)過程應(yīng)滿足:工藝合理、經(jīng)濟(jì)性好、生產(chǎn)可行3個(gè)方面。

1)工藝合理。由于每1種修復(fù)工藝都有其適應(yīng)的材質(zhì)。所以，在選擇修復(fù)工藝時(shí)，首先應(yīng)考慮待修復(fù)機(jī)械零件的材質(zhì)對(duì)修復(fù)工藝的適應(yīng)性，用于噴油器故障的修理工藝合適不合適。

噴涂工藝在零件材質(zhì)上的適用范圍較寬，金屬零件、碳鋼、鑄鐵和絕大部分有色金屬及其合金零件都能噴涂。在金屬中只有少數(shù)的有色金屬及其合金噴涂比較困難，例如紫銅，由于導(dǎo)熱系數(shù)很大，當(dāng)粉末熔滴撞擊紫銅表面時(shí)，接觸溫度迅速降低，不能形成基本的結(jié)合，常導(dǎo)致噴涂的失敗。另外，以鎢為主要成分的材料噴涂也較困難，用于噴油器故障的修理工藝不合適。

每個(gè)機(jī)械零件磨損損傷的情況不同，修復(fù)時(shí)要補(bǔ)償?shù)母采w層厚度也不一樣。因此，在選擇修復(fù)工藝時(shí)，必須了解各種工藝修復(fù)所能達(dá)到的覆蓋層厚度。主要修復(fù)工藝能達(dá)到的覆蓋層厚度 (其數(shù)據(jù)來源于專門試驗(yàn)研究和長期積累的經(jīng)驗(yàn)):鍍鉻，0.1～0.3 mm，鍍鐵，0.1～5 mm;電刷鍍，0.1～1 mm;噴涂，0.2～3 mm;噴焊，0.5～5 mm;電弧振動(dòng)堆焊，1～2.5 mm;等離子堆焊，0.25～6 mm;手工耐磨堆焊，厚度不限。可以解決該類故障的修復(fù)工藝有:①在噴油器體與噴嘴平面間采用紫銅墊片、軟鋼墊片;②在噴油器體平面與噴嘴平面上刷鍍一層軟金屬;③采用先進(jìn)的研磨工藝。因此對(duì)這3種工藝的特點(diǎn)進(jìn)行分析之后并結(jié)合對(duì)測量數(shù)據(jù)的定量分析選定新工藝。覆蓋層的強(qiáng)度、硬度、覆蓋層與基體的結(jié)合強(qiáng)度以及機(jī)械零件修理后表面強(qiáng)度的變化情況等是評(píng)價(jià)質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是選擇修復(fù)工藝的重要依據(jù)。用于噴油器故障的修理工藝不合適。

2)經(jīng)濟(jì)性好。在保證機(jī)械零件修復(fù)工藝合理的前提下，應(yīng)考慮到所選擇修復(fù)工藝的經(jīng)濟(jì)性。

3)生產(chǎn)可行。選擇修復(fù)工藝要結(jié)合企業(yè)現(xiàn)有的修復(fù)用裝備狀況和修復(fù)水平進(jìn)行。用于噴油器故障的修理工藝是否合適，還應(yīng)注意不斷更新現(xiàn)有修復(fù)工藝技術(shù)，通過學(xué)習(xí)、開發(fā)和引導(dǎo)，結(jié)合實(shí)際采用較先進(jìn)的修復(fù)工藝。我們通過多次調(diào)研，并在翻閱國內(nèi)外資料的基礎(chǔ)上，制定出嘴油器體與噴嘴接觸端面研磨修理工藝及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。在船動(dòng)力機(jī)械領(lǐng)域，引入了新的方法和手段。

研磨修理工藝主要有機(jī)磨和手磨2種方法。機(jī)磨精度高，但投資巨大。手磨工藝簡單實(shí)用，但對(duì)人工的要求較高，所以需要隨時(shí)掌握研磨的程度和質(zhì)量。手磨工藝如下:一般采用3步磨法，其研磨膏采用W10，W7及W3.5號(hào)，分別研磨10 min左右，若檢驗(yàn)合格，最后用W1.5號(hào)研磨拋光。

檢驗(yàn)工藝標(biāo)準(zhǔn):圖3是檢驗(yàn)噴油器本體平面或噴嘴平面合格的方法之一，即使用光學(xué)平面平晶檢驗(yàn)端面平面度示意圖。采用光學(xué)平面平晶 (D60)檢驗(yàn)2個(gè)端平面的平面，干涉條紋越少其平面度越好。圖4表示平面是凹面時(shí)的干涉條紋，顏色為紅-黃-紅相間。圖5表示平面是凸面的干涉條紋，顏色為黃-紅-黃相間。少于或等于3個(gè)干涉條紋的是合格產(chǎn)品。修理后的平面度、粗糙度、垂直度等合格標(biāo)準(zhǔn)為:①表面平面度，少于或等于3條干涉紋帶0.9 μm;②表面粗糙度，小于或等于0.2 μm;③平面對(duì)針閥副面的垂直度，應(yīng)滿足 GB 1184的7級(jí)公差;④使用專用工具擰緊噴油器，套筒的預(yù)緊力到規(guī)定的力矩值800 N·m。

圖3 光學(xué)平面平晶檢驗(yàn)油嘴端面平面度示意圖

圖4 凹面干涉條紋示意圖

圖5 凸面干涉條紋示意圖

需要指出，維修不只是對(duì)故障原件本身的修復(fù)，而是一整套解決方案，包括修復(fù)后的安裝工藝以及故障根源的解決。例如本例中的安裝預(yù)緊力以及冷卻水水質(zhì)的問題，還有手磨工藝對(duì)工人的個(gè)人素質(zhì)要求較高，需要隨時(shí)掌握研磨的程度和質(zhì)量。若檢驗(yàn)合格，最后用W1.5號(hào)研磨拋光。

5 結(jié)論

噴油器修理工藝應(yīng)達(dá)到預(yù)緊力矩Mn=800 N·m，表面平面度≤0.9 μm，粗糙度≤0.2 μm，裝配時(shí)噴油器本體和噴嘴接觸表面不能有任何臟物。同時(shí)滿足以上條件的噴油器才是合格產(chǎn)品，使用時(shí)才不會(huì)發(fā)生噴嘴平面的泄漏問題。應(yīng)用實(shí)際表明，噴油器的檢驗(yàn)時(shí)間 (MTBF)由原來的380 h，提高到3 000 h以上。從而有效地提高了柴油機(jī)的使用可靠性水平。