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【摘 要】 為解決實(shí)際工作中排氣閥空氣系統(tǒng)故障，基于MAN B&W直流掃氣型船用柴油機(jī)排氣閥空氣系統(tǒng)的工作原理，介紹關(guān)閥力不足和非正常關(guān)閥兩種故障現(xiàn)象，分析產(chǎn)生故障的原因，根據(jù)實(shí)際操縱，提出以下應(yīng)對(duì)措施：進(jìn)行排氣閥開(kāi)、關(guān)試驗(yàn)；結(jié)合新型ME機(jī)型空氣系統(tǒng)，精確控制排氣閥啟閉定時(shí)；使用新型密封材料。

【關(guān)鍵詞】 柴油機(jī)；彈簧空氣；氣封空氣；控制空氣；關(guān)閥力；排氣閥

MAN B&W直流掃氣船用柴油機(jī)的排氣閥，采用空氣彈簧取代機(jī)械彈簧。壓縮空氣除了提供排氣閥關(guān)閥動(dòng)力即“彈簧空氣”以外，還為排氣閥提供“氣封空氣”和“控制空氣”。

在實(shí)際工作中，排氣閥的空氣系統(tǒng)運(yùn)行相對(duì)平穩(wěn)，故障極少，常被船舶操縱人員所忽視，因此，一旦出現(xiàn)故障，較難以應(yīng)對(duì)處理。

本文在介紹排氣閥三路空氣系統(tǒng)的工作原理的基礎(chǔ)上，針對(duì)排氣閥非正常關(guān)閉的故障現(xiàn)象，分析產(chǎn)生的原因。結(jié)合新型ME機(jī)型空氣系統(tǒng)，提出應(yīng)對(duì)措施，對(duì)船舶操縱人員的實(shí)際工作具有一定的指導(dǎo)意義。

1 排氣閥及其工作原理

1.1 排氣閥的三路空氣

1.1.1 彈簧空氣

從空氣瓶來(lái)的壓縮空氣，減壓成0.7 MPa的壓力空氣，分成三路后進(jìn)入主機(jī)控制系統(tǒng)，稱之為主機(jī)的控制空氣、安全空氣和彈簧空氣，其中，彈簧空氣被直接引入排氣閥，作為排氣閥的關(guān)閥動(dòng)力源，即排氣閥的“彈簧空氣”。

在主機(jī)處于“完車(chē)”狀態(tài)時(shí)，通常凸輪軸油泵或主油泵仍繼續(xù)運(yùn)行，其中一個(gè)油泵負(fù)責(zé)為排氣閥提供壓力油。為防止排氣閥油缸內(nèi)的壓力油通過(guò)開(kāi)啟的排氣閥泄漏至主機(jī)氣缸內(nèi)，在沒(méi)有停止油泵前，不允許關(guān)閉彈簧空氣氣源。也就是說(shuō)，在主機(jī)完車(chē)時(shí)，不關(guān)閉彈簧空氣的同時(shí)，確保排氣閥處于可靠的關(guān)閉狀態(tài)。

1.1.2 氣封空氣

彈簧空氣通過(guò)一個(gè)單向止回閥進(jìn)入排氣閥氣缸，在排氣閥氣缸的下部，引出一路彈簧空氣，通過(guò)節(jié)流管，進(jìn)入排氣閥閥套，以起到封阻燃?xì)獾淖饔茫⒎Q之為“氣封空氣”。

在排氣閥開(kāi)啟時(shí)，大量的氣封空氣進(jìn)入氣閥閥套，以阻止燃?xì)膺M(jìn)入排氣閥閥套內(nèi)，減少排氣閥桿上的結(jié)炭，從而起到保護(hù)排氣閥桿以及密封件的作用。

1.1.3 控制空氣

另一路來(lái)自主機(jī)的安全空氣，除了作為主機(jī)安保系統(tǒng)的動(dòng)力源以外，還被引入到排氣閥中，作為排氣閥的“控制空氣”，控制排氣閥的“氣封空氣控制閥（二位二通閥）”（見(jiàn)圖1）。

氣封空氣受控于氣封空氣控制閥，只有在排氣閥控制空氣，即主機(jī)安全空氣開(kāi)啟時(shí)，才能夠打開(kāi)氣封空氣通道。也就是說(shuō)，主機(jī)在備車(chē)和運(yùn)行時(shí)，安全空氣處于開(kāi)啟狀態(tài)，氣封空氣通道開(kāi)通，彈簧空氣通過(guò)節(jié)流管，源源不斷地進(jìn)入排氣閥閥套內(nèi)，形成氣封空氣。

在排氣閥開(kāi)啟過(guò)程中，排氣閥氣缸內(nèi)的彈簧空氣受壓而使氣缸內(nèi)不斷蓄壓，為排氣閥的關(guān)閥提供足夠的反彈力；同時(shí)，小部分的高壓彈簧空氣轉(zhuǎn)化為氣封空氣，使進(jìn)入排氣閥閥套內(nèi)的空氣壓力和流量增加，以加強(qiáng)封阻燃?xì)獾淖饔谩?/p>

在主機(jī)完車(chē)時(shí)，出于安全考慮，須關(guān)閉安全空氣。此時(shí)，氣封空氣控制閥失控，通道被切斷，阻止排氣閥氣缸內(nèi)彈簧空氣進(jìn)入排氣閥閥套內(nèi)，從而減少在完車(chē)時(shí)壓縮空氣的損失（在完車(chē)時(shí)，彈簧空氣處于開(kāi)啟狀態(tài)）。

1.2 排氣閥的關(guān)閥力

0.7 MPa的彈簧空氣通過(guò)一單向止回閥，不斷地向排氣閥氣缸內(nèi)補(bǔ)氣，使氣缸內(nèi)壓力始終保持在至少0.7 MPa。當(dāng)排氣閥在液壓力的作用下開(kāi)啟時(shí)，氣缸活塞下行，壓縮氣缸內(nèi)的空氣，氣缸內(nèi)不斷蓄壓而產(chǎn)生高壓；在關(guān)閥時(shí)，氣缸內(nèi)的高壓空氣形成足夠的反彈力，即關(guān)閥動(dòng)力，使排氣閥能夠跟隨開(kāi)閥油壓的釋放而迅速關(guān)閥。

因此，排氣閥關(guān)閥力量來(lái)自氣缸內(nèi)空氣被壓縮后的反彈力，而不僅僅是彈簧空氣氣源的0.7 MPa壓力。

由于氣缸活塞密封圈采用軟質(zhì)塑膠圈，不存在搭口間隙，具有密封性較好、運(yùn)動(dòng)部件間空氣泄漏少的優(yōu)點(diǎn)，且有0.7 MPa的氣源源源不斷地向氣缸內(nèi)補(bǔ)氣，因此，即使運(yùn)動(dòng)部件間存在少量空氣泄漏，也不會(huì)導(dǎo)致空氣系統(tǒng)故障的發(fā)生。

2 故障現(xiàn)象

2.1 關(guān)閥力不足

若空氣泄漏量大到一定程度，且泄漏量遠(yuǎn)未超過(guò)補(bǔ)氣量，氣缸至少能保持0.7 MPa的氣源壓力；但隨著泄漏量的增加，在開(kāi)閥過(guò)程中，氣缸內(nèi)彈簧空氣蓄壓能力隨之減弱，空氣被壓縮的效果也隨之變差，致使關(guān)閥力不足，造成排氣閥關(guān)閉延遲。

此故障現(xiàn)象通常發(fā)生在一個(gè)做功沖程循環(huán)完成時(shí)，排氣閥還未能完全關(guān)閉，新的開(kāi)閥程序又開(kāi)始運(yùn)行。

2.2 非正常關(guān)閥的現(xiàn)象

在主機(jī)冷車(chē)啟動(dòng)及加速過(guò)程中，非正常關(guān)閥現(xiàn)象尤為明顯。在一個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中，排氣閥未及時(shí)關(guān)閉而造成主機(jī)不發(fā)火或間隙發(fā)火，嚴(yán)重時(shí)會(huì)在主機(jī)氣缸及排煙管內(nèi)形成“冷爆”，對(duì)主機(jī)產(chǎn)生極大危害。

在主機(jī)加速完成后開(kāi)始定速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，關(guān)閥動(dòng)力的不足可借助于主機(jī)氣缸內(nèi)的爆壓，促使排氣閥迅速關(guān)閉，從而消除單缸不發(fā)火現(xiàn)象，使主機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

從以上分析可以看出，由于彈簧空氣泄漏而造成關(guān)閥動(dòng)力不足的故障現(xiàn)象時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，難以捉摸。只有清楚了解排氣閥空氣系統(tǒng)原理，準(zhǔn)確判斷問(wèn)題，才能對(duì)癥下藥。

3 故障原因分析

氣缸內(nèi)的空氣泄漏途徑主要有三處：活塞與氣缸間的空氣泄漏，排氣閥桿與氣缸底座間的空氣泄漏。這兩種是由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件間磨損超限后形成的，處理辦法是及時(shí)更換相關(guān)磨損件。

還有一處空氣泄漏是由于氣封空氣節(jié)流管破損或被人為放大節(jié)流孔后，不能起到節(jié)流作用，從而造成大量彈簧空氣從此處泄漏。該節(jié)流管位于閥套內(nèi)，在燃?xì)獾淖饔孟?，易結(jié)炭而阻塞節(jié)漏孔。部分船舶管理人員在使用機(jī)械方式疏通節(jié)流孔時(shí)，無(wú)意中擴(kuò)大了節(jié)漏孔，使該節(jié)漏孔失去應(yīng)有的節(jié)流作用，大量的彈簧空氣從此處泄漏，削弱了彈簧空氣的反彈力。

在這三處空氣泄漏量之和達(dá)到一定程度后，使得開(kāi)閥過(guò)程中彈簧空氣蓄壓不足而造成排氣閥關(guān)閥的故障。

4 應(yīng)對(duì)措施

4.1 排氣閥開(kāi)、關(guān)閥試驗(yàn)

為確保排氣閥能夠正常關(guān)閉，在對(duì)排氣閥解體檢修后，應(yīng)進(jìn)行排氣閥開(kāi)、關(guān)閥試驗(yàn)：（1）從單向閥處向氣缸內(nèi)引入壓力空氣（機(jī)艙日用空氣），排氣閥能夠自行關(guān)閉；（2）斷開(kāi)壓力空氣，排氣閥關(guān)閉狀態(tài)至少維持15 min以上（經(jīng)驗(yàn)值），而不會(huì)在重力的作用下自行開(kāi)啟；（3）強(qiáng)制打開(kāi)單向閥，釋放氣缸內(nèi)空氣，排氣閥在重力的作用下能夠緩慢開(kāi)啟。

這個(gè)試驗(yàn)結(jié)果表明，排氣閥運(yùn)動(dòng)部件間的密封能力和運(yùn)動(dòng)阻力處于比較合適的狀態(tài)下，才能確保排氣閥的正常工作。

4.2 新型ME機(jī)型空氣系統(tǒng)的簡(jiǎn)化

4.2.1 精確控制排氣閥定時(shí)啟閉

在新型的電噴ME機(jī)型上，對(duì)排氣閥空氣系統(tǒng)進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化。由于采用電噴裝置，能夠精確控制排氣閥定時(shí)啟閉，尤其是在倒車(chē)時(shí)，彌補(bǔ)了MC機(jī)型上排氣閥凸輪不換向的缺陷，使排氣閥定時(shí)和噴油定時(shí)同步改變，并相互匹配，較為精確地控制掃氣效果，縮短排氣閥的開(kāi)啟時(shí)間，防止大量燃?xì)膺M(jìn)入排氣閥閥套。

4.2.2 使用新型密封材料

閥桿密封件采用新型材料，即使有少量燃?xì)膺M(jìn)入排氣閥套，也不會(huì)導(dǎo)致排氣閥的損壞，因此，進(jìn)入ME型主機(jī)排氣閥的空氣僅為彈簧空氣一路，省略了安全空氣和氣封空氣，使排氣閥結(jié)構(gòu)變得更為簡(jiǎn)單。

為了精確控制排氣閥的啟閉，在排氣閥桿處裝有排氣閥桿行程探頭，以檢查排氣閥的啟閉定時(shí)，并反饋給主機(jī)控制系統(tǒng)，形成閉環(huán)控制，從而確保排氣閥的正常工作。