王鵬標(biāo)

摘 ?要：WARTSILA RTA主機(jī)閥控式高壓油泵頻繁發(fā)生出油閥碎裂故障，本文從零件設(shè)計(jì)和裝配工藝兩方面，探討引起出油閥碎裂的原因，供同行們參考。

關(guān)鍵詞：WARTSILA 7RTA84-D主機(jī);閥控式高壓油泵;出油閥;壓力導(dǎo)套;旋轉(zhuǎn)角上緊法

0 引 言

某輪主機(jī)型號(hào)WARTSILA 7RTA 84T-D，額定功率29 400 kW，高壓油泵為閥控式高壓油泵。2015年修船時(shí)，所有高壓油泵解體檢查，出油閥、進(jìn)閥、回閥全部換新。2018年3月9日，船舶航行在馬六甲海峽，主機(jī)第5缸突發(fā)排溫低報(bào)警，然后主機(jī)SLOW DOWN，經(jīng)停車拋錨后檢查發(fā)現(xiàn)主機(jī)第5缸高壓油泵咬死，拆檢高壓油泵后確定是出油閥碎裂引起的柱塞偶件咬死，高壓油泵本體被敲壞，通過供應(yīng)緊急備件后恢復(fù)正常。時(shí)隔一年多后，2019年7月再次發(fā)生第1缸高壓油泵出油閥碎裂。2021年2月，廣州分公司的一條姊妹船又發(fā)生第7缸高壓油泵出油閥導(dǎo)套斷裂。連續(xù)多次出現(xiàn)相同的故障，這不是設(shè)備損傷的偶然性，其中還隱藏著可怕的必然性。當(dāng)時(shí)的故障分析報(bào)告認(rèn)為：高壓油泵出油閥，工作條件惡劣，受到強(qiáng)烈的脈動(dòng)沖擊，備件疲勞損傷，導(dǎo)致出油閥導(dǎo)套斷裂。作為后任的輪機(jī)長，吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，認(rèn)真翻閱以前的記錄，我認(rèn)為導(dǎo)致出油閥下部導(dǎo)套碎裂的原因既有備件本身的設(shè)計(jì)缺陷，也與我們的裝配工藝有關(guān)。

1 故障分析

1.1 高壓油泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)

如圖1所示，高壓油泵出油閥B55803裝在閥孔的最下部，帶螺紋的壓力導(dǎo)套B55821緊緊地壓在出油閥閥座上，壓力導(dǎo)套內(nèi)部有彈簧B55837和出油閥限位銷B55835，限位銷上面是閥蓋。柱塞上行時(shí)，高壓燃油從出油閥閥座下面的導(dǎo)套上的斜孔，克服出油閥彈簧的壓力，通過出油閥，進(jìn)入高壓油管，然后進(jìn)入噴油器。

1.2 出油閥導(dǎo)套碎裂分析

（1）本船兩次高壓油泵出油閥導(dǎo)套碎裂都是發(fā)生在出油閥底座和導(dǎo)套結(jié)合處，導(dǎo)套斷裂后受到撞擊，被擠壓成碎小顆粒，大的顆粒在柱塞頭部，把高壓油泵本體都敲壞了，小顆粒進(jìn)入柱塞偶件之間，咬死柱塞偶件。此類型的高壓油泵是成組的，即一組有兩個(gè)高壓油泵，如果高壓油泵本體壞了，代價(jià)會(huì)很大。從閥座斷裂面分析，導(dǎo)套工作環(huán)境惡劣，導(dǎo)套上面的油孔一直受到高壓燃油的沖擊，零件強(qiáng)度可能不夠。圖2和圖3分別是兩次出油閥底座碎裂的照片。圖4是受損的高壓油泵內(nèi)部柱塞偶件和泵體接觸面，圖5是新的出油閥備件。

我們先看看出油閥這個(gè)零件的結(jié)構(gòu)，見圖5，重點(diǎn)是看出油閥閥座，出油閥閥座上面是受壓的臺(tái)階，下部是帶孔的閥桿導(dǎo)套，受壓臺(tái)階的下表面，為了提高表面精度，更好地起到密封作用，下表面在加工過程中，留有砂輪越程槽。我們都知道：軸頸變化時(shí)，通常在軸肩處（也就是軸的截面突變處）會(huì)有過度圓角，過度圓角可以減少應(yīng)力集中，提高軸的整體綜合能力，但是過度圓角也是有限制的，一般過度圓角的半徑不能超過軸半徑的0.5倍，太大會(huì)影響到裝配。出油閥閥座與導(dǎo)套結(jié)合處因加工需要，沒有過度圓角，卻“挖”出了砂輪越程槽，有越程槽也沒關(guān)系，但此處的管壁要加厚，以增強(qiáng)導(dǎo)套的抗疲勞強(qiáng)度，所以，我們看到受壓臺(tái)階下面的一段導(dǎo)套是加厚的。然而，這段加厚的導(dǎo)套周圍又開出6個(gè)斜往上的導(dǎo)油孔，這些導(dǎo)油孔的最高位置，幾乎到了越程槽的位置，這使得采用加厚導(dǎo)套的方法來提高零件的抗疲勞強(qiáng)度，效果卻大打折扣，所以在越程槽周圍零件的抗疲勞程度是嚴(yán)重不足的，這是引起出油閥導(dǎo)套斷裂的原因之一。

（2）我們再看看出油閥上方壓緊出油閥的備件B55821壓力導(dǎo)套，如圖6，英文名稱Pressure Bushes，輪機(jī)英語中“bush”是指帶孔的滑動(dòng)軸承或者導(dǎo)套，帶孔的滑動(dòng)軸承或者導(dǎo)套，一般是徑向受力，軸向不受力的。但這里的pressure bushes軸向要受很大的力，壓力導(dǎo)套內(nèi)部是中空的，里面要裝彈簧和出油閥限位銷，下部的孔是從出油閥出來的高壓燃油經(jīng)過這些孔順著高壓油管，到達(dá)噴油器。

說明書規(guī)定，安裝壓力導(dǎo)套時(shí)要特別注意：

①安裝壓力導(dǎo)套前，先把壓力導(dǎo)套上的螺紋和高壓油泵內(nèi)與之嚙合的螺紋用柴油清洗干凈。

②在壓力導(dǎo)套的螺紋上噴涂二硫化鉬潤滑脂。

③壓力導(dǎo)套上緊時(shí)采用扭矩和旋轉(zhuǎn)角控制，扭力扳手上緊到190 Nm，然后在螺母上做記號(hào)，再用專用扳手按順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°角。

壓力導(dǎo)套沒按規(guī)定的方法上緊，導(dǎo)致出油閥在閥孔內(nèi)松動(dòng)，松動(dòng)的出油閥受到高壓燃油的脈動(dòng)沖擊，出油閥下部的導(dǎo)套在閥孔內(nèi)晃動(dòng)，時(shí)間長了，很容易在零件的脆弱部位發(fā)生疲勞裂紋，最終使出油閥導(dǎo)套碎裂，這個(gè)零件的脆弱部位也就是閥座與導(dǎo)套結(jié)合處，這也是導(dǎo)致這兩起高壓油泵故障的另一個(gè)重要原因。

WARTSILA 7RTA 84T-D主機(jī)許多部件的螺栓上緊時(shí)都要求采取扭矩和旋轉(zhuǎn)角雙重控制，為了達(dá)到更高的安裝精度，角度控制擰緊技術(shù)常常被采用，通過這個(gè)技術(shù)可以讓每一個(gè)螺栓達(dá)到它最大的緊固效果。

2 壓力導(dǎo)套的上緊方法

我們知道零件的上緊一般有3種方法：分別是扭矩上緊法、旋轉(zhuǎn)角上緊法和屈服點(diǎn)上緊法。壓力導(dǎo)套在上緊時(shí)要采用旋轉(zhuǎn)角上緊法，即在上緊壓力導(dǎo)套時(shí)，開始時(shí)使用扭矩控制，把壓力導(dǎo)套旋緊至一個(gè)固定的扭矩值，到達(dá)此扭矩后，再采用旋轉(zhuǎn)角控制，直到達(dá)到預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)角度。正確的使用旋轉(zhuǎn)角控制可以恰當(dāng)?shù)刈尵o固件或者螺栓進(jìn)入材料塑形區(qū)間，同時(shí)還要防止材料因過分受力超過屈服點(diǎn)，造成安全隱患。

旋轉(zhuǎn)角控制能明顯減少鎖緊力的流失，保證達(dá)到足夠的預(yù)緊力。與扭矩上緊法相比，旋轉(zhuǎn)角上緊法不僅高精度地完成了對擰緊的要求，而且充分提高了材料的利用率。在采用旋轉(zhuǎn)角上緊法的時(shí)候，零件會(huì)發(fā)生輕微的塑性變形。所以，在使用旋轉(zhuǎn)角上緊法上緊壓力導(dǎo)套時(shí)，要嚴(yán)格按照說明書規(guī)定的數(shù)據(jù)，旋轉(zhuǎn)的角度不能太大，也不能太小，防止壓力導(dǎo)套以及與之嚙合的螺紋受到損傷。

3 ?經(jīng)驗(yàn)做法

（1）每半年檢查一次高壓油泵出油閥上面的壓力導(dǎo)套是否松動(dòng)，查看旋轉(zhuǎn)角的記號(hào)是否有位移變化。

（2）若發(fā)生出油閥碎裂后，高壓燃油管要徹底沖洗，噴油器要拆檢清洗，因?yàn)榻饘偎樾歼M(jìn)入高壓油管和噴油器后，會(huì)加速磨損噴油器的噴油嘴，致使噴油量過大，引發(fā)主機(jī)燃燒敲缸。

（3）平時(shí)主機(jī)航行時(shí)，打開高壓油泵底部的觀察窗口，經(jīng)常檢查高壓油泵柱塞運(yùn)行狀況;進(jìn)、回油閥挺桿及調(diào)節(jié)螺釘狀況;各彈簧狀況;落油孔是否堵塞;各運(yùn)動(dòng)部件加油等。

（4）高壓油泵外殼檢查，注意檢漏孔是否漏油，各閥壓蓋內(nèi)六角螺栓收緊。

（5）安裝壓力導(dǎo)套時(shí)，說明書規(guī)定要噴涂二硫化鉬潤滑脂，船上一般使用的是二硫化鉬牛油或噴劑，我們知道，二硫化鉬用于摩擦材料的主要功能是低溫時(shí)減少摩擦，高溫時(shí)增加摩擦。摩擦表面使用含有二硫化鉬或三氧化鉬的共聚物時(shí)，當(dāng)摩擦材料處在高溫環(huán)境時(shí)，共聚物中的三氧化鉬顆粒會(huì)隨著溫度的升高而膨脹，起到增加摩擦的作用，從而使相連的兩個(gè)零件更加緊固。同時(shí)含鉬的潤滑劑覆蓋在摩擦表面，能提高材料的抗氧化能力，使材料不易脫落，增強(qiáng)材料的貼附力。

4 結(jié) 語

WARTSILA RTA主機(jī)高壓油泵出油閥碎裂，原因可能是該零件本身存在設(shè)計(jì)缺陷，因?yàn)榇虾苌偃ゲ饳z這種高壓油泵，每次在中間檢驗(yàn)和法定檢驗(yàn)修船時(shí)，船東都會(huì)安排主機(jī)服務(wù)商或?qū)I(yè)人員對主機(jī)高壓油泵進(jìn)行拆檢和調(diào)試，所以，壓力導(dǎo)套沒按規(guī)定的方法上緊引起的出油閥碎裂的可能性不大，除非船上人員在不了解壓力導(dǎo)套的上緊方法的情況下，卻自行拆檢了高壓油泵。因此，作為輪機(jī)管理人員，我們要熟悉這種高壓油泵的結(jié)構(gòu)和拆檢方法，管理思路要開闊，要認(rèn)真查閱說明書。輪機(jī)管理人員要多學(xué)習(xí)與專業(yè)相關(guān)的其他知識(shí)，比如裝配工藝、材料力學(xué)、船用化學(xué)品和滑油的理化性能等，只有認(rèn)真學(xué)習(xí)，不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才能確保船舶設(shè)備正常運(yùn)行。