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

船舶講武堂 2021-07-08

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隨著全球航運市場競爭不斷加劇以及國際海事組織對防止大氣污染的要求越來越嚴(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)速時的穩(wěn)定性受到各大船東的青睞；主機(jī)作為船舶心臟，對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)重要的運動工作部件，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。

來自主空氣瓶的壓縮空氣經(jīng)過減壓閥（壓力降至約6-6.5 bar）和干燥器后，經(jīng)過一個單向閥作用到排氣閥雙級活塞下部，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，排氣閥打開，雙級活塞下部空氣經(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)過排氣閥控制單元（ExhaustValve Control Unit，簡稱VCU）連接到排氣閥雙級活塞頂部，用于開啟排氣閥。

VCU定時由WECS-9520模塊控制，每一個VCU上包含一個共軌電磁閥和一個兩位三通閥，控制伺服油從共軌管到VCU再到回油管的進(jìn)出。排氣閥開啟角度是由FCM-20模塊根據(jù)測量到的曲軸角度，理論開啟角度和可變排氣閥開啟角度計算出來的。

液壓排氣閥工作原理

當(dāng)FCM-20模塊給出開閥信號，共軌電磁閥動作，上閥腔工作，伺服油流過共軌電磁閥的上閥腔，推動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，則伺服油流過兩位三通閥的上閥腔，進(jìn)入伺服活塞下部，并推動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，推動排氣閥上部的雙級活塞，使閥桿向下運動打開排氣閥。當(dāng)共軌電磁閥接收到關(guān)閉信號時，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。排氣閥閥桿的運動通過兩個位置傳感器反饋給WECS-9520，在集控室電腦軟件中用電信號來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起和關(guān)閉狀態(tài)時，各缸位置傳感器反饋電流大小。從WECS-9520給出開啟排氣閥的指令到行程開始動作的時間稱為opening deadtime，從WECS-9520給出關(guān)閉排氣閥的指令到行程開始動作的時間稱為closing deadtime。這個deadtime會通過稍微提前一點點觸發(fā)排氣閥電磁閥，來補(bǔ)償來自液壓和機(jī)械系統(tǒng)的時間延時。在圖中，顯示出了共軌電磁閥從一種狀態(tài)動作到相反狀態(tài)所需的動作時間，時間越短說明電磁閥響應(yīng)靈敏，工況就越好。如果這個時間大于2.5 ms，通常說明共軌電磁閥故障。

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報警，集控室電腦顯示（MEExh. Valve Late/NotClosing(slowdown)警報，緊接著MEExhaust valve#7fail報警，在openposition界面，主機(jī)7缸排氣閥的兩個位置傳感器顯示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，一直處于開啟狀態(tài)。

3．故障分析與排除

在主機(jī)慢車運行時對故障原因進(jìn)行初步排查：

首先，檢查7缸壓縮空氣接頭是否松動，這是此類故障中最常見的原因。經(jīng)過檢查發(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作時間都在1 ms 左右，與其他缸基本一致，屬無故障。

停車檢查：

嘗試在電腦界面中手動開、關(guān)排氣閥，發(fā)現(xiàn)排氣閥可以開啟，且蓄壓管脈動正常，說明開啟過程中兩位三通閥上閥腔可以正常工作，伺服活塞無泄漏，節(jié)流孔無臟堵。關(guān)閥時，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?；蛘咚欧钊滦锌ㄗ?。

停主滑油泵、關(guān)壓縮空氣，將單向閥拆下試驗，發(fā)現(xiàn)單向閥工況良好，裝復(fù)后動車試驗，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，發(fā)現(xiàn)電腦closedposition界面中，七號排氣閥由之前的6.7mA瞬時變?yōu)?5mA，說明排氣閥能夠迅速關(guān)閉。不存在伺服活塞下行卡阻的問題。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，動車后，主機(jī)工作正常。

解體換下來的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)，致使兩位三通閥動作緩慢，上閥腔長時間工作，伺服油無法泄放，排氣閥一直處于開啟狀態(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有通過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)動機(jī)構(gòu)取代凸輪頂桿排氣系統(tǒng)。這些機(jī)構(gòu)的活動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：

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

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

動沖洗濾器、伺服油自動沖洗濾器以及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，應(yīng)注意電腦界面上的各個參數(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)航運學(xué)院

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