某船气路阀件阻塞导致敲缸及个别缸不发火故障分析

贾小平，陈正昂，于永妍

(青岛远洋船员职业学院， 山东 青岛 266071)

某散货船，主机型号为MAN B＆W 6S60MC，缸径600 mm，冲程2 292 mm，额定功率12 240 kW，额定转速105 r/min，启动空气压力3.0 MPa，控制空气压力0.7 MPa，主机遥控系统的上层电控部分为AC-4，配备DGS8800e数字调速系统，底层为主机厂家提供的常规气动操纵系统。

1 故障现象

某日该船靠天津新港机动航行过程中，主机No.1缸出现不发火现象，期间偶尔几次发火成功即伴随着严重的敲缸声，当时用手检查连接油头的高压油管，感觉脉动正常，放下排气阀阀位指示器(说明书上标注为 LIFT-ROTATION CHECK ROD)，简单观察后感觉排气阀动作正常，与在船工作时间较长的机工了解情况后得知，以前No.1缸也曾几次在机动航行过程中出现敲缸及不发火现象，当时船上组织排查，但未查出原因，总结后得出如下特征。

1)故障一般出现在机动用车过程中，海上定速航行时主机工作正常。

2)故障并不是每次机动航行就一定会出现，具有不确定性。

3)如果停车较长时间后再启动主机则出现故障现象的概率会低一些。

4)主机的启动性能未受影响

2 故障查找过程

船靠港后，打开扫气箱道门，盘车检查No.1缸的活塞及活塞环，状态均良好，但横隔板上方积存着较多未燃的重油，当时便怀疑由于油头喷射雾化不良，导致在机动航行的低负荷条件下发火困难燃烧粗暴，从而产生敲缸和不发火现象，于是将No.1缸油头换用备件。然而离开天津新港过程中No.1缸又出现不发火现象，开航后约25 min左右，No.1缸开始正常发火，待加速到NAV.FULL后，主机工作一切正常。

20多天后，靠泊弗里曼特尔港机动操车过程中，No.1缸又间断性出现敲缸及不发火现象，而且有轮机员反映，主机换向过程中，如果换倒车，则换向汽缸放气的声音非常明显，动作轻快，而换回正车时却几乎听不到压缩空气泄放的声音，虽然能够换向成功，但换向时间长，换向困难，正常来讲不管正倒车，换向时都应该有放气声，于是开始怀疑换向气路有问题导致No.1缸燃油凸轮换向不到位，影响了喷油定时，从而导致故障现象发生。该船简化的换向气路如图1所示，和换向功能密切相关的主要有正车换向阀⑩和倒车换向阀○11以及各个换向汽缸，根据图1分析可知，换正车时各个换向汽缸右侧的压缩空气通过○11号阀的上位泄放，只有○11号阀的泄放通道不畅，才会导致换正车过程较困难而且没有放气声，找到○11号阀后发现，该阀一个通大气口被厚厚的油漆几乎堵死，说明在以前的防锈保养过程中，操作人员比较粗心，刷油漆时没有注意阀件的孔道，而该气口正是泄放倒车控制空气的通道，因其被油漆遮堵致使换正车时换向活塞运动过程中背压升高阻力增大，换向速度慢而且没有明显的放气声，于是对○11号阀的气口进行清洁处理并拆检内部密封件，同时为了保险起见，对No.1换向汽缸也进行了换新且检查了换向凸轮机构，但未发现其他问题。做了这些工作后，离港过程中换向迅速，正倒车均可听到明显的放气声，而且也没有出现敲缸现象。

图1 换向气路简图

然而，故障并没有就此排除，在接下来的航次中，船靠墨尔本，机动航行时主机状态明显变差，No.1缸和No.2缸2缸交替出现不发火现象，敲缸声不绝于耳，当放下排气阀阀位指示器检查时发现，No.1缸排气阀的动作与先前检查时差不多，但No.2缸排气阀的动作幅度较小，明显没有关闭，接下来驾驶台进行停车和倒车操作，倒车启动成功后，再次检查阀位指示器，No.2缸排气阀升程恢复正常范围，No.1缸、No.2缸又正常发火，至此，才考虑到排气阀空气弹簧方面的问题。

3 故障的排除

靠港完车后，首先检查No.1缸、No.2缸空气弹簧密封性，方法为:停主机凸轮轴油泵，关闭空气弹簧的供气截止阀，开始计时，利用阀位指示器观察排气阀启闭状态，正常来讲，如果密封良好，则排气阀保持原位的时间应多于1 h，经试验2缸空气弹簧密封性均满足要求。

接下来检查No.1缸、No.2缸空气弹簧的密封空气控制单元，未发现异常。研究该船气动操纵系统图后发现，各缸空气弹簧与控制气源之间只有一个手动截止球阀③，如图2所示，将③号阀拆检后发现，其进气接头内套接了一个空心螺塞，而该空心螺塞与壳体之间的缝隙几乎都被黑色的油泥填满，将阀柄转至开启位置用嘴吹几乎不透气，估计很长时间没有保养过了，于是将③号阀解体清洁、更换气封后装复，在接下来的离港机动航行过程中，主机工作的声音清脆干净，节奏均匀，一连几个航次都一切正常，困扰很久的故障终于解决。

对于该空心螺塞的作用，推测为附加的临时滤器，因为在其他船的燃油系统中曾遇到过类似的情况，打电话询问厂家后被告知，为防止新造船舶管路污染而在接头内套接临时滤器，只要系统正常运行一段时间后该临时滤器便可拆除，而此处的③号阀只是起到截止的作用，所以空心螺塞也不应有其它用途。

图2 空气弹簧气路简图

4 故障机理

由于③号阀脏堵引起严重节流，导致空气弹簧的补给不畅、压力不足，由于主机各缸空气弹簧密封及阀杆运动阻力的差异性，导致个别缸排气阀首先出现故障现象，其阀位指示器大致看起来好像正常，但实际上有一定间隙没有完全关闭，不容易被发现。

在主机机动航行的低负荷条件下，主机转速较慢，在压缩冲程开始时活塞加速度较低，随着压缩的进行，新鲜空气从未完全关闭的排气阀流失，导致主机达不到压燃发火所需条件，如果某次偶尔发火成功，则先前几次喷到汽缸里面的燃油一次性点燃，由爆燃及排气阀的冲击性落座导致敲缸。而当主机加速后，活塞运动速度增加，压缩过程进行得更快，压缩冲程开始时缸内的新鲜空气以更快的速度从排气阀未关闭的缝隙冲出，根据流体力学的结论，流体运动速度越快则对周围的压强越小，所以排气阀受到缸内新鲜空气向上的托举力越大，该作用力会帮助空气弹簧尽快关闭排气阀，使得流失的新鲜空气减少，所以在高负荷运行时主机则一切正常。停车时空气弹簧不动作，耗损的空气少，再经过③号阀的慢慢补充，所以停车较长时间后再启动主机出现故障现象的概率就会小一些。由于受③号阀脏堵节流的影响具有一定的偶然性，而且受影响的缸数不多，仍然能够满足主机发火所需的最少缸数 (2冲程为4缸)，所以主机的启动性能未受影响。于是，本故障点可以解释所有的故障现象。

5 总结与反思

1)关于排气阀阀位指示器。MAN B＆W MC系列主机的空气弹簧活塞上方安装了阀位指示器(CHECK ROD)，且空气弹簧活塞顶部车削了一段沟槽，沟槽两端为雪橇型平滑过渡，如图3和图4所示，平时该指示器被抬起，以避免在主机工作时产生不必要的摩擦和磨损，使用时可将其旋转一个角度后放下。当排气阀往复运动时，该指示器随空气弹簧活塞一起运动指示排气阀启闭状态，当排气阀旋转运动时，该指示器便有一部分时间落在沟槽中，使得最高升程发生一定变化。因此该指示器可以指示排气阀的启闭和旋转2种运动，这就要求在平时的管理中注意观察和标记，以便能精准地判别排气阀的工作状态。

图3 排气阀阀位指示器图

图4 空气弹簧活塞顶部的沟槽图

2)注意细节。其实在整个故障诊断过程的最开始，离真相就只差一步，检查排气阀阀位指示器时，只是目测动作范围大致正确就以为排气阀关闭正常，后又怀疑燃油的喷射和雾化等其它原因，但通过后来的仔细观察及故障的分析和排除证明，故障缸的排气阀并没有完全关闭，如果当时能够注意细节，察觉问题，分析原因，那么将会少走很多弯路。

3)注意日常管理。主机气动操纵系统结构复杂，阀件众多，环环相扣，但大部分故障的发生都是由日常管理不足所埋下的隐患所致，所以日常工作中要注意及时排放主空气瓶的残液，定期清洗空气系统滤器和干燥器，保持气源无水、无油、无尘，以减少脏堵，延缓老化，同时应根据说明书的要求，结合实际情况针对各阀件确定合理的保养检查周期并落实到位。