某型船用柴油机配气系统故障2例

陈艳明++左红稳++赵天翔

摘 要：该文首先对船用柴油机的配气系统的定义和组成进行了介绍，随后分析了两例MAN公司生产的8L21/31型船用柴油机典型故障。其中一例为某船海上航行期间同一台机组连续两年气缸单元和增压器分别损坏的两次故障。案例二为某厂进行机组负荷试验时，发现配气系统中的阀桥导杆断裂。两例故障案例看似并无关联，但实质上都是由于阀桥与导杆存在的质量问题引起故障，所以该文将两例案例一起进行讨论分析，望同行在遇到类似故障时起到借鉴作用。

关键词：柴油机 配气系统 故障案例

中图分类号：U67 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）03（b）-0073-02

柴油机工作中，每完成一个工作循环都必须把废气排出气缸，把新鲜空气吸入气缸，进、排气过程必须严格地按照柴油机的定时要求和发火顺序进行，以保证柴油机在最佳工况下正常运行。为此，设置一套系统来完成上述任务，称之为配气系统。配气系统主要包括增压器、空冷器、扫气箱、进气支管及进气阀、排气阀、排气支管、排气总管和消音器组成。配气系统对船舶柴油机的正常运行作用重大，如遇故障应及时进行分析解决。

1 故障案例一

某船发电柴油机使用MAN公司生产的8L21/31型船用柴油機，某日4#机突然出现三个缸不发火的异常情况，该船立刻组织技术人员进行排查，初步了解发现6#缸气缸套有漏水，再打开气缸罩盖，发现进气阀桥和阀桥导杆咬死倒在一边。进一步解体检查，发现6#缸的气缸盖、活塞、气缸套、气阀以及增压器涡轮轴、喷嘴环已不同程度损坏。

一年后，该船反映4#机又在运行中突然出现自动跳闸停机。检查发现3#缸有异常，其中一根进气阀阀杆折断，阀面掉入燃烧室被撞击成饼状，阀杆可以从锁夹部位拔出，活塞、火焰圈、气缸套、气缸盖和喷油器损坏，进、排气凸轮轴挺杆变形弯曲。

该船同一台机连续发生同类故障，质量管理部与技术人员进行全面检查。检查发现：进气阀桥与阀桥导杆卡死，导杆已经脱离气缸盖，4根气阀中，1根断裂，其余3根的阀盘严重敲击变形，损坏的气阀碎片进入增压器后，造成增压器喷嘴环损坏，部分损坏零件返厂进行进一步检查，发现阀桥体孔与导杆摩擦副之间严重拉伤。

上述两起事故，均发现阀桥孔与导杆卡死，导杆卡死后被拔出气缸盖安装孔。初步分析是阀桥孔与导杆的安装质量导致事故发生的。随后，对库房所有的L21-31阀桥体进行了检查，发现其中有少量的阀桥体与导杆配合非常的紧，将导杆拔出后，阀桥体内孔会出现拉痕。检查其中一个配合紧的阀桥体和导杆的尺寸，发现配合间隙为0.04 mm，如此大的间隙，配合应该非常自如。进一步检查发现阀桥体的内孔直线度超差。

2 故障案例二

某日某厂进行8L21-31发电机组负荷试验时，发现3#机组的3#缸排气阀阀桥导杆断裂。

断口宏观形貌分析：断裂位置位于气缸盖安装面下1～2 7 mm的空口倒角处，断裂面上存在两种特征的区域，绝大部断裂面比较比较平坦、细腻，和轴向相垂直，具有典型的剪切断裂特征，隐约可见贝壳纹和放射状条纹，根据贝壳纹的扩展方向判断断裂起源于导杆表面，断裂方面与气阀方向一致。断裂面上有一个很小的区域，比较粗糙，和轴向约成45°角，具有典型的拉伸断裂特征。断口宏观所显示的先剪后拉的形貌具有典型的弯曲应力断裂特征。

阀桥导杆受力状态分析：正常情况下，导杆为阀桥的上下运动起导向和定位的作用，其受力状态仅为承受非压力润滑条件下的阀桥孔与导杆摩擦副的摩擦力。

断裂原因分析：在检查过程中，发现断裂阀桥导杆对应的阀桥组两侧的气阀顶部接触面存在明显的高度差，用高度尺测量两个接触面的高度差为1.3 mm，同时测得两个气阀两个气阀顶部的高度差为仅仅为0.14 mm。按照设计要求，阀桥体的两侧应与两个气阀顶部同时接触。两个高度差不一致说明该法桥两侧存在不能同时接触气阀顶部的情况，从而导致两个气阀不能同时开启。在两个气阀先后开启的情况下，阀桥导杆先后承受气阀弹簧预紧力和作用在气阀阀盘面上的气缸压力的合力对阀桥所产生的弯矩，并在开启过程中在两个气阀间交变。计算得出气阀在先后开启情况下所承受的变交弯曲应力大于600 N/mm2。因此，阀桥体调节螺钉调整不正确产生的弯曲应力使阀桥导杆产生疲劳破坏。

3 两例案例总结

案例一为配气系统的气缸单元和增压器损坏；案例二为配气系统的阀桥导杆断裂，从故障表象来看好像不是一回事，但实质上都是阀桥与导杆的质量问题，所以，放在一起进行总结。

阀桥孔直线度超差、导杆精度差、安装前清洗不彻底或润滑油中有固体颗粒，都会使阀桥孔和导杆的摩擦面接触不好、受力不均，导致摩擦面拉毛、咬死，进而将导杆从气缸盖安装孔中连根拔出，案例一就是由阀桥孔的直线度差造成的。阀桥和导杆咬死后被从气缸盖安装孔中连根拔出，在摇臂的下压作用下向一侧倒下，卡死某一个气阀。于是，阀桥孔直线度的小误差造成了气阀断裂、气缸单元损坏、增压器打坏的严重事故。事实上，阀桥孔的直线度不好、摩擦副之间配合偏紧完全可以在装配过程中发现，这充分暴漏工作人员的责任心不强和管理上有疏漏。

案例二为阀桥导杆直接断裂，发生这类故障应首先对损坏部件进行受力分析，弄清楚受力状态是否正常，有没有附加受力。如果受力状态正常，就要重点分析材料选用是否合适，加工、装配过程中是否造成损伤，是否有应力集中点。如果有附加受力，就要找到附加受力的来源，并针对力的来源采取有效措施。案例二发生后，如果及时对损坏部件进行受力分析，就有可能找到阀桥体的调节螺钉使两个气阀先后开启，导杆在此状态下所承受的交变弯曲应力接近所能承受的疲劳极限，这是最终导致导杆疲劳断裂的直接原因。幸运的是，阀桥导杆断裂后仍然保持在安装孔中，如果在运行中也向一侧倒下，就可能出现比案例一更严重的后果。

4 结语

上述两起故障，均发现阀桥孔与导杆卡死，导杆卡死后被拔出气缸盖安装孔。初步分析是阀桥孔与导杆的安装质量导致事故发生的。案例一为配气系统的气缸单元和增压器损坏，案例二为配气系统的阀桥导杆断裂，从故障表象来看好像不是一回事，但实质上都是阀桥与导杆的质量问题，根据以上两起案例找到附加受力的来源，并针对力的来源采取有效措施。

参考文献

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[2] 赵静一.船舶机电检验[J].燕山大学学报，2009（7）：26-37.

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