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      某輪主機(jī)高壓油泵出油閥碎裂故障分析

      2021-07-29 08:50王鵬標(biāo)
      航海 2021年3期
      關(guān)鍵詞:油閥閥座噴油器

      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(chē)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(guò)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(zhǎng),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(xiāo)B55835,限位銷(xiāo)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(guò)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(lèi)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(jiàn)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(guò)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(guò)度圓角,過(guò)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(guò)度圓角也是有限制的,一般過(guò)度圓角的半徑不能超過(guò)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(méi)有過(guò)度圓角,卻“挖”出了砂輪越程槽,有越程槽也沒(méi)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?chē)珠_(kāi)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(lái)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?chē)慵目蛊诔潭仁菄?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?cè)倏纯闯鲇烷y上方壓緊出油閥的備件B55821壓力導(dǎo)套,如圖6,英文名稱(chēng)Pressure Bushes,輪機(jī)英語(yǔ)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(xiāo),下部的孔是從出油閥出來(lái)的高壓燃油經(jīng)過(guò)這些孔順著高壓油管,到達(dá)噴油器。

      說(shuō)明書(shū)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(rùn)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(zhuān)用扳手按順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°角。

      壓力導(dǎo)套沒(méi)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(zhǎng)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(guò)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(kāi)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(guò)分受力超過(guò)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(duì)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(shuō)明書(shū)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(guò)大,引發(fā)主機(jī)燃燒敲缸。

      (3)平時(shí)主機(jī)航行時(shí),打開(kāi)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(shuō)明書(shū)規(guī)定要噴涂二硫化鉬潤(rùn)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(rùn)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(yǔ)

      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(duì)主機(jī)高壓油泵進(jìn)行拆檢和調(diào)試,所以,壓力導(dǎo)套沒(méi)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(kāi)闊,要認(rèn)真查閱說(shuō)明書(shū)。輪機(jī)管理人員要多學(xué)習(xí)與專(zhuān)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。

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