MAN B&W主机液压驱动式排气阀异常敲击故障分析

摘要：液压驱动、空气弹簧式排气阀由于液压传动系统中某个部件发生故障，造成气阀在打开或关闭时，液压活塞上方的油压和空气活塞内的空气压力严重失衡，而产生异常金属敲击声。当听到敲击声后，要尽快采取措施处理，与驾驶台联系，在征得驾驶台同意之后，主机减速，在条件允许的情况下尽早停车检查，找出故障原因并处理。否则，长时间的敲击会带来其他一系列的问题。
关键词：液压驱动排气阀 敲击声 压力测试
0引言
在凸轮驱动的MAN B&W主机中，当液压驱动的排气阀在传动系统中某个部件发生故障时，很容易发生异常敲击声。在工作中时常会碰到这种情况。事后分析发现，主要是排气阀关闭时，气阀敲击阀座和阀杆，与其顶部的液压活塞产生敲击，在排气阀拆装之后的发生概率会很高。如果在维护保养过程中把工作做得很仔细，这类故障是可以避免的。
1 传动原理
以MAN B&W6S50MC为例，简要分析液压驱动排气阀打开与关闭的动力原理。具有一定压力的凸轮油经止回阀进入液压伺服油缸柱塞的上方，随着凸轮的驱动，柱塞上行，油压上升，高压油经过高压油管进入气阀杆顶部的液压活塞上方，克服空气弹簧的压力及气缸内燃气作用在气阀底面积的压力，打开排气阀；随着凸轮的转动，伺服油缸内的柱塞下行，油压下降，排气阀在空气弹簧压力作用下，克服液压活塞上方液压油卸压后的背压、阀杆自重、摩擦力而关闭。
2 传动系统中部件功能分析
在排气阀的传动系统中，有几个重要部件，如伺服油缸、安全阀、止回阀、节流阀、高压油管、液压活塞、空气弹簧室等是日常维护保养时要特别关注的，其中任何一个部件出现故障均会引起排气阀不正常工作，甚至产生异常敲击声。
轮机人员要掌握整个液压传动与空气弹簧系统中各部件的功能，利用各种机会对各个部件进行拆检和功能测试。
2.1液压伺服器上主要部件的检查
①安全阀，正常开启压力30MPa，主要用来防止油压过高，损坏高压油管及凸轮，过高的油压甚至会让凸轮滑移和凸轮轴损坏。如设定值过低，则会引起液压油压力不足，气阀打开缓慢，甚至打不开排气阀。拆检时，可以利用船上专用的压力测试设备进行测试与调整。
②止回阀，保证进入伺服油缸的滑油正常供应，防止滑油回流。该阀如果不止回，会使液压油量不足，排气阀打开困难，产生延时。
③可调节流阀，主要是用来控制液压油的泄漏量。如果此阀开度过大，则排气阀关闭时油压缓冲不够，容易引起气阀敲击阀座的敲击声。
2.2排气阀顶部放气节流阀的检查
该节流阀的作用是在释放液压油内空气的同时不至于让更多的油泄漏。如果该节流阀被堵了，液压活塞向上移动受阻，气阀关闭阻力变大，甚至会发生阀杆顶部敲击液压活塞而产生敲击声。F轮在试航时，主机运行几小时后，发现NO.1缸排气阀有敲击声，其原因就是该节流阀被堵了，停车后，拆下来此阀，将堵住的垃圾清除后装复试车，故障消失。建议轮机人员每次拆检排气阀时都要检查，确保该阀畅通。
2.3 空气弹簧室有关部件的检查与测试
①安全阀的检查测试，安全阀的开启压力2.1MPa。安全阀设定值过低，空气弹簧作用减弱，会使排气阀打开过快，关闭过慢。如设定值过高或由于积碳卡住，当空气弹簧室内由于某种原因而引起压力过高而得不到释放时，很容易产生敲击声。
正常情况是从排气阀杆顶部的液压活塞处泄漏的滑油会从泄油管回到凸轮轴油箱。然而，排气阀由于空气弹簧室内的气动活塞的密封圈不良，滑油漏到空气弹簧室，过多的滑油聚积在空气室，势必引起空气弹簧室内压力升高，当压力超过设定值（如2.1MPa）时，安全阀应该打开释放聚积的滑油，但如果安全阀积碳而没有打开，此时，空气室内空气容积减少，压缩比增加，使排气阀关闭速度过快，阀杆敲击其顶部的液压活塞而引起异常敲击声。笔者工作过的JT轮主机曾发生过此类故障，停车后逐一对怀疑的部件检查，当拆下空气弹簧室的安全阀时，发现内部有许多油。用压力测试工具检查此安全阀，泵到说明书要求的2.1MPa时没有开启。拆检安全阀，内部积碳严重。清洁并重新调整设定值到2.1MPa，装复试车正常。
②止回阀拆检，功能测试。止回阀不止回，排气阀打开时，空气室形成气垫的作用减弱，会使排气阀打开过快，关闭过慢。
③空气弹簧室的密封装置，最易磨损的是随活塞一起运动的密封环，最好按时更换。活塞衬套内表面的光洁度也要仔细检查，还要检查阀杆在其导套处的磨损情况，测量其外径是否超标。笔者曾碰到过这样的故障，活塞本体上出现裂纹，导致空气弹簧室不密封。
④在主机不运行期间，可以通过以下方法来检查空气弹簧室的密封情况：停止滑油泵，关闭空气供应阀，打开排气阀开关指示杆，观察其关闭状态的保持时间，大于15min为正常。
⑤主机运行时，注意观察排气阀空气的压力表，如发现波动现象，则要择机检查空气弹簧室的各部件的功能。
2.4 排气阀杆顶上液压活塞的检查
①活塞环的密封检查，发现不正常须更换。
②当阀座与阀杆研磨或换新后，要测量液压活塞缓冲销顶部所处的位置高度。其测量方法（见图1，MAN B&W6S50MC），气阀各部件清洁并组装，上端盖不安装。使气阀处于关闭位置，将上端盖内液压活塞取出套在气阀杆顶部，将标准支架支撑在空气弹簧室本体的外台阶，测量出液压活塞缓冲销顶部到支架顶部的距离。这个距离的数值说明书中是有规定的。
案例说明：T轮主机（型号：MAN B&W6S50MC），NO.6缸在一次更换排气阀后试车时，产生气阀敲击阀座的敲击声。重新拆检后发现，该排气阀的阀座与阀杆是新加工件，其表面加工层比原厂标准尺寸各厚了0.5mm，这样就影响了阀杆顶上液压活塞的位置高度（高度下降）。以MAN B&WS50MC为例，厂家要求液压活塞缓冲销顶部到标准支架上边缘的距离h值是47mm～51.2mm，而测量该气阀h的高度为53mm，使得液压活塞缓冲销顶部的液压空间变大，缓冲变弱，引起敲击声。解决方案：用专用工具拆下液压活塞内的垫块，里面增加一片合适厚度的垫片，装复后重新测量h值为51mm。组装好排气阀后，装机试车，一切正常。
2.5 高压油管的检查
拆装后，由于高压油管接头密封处泄漏，引起排气阀关闭时气阀敲击阀座的现象增多。每次拆装时都要检查其密封表面或推力块表面是否有磨损，检查高压油管未端到压力法兰下边缘的距离是否符合要求，确保连接时密封面之间没有间隙，同时安装前确认密封圈正常。主机运行之前，可以通过以下方法检查出高压油管是否内部泄漏，如空气弹簧室供气，启动滑油泵，盘车，打开高压油管外套管两端固定法兰的闷头螺丝。如发现有油迹，则可判断高压油管内部漏油。但由于高压油管内管破损引发液压油泄漏也是可能的。
3 维护管理要点
①主机运行期间，经常仔细倾听各缸排气阀的声音，发现问题及时采取措施。
②严格按照说明书要求，定期拆检排气阀。每次拆检排气阀，是对液压传动系统中各个部件全面检查测试的最好机会，不能把目光仅仅盯在排气阀本体上，更要关注阀杆与阀座换新件或两者运行时间较长，要仔细测量阀杆与阀座的相关数据。
③加强滑油系统管理，保证滑油质量，保证滑油温度正常，过高的油温会增加内部泄漏；经常清洗检查滑油滤器，确保滤器完好，不让杂质进入系统。严禁空气进入系统，空气最易进入系统的地方是泵的吸口处，如轴封、滤器端盖密封处及其上部的放气考克。
④加强压缩空气系统管理，确保空气干净，注意控制空气的压力在正常范围内（0.55 MPa ～0.7MPa）。
⑤认真做好每个排气阀阀杆和阀座（尤其是加工件）的时间统计、磨损情况的数据测量与分析工作。目前，各大船东都在大力提倡节本增效，通过各种易磨损件的时间统计与磨损程度分析，可以进行同类船舶的横向比较和本船的纵向比较，帮助轮机管理者发现问题，改进工作思路，提高管理水平，最终达到延长设备使用寿命，节约成本的目的。
4 结束语
主机排气阀工作环境恶劣，除了加强其本身的维护保养之外，轮机人员还要加强燃油、供油系统、扫气系统等柴油机的综合管理，使各缸的燃烧工况尽可能完善，延长机器设备的使用寿命。本文简单地介绍了MAN主机液压驱动式排气阀的工作原理，多数故障案例的引用是笔者亲身经历的，不恰当的地方，欢迎大家批评指正。