利用VCU工作原理查找电喷主机排气阀故障案例分析
王文优
XX轮——主机型号WARTSILA 6RT-FLEX-50，6缸其中每缸配置一只VCU（VALVE CONTROL UNIT），排气阀的关闭采用WECS-9520电子控制系统，即FCM-20模块发出指令控制VCU，再由每缸配置的VCU进一步控制主机排气阀的开关。本文主要介绍WARTSILA主机-VCU的工作原理，来指导主机排气阀关闭故障的解决，稳妥准确，确保主机的安全运行。
一、主机无法正常运行
2013年2月13日11：45，XX轮离营口仙人岛顺岸2泊，前、后吃水4.8/7.0；12：30，引航员在仙人岛主航道里离船，主机正常运行，主机油底壳滑油油位56.5格。12：35，突然主海水泵低压报警，主海底滤器被冰堵，报告驾驶台要求慢车航行，于是驾驶台前进二航行。13：05，海底滤器被冰堵严重，机舱低温冷却淡水、主机高温淡水、辅机高温淡水相继报警，报告驾驶台要求停车。由于当时在仙人岛主航道里航行，船长不同意主机停车，只能采用微速进航行。轮机长紧急命令，清洗海底滤器，滤器内全是碎冰，清洁装复后，打开海底阀，海水还是无法进入，再次打开滤器盖，发现海水进口管子已经全部堵死，为冲通冰塞的海水滤器进口管，只能打开海底阀将大量的冰水混合物冲入舱底。由于海底滤器很快被冰堵，高、低位海底滤器轮轮流清洗。此时主机滑油高温（70℃）和扫气箱也相继高温报警。机舱舱底冰水混合物也越积越多，主机飞轮运转时，带着海水四处飞溅。13：50，船舶出仙人岛主航道；14：00，船长同意停车，清洗海底滤器，并要求大副调整压载水6m/8.4m。15：00，主机滑油净油机水分高报警，复位后，净油机工作正常。此时测量滑油循环柜油位59格（刚调整压载水，吃水差发生变化，没有格外引起注意）。等机舱舱底水收集干净后，16：30，通知驾驶台开航，试车，主机出现WECS-9520报警、排气阀故障报警（各缸ME EXH. VALVE # FAIL），主机排气阀无法正常开启，主机无法正常运转。
二、WARTSILA-6RT-FLEX-50 主机VCU的工作原理
图2 VCU工作原理
见图3，主机起动运转，主机SERV OIL RAIL的油压保持在120bar～200bar，排气阀的开关由WECS 9520-CONTROL（具体由每缸FCM-20模块控制）。当排气阀需要开启时，见图2，共轨阀（RAIL VALVE）上部电磁阀得
图3 排气阀关闭总体原理
图4 XX轮VCU实物图
电，共轨阀上部导通，滑动阀芯上部通，伺服油驱动工作活塞往上运行，滑油通过排气阀驱动油腔打开排气阀。反之，排气阀关闭，共轨阀下部电磁阀得电，排气阀驱动油腔通过伺服回油管放油，排气阀在空气弹簧的作用下，进入关闭状态。回油管有约2～3bar的背压（见图1，RAIL VALVE的节流元件起背压缓冲），另有一路主伺服油通过止回阀（见图2 piston oil supply，见图1by-pass orifice for filling up of actuator pipe）供到VCU执行活塞上部排气阀液压驱动油腔，来补偿通过排气阀驱动，上部节流孔流失的滑油（见图2 exhaust valve part orifice）。
三、排气阀无法启动原因分析
1.冰区航行，高低位主海底滤器相继冰塞，包括主海水管路冰塞冲洗，大量的冰水混合物冲进机舱舱底，致使机舱温度急剧下降。事后发现，主机曲拐箱与主机循环油柜之间连接的密封垫圈老化，有小量的冰水混合物渗漏进主机滑油循环柜，主机又停车了仅1小时后开航，主机滑油的温度急剧下降，事后发现循环油柜滑油温度由原来高温时70℃急剧下降到29℃，主机滑油的黏度急剧上升，而且伴随着滑油逐渐乳化，油质恶化。
2.排气阀无法开关，首先想到VCU中2只节流元件的脏堵清洗，见图1，RAIL VALVE与BY-PASS处的ORIFICE的拆检，发现比较干净，没有什么杂质等，这样就把我们故障的问题引向了相当的复杂化，我们先后进行主机系统循环柜彻底清洁、系统油11m?全部换新、滑油温度加温到50℃、主机通讯故障（将报警的缸FCM-20模块换新）、主机主滑油管路清洁（包括主系统油自清滤器20um清洁）、主机伺服油管路清洁（包括伺服油滤器6um的清洁、滤芯换新等）、主机排气阀总成吊缸检查等等，试车多次，均未能解决问题，使主机恢复正常。
3.反复细阅VCU原理图1，会否排气阀驱动油腔（Actuator pipe）存在空气呢，也就是图2中oil supply 管路路径存在脏堵而不是节流元件存在脏堵呢？开启主机日用伺服油油泵（90bar），打开（见图1） by-pass orifice （for filling up of actuator pipe……compensation of intended oil loss）的旋塞（即见图4 VCU实物下部内螺角旋塞），抽出orifice（存在较大危险，防90bar伺服油喷出，慎用），主机合上盘车机盘车，oil supply 管路竟然脏堵，开始连一点油没有出来，盘车10分钟后，90bar的油压才将oil supply管路脏堵物冲出，发现6只缸VCU中oil supply管路均脏堵的严重故障，彻底冲出脏堵物后（经查-脏堵物系滑油黏度升高与之前滑油高温70℃报警后伺服油管路产生的油漆等杂质），主机盘车排气阀启闭恢复正常！然后停日用伺服油泵，脱开盘车机，主机试车，恢复正常。
4.究其原因，见图2，排气阀（EXHAUST VALVE）部分的节流元件在正常情况下，起到祛除排气阀驱动油腔中空气、排气关闭时阻尼缓冲、防止阀件过度敲击等作用！由于此节流元件中滑油的流失，oil supply管路的脏堵，对由排气阀节流元件运行时，流失的部分actuator pipe滑油，无法予以正常的补偿，致使actuator pipe中有部分空气存在，尽管工作活塞正常工作，排气阀当然是无法正常开启了。
四、总结
1. xx轮轮机长与轮机部管理人员对冰区航行的认识不足，xx轮有高低位海水滤器，其中高位滤器有机舱冷却海水的自循环系统，却没有投入使用。压载水的调配不对，渤海湾冰层厚度大致30cm上下，艉部吃水需在7.5m以上，才能有效防止大量的碎冰吸入。大量冰水混合物进入后处置不对，应及时排到舱底水柜，彻底断绝冷却水进入主机滑油循环柜的可能。
2.对WARTSILA-6RT-FLEX50主机排气阀工作原理不熟，本身很小的故障导致主机失控3昼夜，致使船舶处于严重的危险境地。
3.该船轮机管理人员自身技术素质亟待提高，并切实加强船舶冰区航行的风险管控。
XX轮——主机型号WARTSILA 6RT-FLEX-50，6缸其中每缸配置一只VCU（VALVE CONTROL UNIT），排气阀的关闭采用WECS-9520电子控制系统，即FCM-20模块发出指令控制VCU，再由每缸配置的VCU进一步控制主机排气阀的开关。本文主要介绍WARTSILA主机-VCU的工作原理，来指导主机排气阀关闭故障的解决，稳妥准确，确保主机的安全运行。
一、主机无法正常运行
2013年2月13日11：45，XX轮离营口仙人岛顺岸2泊，前、后吃水4.8/7.0；12：30，引航员在仙人岛主航道里离船，主机正常运行，主机油底壳滑油油位56.5格。12：35，突然主海水泵低压报警，主海底滤器被冰堵，报告驾驶台要求慢车航行，于是驾驶台前进二航行。13：05，海底滤器被冰堵严重，机舱低温冷却淡水、主机高温淡水、辅机高温淡水相继报警，报告驾驶台要求停车。由于当时在仙人岛主航道里航行，船长不同意主机停车，只能采用微速进航行。轮机长紧急命令，清洗海底滤器，滤器内全是碎冰，清洁装复后，打开海底阀，海水还是无法进入，再次打开滤器盖，发现海水进口管子已经全部堵死，为冲通冰塞的海水滤器进口管，只能打开海底阀将大量的冰水混合物冲入舱底。由于海底滤器很快被冰堵，高、低位海底滤器轮轮流清洗。此时主机滑油高温（70℃）和扫气箱也相继高温报警。机舱舱底冰水混合物也越积越多，主机飞轮运转时，带着海水四处飞溅。13：50，船舶出仙人岛主航道；14：00，船长同意停车，清洗海底滤器，并要求大副调整压载水6m/8.4m。15：00，主机滑油净油机水分高报警，复位后，净油机工作正常。此时测量滑油循环柜油位59格（刚调整压载水，吃水差发生变化，没有格外引起注意）。等机舱舱底水收集干净后，16：30，通知驾驶台开航，试车，主机出现WECS-9520报警、排气阀故障报警（各缸ME EXH. VALVE # FAIL），主机排气阀无法正常开启，主机无法正常运转。
二、WARTSILA-6RT-FLEX-50 主机VCU的工作原理
图2 VCU工作原理
见图3，主机起动运转，主机SERV OIL RAIL的油压保持在120bar～200bar，排气阀的开关由WECS 9520-CONTROL（具体由每缸FCM-20模块控制）。当排气阀需要开启时，见图2，共轨阀（RAIL VALVE）上部电磁阀得
图3 排气阀关闭总体原理
图4 XX轮VCU实物图
电，共轨阀上部导通，滑动阀芯上部通，伺服油驱动工作活塞往上运行，滑油通过排气阀驱动油腔打开排气阀。反之，排气阀关闭，共轨阀下部电磁阀得电，排气阀驱动油腔通过伺服回油管放油，排气阀在空气弹簧的作用下，进入关闭状态。回油管有约2～3bar的背压（见图1，RAIL VALVE的节流元件起背压缓冲），另有一路主伺服油通过止回阀（见图2 piston oil supply，见图1by-pass orifice for filling up of actuator pipe）供到VCU执行活塞上部排气阀液压驱动油腔，来补偿通过排气阀驱动，上部节流孔流失的滑油（见图2 exhaust valve part orifice）。
三、排气阀无法启动原因分析
1.冰区航行，高低位主海底滤器相继冰塞，包括主海水管路冰塞冲洗，大量的冰水混合物冲进机舱舱底，致使机舱温度急剧下降。事后发现，主机曲拐箱与主机循环油柜之间连接的密封垫圈老化，有小量的冰水混合物渗漏进主机滑油循环柜，主机又停车了仅1小时后开航，主机滑油的温度急剧下降，事后发现循环油柜滑油温度由原来高温时70℃急剧下降到29℃，主机滑油的黏度急剧上升，而且伴随着滑油逐渐乳化，油质恶化。
2.排气阀无法开关，首先想到VCU中2只节流元件的脏堵清洗，见图1，RAIL VALVE与BY-PASS处的ORIFICE的拆检，发现比较干净，没有什么杂质等，这样就把我们故障的问题引向了相当的复杂化，我们先后进行主机系统循环柜彻底清洁、系统油11m?全部换新、滑油温度加温到50℃、主机通讯故障（将报警的缸FCM-20模块换新）、主机主滑油管路清洁（包括主系统油自清滤器20um清洁）、主机伺服油管路清洁（包括伺服油滤器6um的清洁、滤芯换新等）、主机排气阀总成吊缸检查等等，试车多次，均未能解决问题，使主机恢复正常。
3.反复细阅VCU原理图1，会否排气阀驱动油腔（Actuator pipe）存在空气呢，也就是图2中oil supply 管路路径存在脏堵而不是节流元件存在脏堵呢？开启主机日用伺服油油泵（90bar），打开（见图1） by-pass orifice （for filling up of actuator pipe……compensation of intended oil loss）的旋塞（即见图4 VCU实物下部内螺角旋塞），抽出orifice（存在较大危险，防90bar伺服油喷出，慎用），主机合上盘车机盘车，oil supply 管路竟然脏堵，开始连一点油没有出来，盘车10分钟后，90bar的油压才将oil supply管路脏堵物冲出，发现6只缸VCU中oil supply管路均脏堵的严重故障，彻底冲出脏堵物后（经查-脏堵物系滑油黏度升高与之前滑油高温70℃报警后伺服油管路产生的油漆等杂质），主机盘车排气阀启闭恢复正常！然后停日用伺服油泵，脱开盘车机，主机试车，恢复正常。
4.究其原因，见图2，排气阀（EXHAUST VALVE）部分的节流元件在正常情况下，起到祛除排气阀驱动油腔中空气、排气关闭时阻尼缓冲、防止阀件过度敲击等作用！由于此节流元件中滑油的流失，oil supply管路的脏堵，对由排气阀节流元件运行时，流失的部分actuator pipe滑油，无法予以正常的补偿，致使actuator pipe中有部分空气存在，尽管工作活塞正常工作，排气阀当然是无法正常开启了。
四、总结
1. xx轮轮机长与轮机部管理人员对冰区航行的认识不足，xx轮有高低位海水滤器，其中高位滤器有机舱冷却海水的自循环系统，却没有投入使用。压载水的调配不对，渤海湾冰层厚度大致30cm上下，艉部吃水需在7.5m以上，才能有效防止大量的碎冰吸入。大量冰水混合物进入后处置不对，应及时排到舱底水柜，彻底断绝冷却水进入主机滑油循环柜的可能。
2.对WARTSILA-6RT-FLEX50主机排气阀工作原理不熟，本身很小的故障导致主机失控3昼夜，致使船舶处于严重的危险境地。
3.该船轮机管理人员自身技术素质亟待提高，并切实加强船舶冰区航行的风险管控。
