主机高压油泵出油阀碎裂故障分析与经验做法........ / 四六文摘

一、引言

某轮主机型号为 WARTSILA7RTA8T-D,额定功率为29400KW,高压油泵为阀控式高压油泵。2015年修船时,将所有的高压油泵解体检查,并把出油阀、进阀、回阀全部换新。2018年3月9日,船舶航行在马六甲海峡,主机第5缸突发排温低报警,然后主机出现减速(Slow Down)。停车抛锚检查,发现主机第5缸高压油泵咬死。拆检高压油泵,确定是出油阀碎裂引起的柱塞偶件咬死,高压油泵本体被敲坏。通过供应紧急备件换新后,恢复正常。时隔一年多,2019年7月第1缸高压油泵出油阀又发生碎裂。同样的故障,两次出现,显然不能说是偶然的,而是隐藏着可怕的必然性。当时的故障分析报告认为,高压油泵出油阀工作条件恶劣,受到强烈的脉动冲击,备件疲劳损伤,导致出油阀下部导套断裂。作为后任轮机长,为吸取教训,积累经验,我认真翻阅了以前的记录。经过分析,我认为,导致出油阀下部导套碎裂的原因,既有备件本身的缺陷,也与装配工艺有关。

二、故障分析

1.高压油泵内部结构如图1,高压油泵出油阀B55803装在阀孔的最下部,带螺纹的压力导套B55821紧紧地压在出油阀的阀座上;压力导套内部有弹簧B55837和出油阀限位销B55835,限位销上面是阀盖。柱塞上行时,高压燃油克服出油阀弹簧的压力,从出油阀下部导套上的斜孔进入高压油管,然后进入喷油器。

2.出油阀阀座碎裂原因分析

(1)两次高压油泵出油阀导套碎裂都发生在出油阀底座和导套结合处,导套断裂后受到撞击,被挤压成碎小颗粒——大的颗粒在柱塞头部,把高压油泵本体敲坏了;小的颗粒进入柱塞偶件之间,咬死柱塞偶件。该型高压油泵是成组的,即一组有两个高压油泵。如果高压油泵本体坏了,代价会很大。从阀座断裂面分析,导套工作环境恶劣,其上面的油孔一直受到高压燃油的冲击,零件强度可能不够。图2和图3分别为出油阀下部导套底座两次碎裂的照片;图4为受损的高压油泵内部柱塞偶件和泵体接触面;图5为出油阀新备件。

(2)如图5,出油阀阀座的上部是受压的台阶,下部是带孔的阀杆导套。为了提高表面精度,使其更好地起到密封作用,在加工的过程中,受压台阶的下部表面留有砂轮越程槽。我们都知道,轴颈变化时通常在轴肩处(也就是轴的截面突变处)有过度圆角,以减少应力集中,提高轴的整体综合能力。

但过度圆角也是有限制的,其半径一般不能超过轴半径的0.5倍半径太大,将影响到装配。因加工需要,出油阀阀座与导套结合处没有过度圆角,但“挖”出了砂轮越程槽;有越程槽也没关系,但因此处的管壁要加厚,以增强导套的抗疲劳强度,所以受压台阶下部表面的一段导套是加厚的。可是,这段加厚的导套周围又开出了六个往上斜的导油孔,导油孔的最高位置几乎到了越程槽的位置,从而使得加厚导套的抗疲劳强度大打折扣,以致越程槽周围零件的抗疲劳程度严重不足。这是引起出油阀导套断裂的原因之一。

(3)如图6,出油阀上部压紧出油阀备件B55821压力导套,英文名称为 Pressure Bushes轮机英语中的“Bush”,是指带孔的滑动轴承或者导套。它一般径向受力,轴向不受力。但这里的 Pressure Bushes,轴向要受很大的力;压力导套内部是中空的,以便安装弹簧和出油阀限位销;从出油阀出来的高压燃油是经过下部的孔顺着高压油管到达喷油器的。

(4)说明书规定,安装压力导套时需要特别注意以下几点:

提前把压力导套上的螺纹和高压油泵内与之啮合的螺纹用柴油清洗干净;
在压力导套的螺纹上喷涂二硫化钼润滑脂;
压力导套上紧时采用扭矩和旋转角双重控制,扭力扳手上紧到190Nm时在螺母上做记号,然后再用专用扳手旋转30°角。

如果压力导套没按规定的方法上紧,出油阀就会在阀孔内松动。松动的出油阀将受到高压燃油的脉动冲击,其下部的导套就会在阀孔内晃动;时间长了,很容易在零件的脆弱部位发生疲劳裂纹,最终造成出油阀导套碎裂。这个零件的脆弱部位,也就是阀座与导套的结合处。这是导致这两起高压油泵故障的另一个重要原因。

WARTSILA7RTA84T-D主机许多部件的螺栓上紧时,都要求采取扭矩和旋转角双重控制。为了达到更高的安装精度,通常采用角度控制拧紧技术。通过这项技术,可以让每一个螺栓达到最大的紧固效果。

三、压力导套的旋转角上紧法

压力导套通常采用旋转角上紧法(零部件上紧一般有三种方法—扭矩上紧法、旋转角上紧法和屈服点上紧法)。旋转角上紧法,就是在控制螺纹紧固件旋转角的过程中,开始时使用扭矩控制,把螺栓旋紧至一个固定的扭矩值,到达此扭矩后再采用旋转角控制,直至达到预设的紧固扭矩和旋转角度为止。正确使用旋转角控制,可以恰当地让螺栓进入材料塑形区间;同时,也要防止材料因过分受力而超过屈服点造成安全隐患。旋转角上紧法的实质是控制螺栓的伸长量,因为在弹性范围内轴向预紧力与伸长量成正比,控制伸长量就是控制轴向力。螺栓开始塑形变化后,虽然两者不再成正比关系,但螺栓受拉伸时的力学性能表明,只要保持在一定范围内,轴向预紧力最终就能稳定在屈服载荷附近。旋转角控制能明显减少锁紧力的流失,保证达到足够的预紧力。与扭矩拧紧法相比,旋转角上紧法不仅可以高精度地达到上紧要求,而且充分提高了材料的利用率。因此,在

使用旋转角上紧法上紧零件时,要严格按照试验数据,以免旋转的角度太大或太小。

四、经验做法

1.每半年检查一次高压油泵出油阀上部的压力导套是否松动,查看旋转角的记号是否有位移变化。

2.若发生出油阀碎裂,就要彻底冲洗高压燃油管,拆检清洗喷油器,因为金属碎屑进入高压油管和喷油器后,就会加速磨损喷油器喷油嘴,以致喷油量过大,引发主机燃烧敲缸。

3.平时主机航行时,要经常打开高压油泵下部观察窗口,检查高压油泵柱塞运行、进/回油阀挺杆及调节螺钉、各弹簧状况,以及落油孔是否堵塞,并为各运动部件加油等。

4.检查高压油泵外壳时,注意检漏孔是否漏油、各阀压盖内六角螺栓是否收紧。

5.说明书规定,安装压力导套要喷涂二硫化钼润滑脂(船上一般使用的是二硫化钼牛油或喷剂)。我们知道,二硫化钼用于摩擦材料的主要功能是低温时减少摩擦,高温时增加摩擦。摩擦表面使用含有二硫化钼或三氧化钼的共聚物时,当摩擦材料处在高温环境时,共聚物中的三氧化钼颗粒就会随着温度的升高而膨胀,起到增加摩擦的作用,从而使相连的两个零件更加紧固;同时,含钼的润滑剂覆盖在摩擦表面,还能提高材料的抗氧化能力,使材料不易脱落,更具贴附力。

五、结语

高压油泵出油阀碎裂，可能是该零部件本身存在设计缺陷，也可能是由与之相连的压力导套没按规定的上紧方法引起的，这就要求轮机管理人员认真查阅说明书，多学习与专业相关的其它知识，比如装配工艺、材料力学、船用化学品和滑油的理化性能等，以拓展思路。只有认真学习，不断的总结经验，才能确保船舶设备正常运行。

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