【副机】一起副机排气阀烧蚀故障案例
关键词：排气阀烧蚀 ；副机喘震；高仿件；船员培训
1 故障现象
S轮12月26日，起动一号副机时发现废气涡轮增压器（透平）喘震。各缸排烟温度（℃）如下：70,190,250,220,70,230。上次副机运转是在12月10日，停机前副机运转参数“正常”。
2 故障查找
测量NO.2～NO.6缸（NO.1缸无示功阀）空载时的爆炸压力（bar））如下：42, 43, 43,34,47。一号副机解列停机，做进一步检查。（1）检查确认NO.1～NO.6缸高压油泵油门齿条活络。（2）打开凸轮轴箱道门检查：NO.1～NO.6缸高压油泵滚轮在燃油凸轮驱动下上下运动，排除NO.1缸因高压油泵柱塞偶件故障卡死未供油可能。（3）NO.1缸喷油器拆下，喷油器进行雾化试验，起阀压力410bar（正常值410～430）正常，喷油嘴雾化良好。（4）NO.1和NO.2缸的排烟温度表对换。（5）拆下透平消音器，检查确认透平转子轴活络。
NO.1缸喷油器装复后两台副机并电运行，负荷145KW时,测量NO.2～NO.6缸爆炸压力（bar）如下：68,72,70,65,75。一号副机NO.2-NO.6缸温度升到400多摄氏度而NO.1缸却为200多摄氏度。一号副机透平喘震依旧，主配电板一号发电机频率波动。根据以上判断：（1）一号副机NO.1缸未发火，未完全燃烧重油可能堵塞废气进口，从而引起透平喘震。（2）NO.5缸油门小。遂决定先对NO.1& NO.3（排温高）进行吊缸检查。
27日一号副机NO.1& NO.3缸缸头吊起，发现NO.1一排气阀阀盘严重烧蚀，排气阀阀杆弯曲，缸套上部有一些麻点,已磨光滑，活塞头未见到明显伤痕。NO.3缸进排气通道严重赃堵，阀杆油封损坏3个。一号副机透平解体，发现透平废气叶轮叶片被打坏，喷嘴环几处变形。在废气进口拾到碎裂排气阀阀盘一块。
3 损坏部件修理过程
3.1 28日，备用缸头解体清洁，进排气阀阀座，导套全部换新。检查缸套上部被排气阀击伤的凹坑已被活塞环磨平。一号副机滑油化验报告（取样时间在故障后）刚好送船，结果显示副机滑油中铁，铝含量等参数指标正常，判断活塞头，活塞环可继续使用。装复缸头到一号副机机体上。
3.2 29日拆解船存旧透平。喷嘴环完好可以继续使用。检查以前换下的透平转子（轴有磨损，废气叶轮标记有伤但不明显），凭专业知识判断：可以继续使用。透平各部件洗衣粉水浸泡4小时后，清洁积碳。压缩空气吹干净，装复透平。测量叶轮轴向间隙（0.06～0.10）0.10mm,径向间隙(0.64～0.84) 0.70mm在正常范围内。透平整体装复到一号副机上。
3.3 调整各缸油门，测量全负荷工况如下：功率350KW、扫气压力1.5bar、扫气温度52℃、透平进口温度497℃。NO.1～NO.6缸爆压（bar）110,112，109,113,114,112；NO.1～NO.6排烟温度（℃）360,360,350,360,370,350。扫气压力与故障前压力接近。说明透平装复后效果良好。
4 故障原因分析
4.1气阀烧蚀原因
燃油在提炼过程中，添加了大量的添加剂，其中Al,Si形成磨料磨损。V,Na造成高温腐蚀。首先在排气阀阀座，阀面产生凹坑（图5）。运行中凹坑不断扩大，最后惯穿。在高温高压燃气冲刷下，排气阀烧蚀发展很快，裂纹不断扩展，最终断裂（图6）。碎块随高速流动的燃气进入透平。撞击造成喷嘴环变形，进而打坏废气叶轮。
4.2 NO.3缸排气高温原因
油封损坏后（副机滑油消耗会异常增加），滑油沿阀杆漏入排气通道，发生不完全燃烧，大量炭黑阻塞排气通道。排气不彻底反过来又影响燃烧，形成恶性循环，进而造成缸排烟温度逐渐升高。
4.3透平喘震原因
停机前副机使用低硫柴油，柴油燃烧性能好，当时两台副机运转，负荷又低，故而未发现喘震。再次启动副机时，副机系统已换成重油，启动时缸内温度低，重油燃烧不良；NO.1缸不发火，NO.3缸因进排气受阻而燃烧不良，废气能量波动；喷嘴环变型导致废气流通通道变窄；废气叶轮轮被击伤，动平衡被破坏。以上因素造成一号副机透平喘震。
5 故障原因分析
5.1备件质量
排气阀烧蚀属偶发现象。原厂备件，高仿备件都可能出现。烧蚀原因是多方面的，燃油燃烧不良导致排气高温，备件质量差，旋阀器不转等因素都可导致气阀烧蚀。这些因素中，备件质量不达标是排气阀烧蚀的主因。查找备件供船记录和检修记录，确认此次烧蚀的排气阀为国产高仿件，故障时已使用5023小时。
从公开资料可以知道原厂气阀的一些信息：阀盘根部基材为高温合金（Ni80）,杆部部基材为马氏体，阀面部经过特殊硬化处理，阀面硬度和耐磨度提高。﹝1﹞国产高仿排气阀与日本原厂排气阀有以下几处不同：(1) 原厂新阀阀杆有厂家logo、EHNP-7位数字（3052354），字体规范。（2）原厂排气阀阀盘背后有厂家标识，国产排气阀杆阀盘有车床加工中心孔。(3)使用一段时间后，原厂排气阀杆身下部有磨损，杆身有轻微腐蚀，国产排气阀阀杆采用镀铬工艺，磨损轻微。（4）原厂排气阀阀杆外观发污，国产排气阀杆外观光亮。
通常原厂排气阀使用时间为2个吊缸周期，也即16000小时。高仿排气阀阀面硬度略低于进口排气阀。6000小时后对比试验表明高仿件性能良好，6000小时后性能未见公开报道。一旦船东订购价格便宜的高仿件供船，主管轮机员要首先能识别高仿排气阀，在安装到副机上时做好记录，平时勤检查。发现异常时及时更换，避免大的机械损失。
5.2公司管理
船用柴油机型号众多，不是每个型号都有示功阀。各个厂家对自己的设备性能非常了解，使用
原厂气阀，没有示功阀通常也不会出现问题。可一旦选用其它小厂备件，就可能出现问题，这时示功阀显得尤其重要。N0.1缸若有示功阀，测量一下爆压就可确认气阀状态，避免造成更大的损失。S轮早在16年，时任轮机长就向船舶管理公司提出：在用的一台副机有一个缸头无示功阀，存在安全隐患并提出改进措施。船东未积极行动，时间久了，这件事不了了之。直到发生故障，船东通知船方封存此批备件,不得继续使用。
5.3人员责任心与专业水平
发现一号副机NO.3缸排温高，排烟发黑后，二管轮Y更换了NO.3缸喷油器。继续使用一号副机。此时NO.1缸排气阀也已出现问题，由于特征不明显未被发现。S轮当值机工发现NO.1缸排烟温度异常后，报告轮机长和二管轮Y。二人简单的认为，副机部分负荷运转，排烟温差大属正常现象，而未进一步检查。人员粗心大意，工作想当然。遇到问题没有进一步细想。未能提早发现潜在风险，避免进一步损失。
6 小结
6.1 副机排气阀烧蚀外在表现
（1）高速柴油机排气阀烧蚀初期外在表现是扫气压力明显比平时偏高。NO.1缸做功能力下降，为产生同样的功率。调速器加大NO.2-NO.6缸油门，增大供油量，废气能量增加，同时NO.1未完全燃烧的燃油在排烟总管发生二次燃烧,进一步增加废气能量。（2）排气阀刚一烧蚀时单缸排烟温度升高（3）烧蚀后期单缸不发火，爆压低，排烟温度低。
6.2通过培训提高人员素质
近年来船员培养过程中存在的招生规模盲目扩张，船员教育重理论轻技能的问题突出。高素质海员短缺的问题一直没有得到解决。随着社会的发展和进步，船员流失率将不断加大，尤其是高素质人才。科技的进步使船舶有了网络，远航不在孤单寂寞。企业要充分利用网络，创新机制，加大船员培训力度，提高现有船员素质。同时船员要多看故障案例，多读论坛文章，提高自身素养。平时常翻设备说明书和厂家通函，有条件的话和设备服务商常联系。遇到问题大家做到一起来探讨如何解决，自己水平提升的同时也能带动同行提高。船员之间的传、帮、带也是一个很好的途径。
作者：王子华 轮机长 陈雷 轮机长 青岛洲际船舶管理有限公司