瓦锡兰电喷主机缸套异常磨损实例

瓦锡兰主机RT Flex58 T-B中的脉冲气缸润滑CLU4系统是新型电子注油系统，有曲轴自带的3台伺服油泵和独立的电动伺服油泵这2种方式，通过减压阀提供60 bar(1 bar=0.1 MPa)伺服油压驱动。CLU4系统具有控制精准、操作简单、气缸油油耗低等特点，但管理要求高、不稳定。气缸润滑系统必须安全可靠，一旦出现问题，会导致缸套磨损、修理周期长，威胁航行安全，带来巨大损失。本文对瓦锡兰主机RT Flex58 T-B采用的脉冲气缸润滑CLU4系统发生的故障进行分析，总结管理要点，避免同类型主机故障的重复发生。

1 脉冲注入式气缸油CLU4系统原理

气缸油CLU4系统主要由WECS9520气缸油控制系统、润滑油泵、注油器、减压阀、滤器这5个部分构成。下面重点介绍WECS9520气缸油控制系统、润滑油泵、注油器的工作原理。

1.1 WECS9520气缸油控制系统

图1所示为气缸油控制系统，主要说明了各个模块间的通信和监控。FCM-20/ALM-20模块在主机旁的每个缸都安装1个，FCM-20是单缸最核心的PLC模块，控制着单缸的燃油喷油单元、排气阀单元、主机的启停，同时经通信CAN线和ALM-20联络通信；ALM-20模块负责接收主机转速、曲轴转角、气缸油注油压力等信号，并发出注油指令给脉冲注油单元的两位四通电磁阀，电磁阀控制来自共轨单元的伺服油通断，伺服油控制脉冲注油器内的润滑油泵动作并通过压力传感器反馈脉冲注油器内气缸油压力的高低，通过压力传感器把气缸油断流的信号送至报警系统。

1.2 润滑油泵

脉冲注油器模块(见图2)由润滑油泵、两位四通电磁阀、蓄能器、压力传感器组成。来自减压阀后60 bar的伺服油通过套管连接到脉冲注油模块，可以看到伺服油进入模块后有一路直接又出去了(到下个缸的脉冲注油模块)。高压伺服油进到脉冲注油模块后通过一个关闭阀，此阀在紧急情况和检修时可以单缸关闭伺服油，阀前有蓄能器。伺服油经过关闭阀后到达两位四通电磁阀，电磁阀受控于AML-20对伺服油进行关闭和打开，电磁阀瞬间的开关会引起伺服油压力的异常波动，异常波动会损坏脉冲注油模块内的部件，还会导致注油定时不够精准，安装的蓄能器可以很好地解决这个问题。电磁阀打开时，高压的伺服油到达中心活塞，由于中心活塞的上下面积差，使得中心活塞向上移动，中心活塞的一圈装有6或8个计量活塞，中心活塞带动计量活塞一起向上移动进行泵送气缸油。中心活塞的另一端表示回油，低压伺服油通过电磁阀内部通道排出脉冲注油器模块，最终回到主机曲轴箱。电磁阀关闭时，中心活塞上下两端的进回油正好相反，中心活塞带动计量活塞回到最下面。

图1 气缸油控制系统

来自滤器的低压气缸油通过管路连接到脉冲注油器模块，经过内部通道到达计量活塞入口，等待被泵入气缸。被计量活塞泵出的高压气缸油通过计量活塞出口止回阀排出，再经过脉冲注油器模块出口止回阀后到达气缸本体上的注油器止回阀。在计量活塞出口止回阀和脉冲注油器模块出口止回阀间装有压力传感器，监控气缸油的注油情况并进行反馈，压力值不正常会发出声光报警并控制主机降速。在脉冲注油器模块出口止回阀和气缸本体上的注油器止回阀之间如果压力不正常，这个传感器是无法检测到的。

图2 脉冲注油器模块

3—中心活塞;4—计量活塞;7—计量调节螺母;8—蓄能器

计量调节螺母可以调节中心活塞的行程，也就是调节了计量活塞的行程，不过在脉冲注油器模块装复后，计量调节螺母是不做调整的，在主机运行时的注油量是通过注油频率来控制的，可以主机每1转喷射n次，也可以每2转喷射n次……

图2的右侧管路图上有2个连接大气的放气口，一个和高压伺服油联通，一个和低压气缸油联通，正常使用时2个通道都通过带螺纹的螺栓闷死，在初次使用、断油、降速、检修等情况需要进行放气操作。放气螺栓旋出量最多不能超过3圈。

1.3 气缸注油器止回阀

注油器止回阀指的是装在气缸本体一圈上的6～8个止回阀，是气缸油进入气缸的最后一道止回阀，也是最重要的。这道止回阀可以防止燃气倒灌，确保气缸油精准喷射到活塞环上。注油器止回阀共计3个版本，是在发现问题后不断更新出来的，区别是：① 第一版(见图3)是一个整体，止回阀芯在本体最前端，离燃烧室近，工况恶劣；② 第二版(见图4)是分体式的，止回阀芯已和本体分开，设计在本体最后端，可单独拆卸下来，并且止回阀离燃烧室远了，工况有所好转；③ 第三版(见图5)和第二代很相似，只是在止回阀前多加了1个散热杆，散热效果更好，工况更加稳定。

2 缸套磨损故障现象

某船RT Flex58 T-B机型是新型共轨电喷机，监控系统全面，在正常航行中电脑界面Flex View没有发现任何报警，在港口的一次扫气箱检查中，发现主机部分活塞环有干磨现象，检查气缸注油系统发现止回阀内的止回钢珠丢失，更换止回阀加大气缸注油率至0.95 g/(kW·h),正常航行时部分缸的扫气温度逐渐开始上升，靠港后对扫气口再次检查，发现缸套和活塞环磨损严重，并且有的缸出现了断环现象，吊缸检查并测量数据，缸套磨损严重且已不规则，船上只有1个备用缸套，经公司指导，等待申请备用缸套供船后再进行更换。正常吊缸装复后，完成吊缸的缸套状况快速恶化，扫气温度频繁上升至80 ℃并发出报警，缸套内有不规律的机械敲缸声。这些问题一直困扰着船上管理人员和公司机务，发现故障直到完全故障解决共持续了3个多月。

图3 第一版 

图4 第二版

图5 第三版

3 缸套磨损检查和分析

3.1 第一次扫气箱检查和分析

抵NEW CASTLE港口后进行主机扫气箱常规检查，发现No.3、No.4、No.6缸活塞环磨损不正常，环表面干燥，有明显干磨痕迹。开始怀疑是高碱性气缸油的问题，可是检查No.1、No.2、No.5缸状况正常，既然不是全部缸都有问题，燃油和气缸油自身的问题基本可以排除。继续检查单缸脉冲气缸油系统是否有问题，先拆除No.3、No.4、No.6缸连接到缸套上的止回阀接头。每个缸套上有6个止回阀，启动伺服油泵进行手动注油，6个管的注油情况都正常，注油的同时对注油模块的伺服油和气缸油进行放气操作，没有发现气泡，对氮气压力罐进行测压检查，压力在20～25 bar(1 bar=0.1 MPa)都基本正常，一番测试后，可以排除脉冲注油模块的问题。最后只剩气缸上的注油器止回阀了，对No.3缸注油器止回阀进行拆解检查，发现有1个注油器止回阀内的钢珠已不在，3个注油器止回阀漏气严重，2个注油器止回阀轻微漏气，所以No.3缸6个注油器止回阀全部换新为第二版产品备件。由于船存备件不足，把换下第一版产品轻微漏气的留做备用。接着对No.4、No.6缸注油器止回阀拆解检查，也发现有少量注油器止回阀反向漏气严重，部分轻微漏气，所以No.4、No.6缸注油器止回阀也全部换新。因为3个缸注油器止回阀发现不同程度漏气问题，继续对No.1、No.2、No.5缸注油器止回阀也拆开检查，大部分正常，只发现少数轻微漏气，由于库存备件不足，从换下的第一版中找好的换上，同时申请加急备件。检查完，No.3、No.4、No.6缸气缸油注油率全部调为0.95 g/(kW·h),No.1、No.2、No.5缸依然都为0.85 g/(kW·h)。开航后No.3、No.4、No.6缸扫气温度逐渐升高，No.4缸最为严重，最高时已达到65 ℃。

发现气缸上的注油器止回阀有问题，主机电脑界面没有发出过任何报警，考虑主机航行安全，机舱从原来的无人机舱值班改成了有人机舱值班。

对图2脉冲注油器模块介绍时，分析过压力传感器，这个传感器只负责监控计量活塞出口止回阀到脉冲注油器模块出口止回阀间的压力(类似断流报警),然而装在气缸本体上的注油止回阀出现故障时，这个压力传感器是无法感受到的，这也导致了注油止回阀故障没有任何报警。

3.2 四缸吊缸检查数据测量和分析

该轮在玉环港对No.3、No.4缸进行吊缸检查，发现：

1)从No.4缸缸套上布油槽观察和新的缸套布油槽比较，左前1/4圆周磨损较小，还有布油槽存在，其他3/4圆周布油槽全部磨损，全部磨损的布油槽正好对着1个注油器止回阀钢珠缺失和3个漏气严重的注油器止回阀，考虑最初磨损是注油器止回阀反向泄漏导致的。

2)RT Flex58 T-B主机标准缸径580 mm, 最大极限584 mm, 从表1缸套测量数据可以看出，在注油孔上部内径磨损超限，从缸套上平面往下，分别在17、22、27 cm处测量数据：前后分别582.50、583.76、584.37 mm; 左右分别585.80、584.38、584.82 mm。活塞环和缸套间隙过大，燃烧室的高压高温气体会下窜，这也导致注油孔上部磨损加剧。整体数据显示整个缸套已严重不规则，水平面变成椭圆形，上下变成了锥形。

表1 四缸缸套磨损测量数据 mm

位置	1	2	3	4	5	6	7
前后	2.50	3.76	4.37	2.50	2.50	1.35	2.10
左右	5.80	4.38	4.82	2.87	3.30	1.52	2.85

3)RT Flex58 T-B主机活塞环标准宽度16 mm(0至-0.03 mm),厚度19 mm(+0.25 mm至-0.25 mm),从表2活塞环测量数据可以看出，活塞环都磨损严重，而且磨损不规则。

表2 四缸旧活塞环测量数据 mm

项目	1	2	3	4
厚度1	18.50	17.60	18.00	17.00
厚度2	19.00	17.36	17.86	17.00
厚度3	18.15	17.10	17.26	17.00
宽度	16.00	16.00	16.00	16.00

4)No.4缸新环装于环槽内，测量天地间隙，第1道0.41 mm, 第2道0.40 mm, 第3道0.35 mm, 第4道0.35 mm, 都符合说明书要求(第1～2道0.35～0.43 mm; 第3～4道0.30～0.38 mm),说明环槽磨损正常。

5)6个注油器拆下再次检查(NEWCASTLE港已全部换新),用日用压缩空气反向测试，另一端放置水里，少量小气泡，说明有轻微漏气，但无备品换新，装复测试注油量正常。这里有2个问题：①在主机停止时，注油器止回阀芯缺失的情况注油是正常的，常规注油检查是发现不了问题的；②NEWCASTLE港刚更换的第二版注油器止回阀，仅仅航行15 d时间，开始出现轻微漏气，考虑备件本身也可能有问题。

6)经过扫气箱检查，No.3缸状况也不好，进行了吊缸检查，情况和4缸基本相同，这里不做太多分析。No.3、No.4缸吊缸后，注油率调高至1.5g/(kW·h),启动试验，正倒车正常。

3.3 四缸吊缸后运行一个航次的扫气箱检查

从玉环港航行到VANINO港发现No.3、No.4缸扫气温度继续上升，达到65～70 ℃,有时达到80 ℃并发出扫气高温报警，所以一到VANINO港，先检查注油器止回阀，没有出现严重反向泄漏的现象，然后打开扫气箱检查，发现No.3、No.4缸的活塞环磨损严重，No.1、No.2、No.3、No.4道环的倒角及缸套扫气口的倒角已经完全磨掉，而且活塞环与缸套密封面粗糙，可以看出磨损速度很快。虽然No.6缸状况也不好，但是未吊缸的No.6缸状况没有快速恶化。从上次吊缸测量就已得出结论，缸套已是椭圆和锥形，加上这次的现象可以基本确定，吊完缸后圆的活塞环匹配椭圆的缸套，会让活塞和缸套的匹配度更差，密封性也变差，燃气下窜严重破坏油膜所致，在没有更换缸套的情况下，新换的活塞环会很快磨损，同时也加剧缸套进一步磨损。考虑到这一情况，在缸套没供船前，No.6缸就不能轻易吊缸，暂时先把气缸油注油率调整到1.5 g/(kW·h),先维持其运转不恶化。

航行中No.3、No.4缸还出现了不规律的敲缸声，风浪越大，敲缸声音越大，尤其船舶横摇时最为明显，扫气箱检查时发现，活塞裙部有磨损。考虑缸套和活塞环严重磨损后，间隙变大，在船舶摇晃时，加剧活塞头的左右晃动，造成机械敲缸和活塞裙部磨损的现象。

3.4 航行中发现新的问题

航行途中0730时巡班发现主机No.3缸左后侧一个注油器止回阀接头颜色发黑，表面的油漆皮高温脱落，手无法触摸，怀疑注油器止回阀问题，停机更换一个注油器止回阀，0805时主机再次启动续航。

从拆下的止回阀(见图6)可以看出，止回阀阀芯的钢珠已完全缺失。由此可以看出，如果注油器止回阀出现漏气，止回阀失去止回效果，会出现高压高温燃气倒灌，燃气会对钢珠进行冲刷，钢珠的直径会变小甚至融化，钢珠直径小于孔径时也会弹出进入缸套，这也就解释了拆出的第一版和第二版注油器止回阀都出现了钢珠缺失的情况。No.3缸的注油器止回阀是在NEW CASTLE港新换的，使用1个多月，出现燃气倒灌至注油器止回阀的接头，止回阀内通道干燥，气缸油可以确定已无法正常进入气缸，同时也没有任何报警。

图6 No.3缸更换的第二代注油器止回阀芯

3.5 四缸更换缸套和活塞环后的扫气箱检查

主机新缸套供船后，考虑No.4缸情况最严重，No.4缸缸套和活塞环换新，和缸套同时供船的还有6个第三版注油器止回阀，也一起全部换新，注油率调为1.5 g/(kW·h),严格按照说明书要求进行磨合。船抵达香港加油，打开扫气箱检查，No.4缸缸套活塞环情况正常，在没有手动注油的情况下，活塞环油膜完整、湿润、磨合良好，No.3、No.6缸继续干磨现象，但吊过缸且没有更换缸套的No.3缸更加严重。

3.6 No.3、No.6缸更换缸套和活塞环后的扫气箱检查

通过4缸的运转测试正常，公司又加急供应了2个缸套和30个第三版注油器止回阀，将No.3、No.6缸缸套和活塞环换新，No.1、No.2、No.3、No.5、No.6缸的注油器止回阀全部换成第三版。主机运转测试一段时间，扫气箱检查一切正常，航行也没发现任何异常现象，至此主机的故障完全解决。考虑注油器止回阀如发生故障还是没有任何报警监测，采取对注油器止回阀进行测温监测并记录(见表3,伺服油压58 bar, 注油器工作状况正常),通过对比每次注油器止回阀温度的情况，以便判断注油器止回阀工作是否正常。

表3 主机注油器止回阀温度测量表 ℃

时间/时	1	2	3	4	5	6
0000—0200	46.3	56.3	57.7	52.7	49.5	45.3
0200—0400	45.4	54.7	50.9	52.5	49.7	43.6
0400—0600	45.9	54.5	46.7	49.6	50.2	43.5
0600—0800	45.4	54.3	46.9	54.4	48.7	42.8
0800—1000	45.5	54.7	49.6	51.8	50.8	46.3
1000—1200	46.2	53.1	47.5	50.6	47.3	43.2
1200—1400	47.5	56.2	51.5	54.5	48.6	46.9
1400—1600	48.6	58.9	52.3	55.3	50.8	46.6
1600—1800	49.5	57.5	49.7	51.2	50.8	49.5
1800—2000	49.7	57.8	48.7	53.1	51.2	48.6
2000—2200	47.9	55.4	50.7	45.3	50.5	53.7
2200—2400	46.3	55.2	49.5	48.4	50.2	51.2

3.7 缸套磨损分析

从整个故障现象和分析过程来看，最先有问题的是RT Flex58 T-B的第一版注油器止回阀，这个注油器止回阀的阀芯在最前端，工作环境恶劣，长时间工作出现了止回效果变差，部分严重的注油器止回阀还出现了燃气倒灌，钢珠缺失的情况，气缸油在止回阀缺失或止回阀效果变差的情况下，气缸油注油失败。如这个时候能及时发出断流报警，问题也不至于发展到缸套严重磨损，但脉冲注油模块的断流报警有一个压力传感器监测，只能监测计量活塞到注油器模块出口止回阀的压力，而气缸体注油器止回阀出现问题，这个压力传感器无法感受到。在止回阀轻微泄漏的情况下，主机也不会有任何特别异常现象，而且缸套异常磨损前，船舶一直是无人机舱，如果气缸注油器止回阀出现严重反向泄漏问题，就算止回阀接头出现高温现象，没有报警，等到人员发现也是几个小时后，甚至更长时间，无人值班检查间隔周期最短也是8 h。没有被发现的这段时间，有问题的注油器止回阀所对应角度的气缸套就处于干磨状态，缸套就是这样快速磨损失圆的。在发现缸套磨损问题后，部分缸更换了第二版注油器止回阀，这时的缸套已经严重磨损，更换第二版也只能不让情况快速恶化，况且第二版注油器止回阀的情况也不稳定，在后来的吊缸检查中，缸套测量数据也看出缸套的不规则和失圆，在这种情况下，只更换活塞环，活塞环和缸套的严重不匹配，加速了缸套和活塞环的磨损。

4 注油器止回阀的管理方法和建议

通过对RT Flex58 T-B脉冲注油系统原理和缸套磨损过程的分析，总结出脉冲注油系统的止回阀管理方法：

1)机舱实行有人值班，人工对每缸的注油器止回阀进行测温检查并记录，可以第一时间监测止回阀出现温度升高的趋势，便于早期发现问题。

2)定期对所有止回阀进行拆检，用压缩空气测试止回阀的反向泄漏情况，并精确记录每个止回阀和缸套的相对位置及泄漏情况，便于跟踪分析故障，一旦出现反向泄漏立即更换。

3)止回阀检查方法。每个缸6或8个止回阀按照方位标记好后全部拆除，逐一对其进行止回阀测试，先用日用压缩空气对拆下的止回阀正向吹，这一步骤特别重要，清除止回阀内部气缸油，然后用日用压缩空气对止回阀反向吹，同时把止回阀淹没到水里，看止回阀进口端漏气的严重程度。

为杜绝此类缸套磨损故障，提出以下建议：

1)厂家改进对注油器止回阀的运行工况监控设计，出现问题第一时间发出报警，避免缸套的异常磨损。

2)能在说明书里明确注油器止回阀检查的重要性，增加注油器止回阀检查的具体方法和检查周期。

3)船舶公司加强对轮机员新技术的培训，提高业务能力，更好地管理电喷机型。

4)船舶公司加强备件的管理，确保供应备件的质量和船存数量。

5 结束语

瓦锡兰RT Flex58 T-B作为新型电喷主机，有着低油耗、低排放、操作简便等优点，也是现在船舶配备的主要机型之一。新技术的使用和快速发展，对船舶轮机员理论知识和管理水平提出了更高的要求，需要轮机员深入分析说明书，全面观察故障现象，研究导致故障的深层次的原因，才能彻底找到问题的根源，避免同类型问题的出现。

参考文献：

[1]骆秀金.瓦锡兰电喷主机缸套异常磨损实例[J].航海技术,2022,No.254(02):44-48.

作者简介：

骆秀金，轮机长，上海海事大学