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上海海事大学船用电喷柴油机培训课题组
上海市浦东新区海港大道1550号
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1.2.1 ME电控柴油机的发展（柴油机的三次技术革命）7.1.1 解读：6S46ME-B 8.3主机的HPS No.2 pump 运行电流小7.1.2 解读：6S46ME-B 8.3主机的HPS No.2 pump 运行电流小7.1.3 解读：6S46ME-B 8.3主机的HPS No.2 pump 运行电流小0前言
气阀是柴油机配气系统的重要组件，受恶劣工作环境影响，极易出现折断、脱落等故障，造成柴油机局部损坏，甚至报废。1 故障案例
某船四冲程主柴油机运行1900h时，突然出现第8缸排温高温报警，随即第7缸和第1-5缸排温高温报警，第6缸排温异常低温，增压器发出异常响声，船上值班人员立即停机检查，发现第6缸气缸盖罩壳有裂纹。随后打开罩壳发现第6缸排气阀顶杆与摇臂错开，拆下摇臂，发现排气阀顶杆弯曲。将第6缸吊缸进行检查，发现一个进气阀的阀盘缺失、碎裂，如图1所示，其余气阀阀盘、缸盖底部如图2所示，缸套、活塞等均出现不同程度的撞击痕迹，造成该缸活塞、缸套、气缸盖组件以及本机增压器喷嘴环、涡轮损坏。随即对故障进行分析，并对其他气阀进行检测，确定了处理方案。2 气阀阀盘断裂的影响因素分析
2.1 气阀工作环境因素的影响
气阀作为柴油机燃烧室的重要组成零件，工作时直接受到高温高压燃气作用，承受很高的热负荷和机械负荷。在增压柴油机上，排气阀阀盘的温度可达650℃-800℃，进气阀由于新气的冷却作用，温度相对低一些，但也可达450℃-500℃，过高的温度使其机械性能降低；同时，劣质燃油中含有较高的钒、钠等元素，高温下易使阀面产生腐蚀。2.2 气阀阀盘应力因素的影响
阀盘与阀杆连接处所受机械应力较为集中，虽然采用大过渡圆角技术，但其受力比较复杂，阀盘底部受燃烧室气体的压应力，阀盘上部又受阀杆的拉应力，应力仍旧比较集中，容易导致疲劳损坏。此外，气阀在关闭时，阀盘与阀座不断相互撞击，存在较大机械冲击负荷，致使阀面产生塑性变形，更加恶化了气阀的工作状态。2.3 气阀制造因素的影响
气阀的材质、加工工艺、制造缺陷都会引起局部的应力集中，导致气阀断裂。本机型气阀基体材料为2Cr21Ni12N，金相组织形态为奥氏体和粒状碳化物，进气阀采用棒料制造，经热轧成型、电墩锻造、固溶处理、粗加工、堆焊、精加工、氮化、探伤等多道工序，工艺复杂，任一环节出现问题或瑕疵都会影响气阀的使用寿命。2.4 维护使用管理因素的影响
气阀的可靠性与气阀组件及其控制组件之间的相互配合有着密切的关系。其气门弹簧偏软或断裂、气阀间隙不当、锥形锁夹安装不当、导管与阀杆中心线偏移、缸头安装工艺不良产生的弯曲应力以及燃烧工况差产生的高温腐蚀等因素都与气阀断裂有着直接或间接的影响，维修使用管理中各个环节的工艺质量与管理水平同样影响着气阀的可靠性。3 气阀阀盘断裂的故障分析判断
3.1 运行与维护情况分析
通过查阅主机运行登记，故障发生前柴油机的运行数据正常，并按周期要求对气阀间隙进行了检查与调整。故障发生后，检查其他各缸气阀间隙，在实测数据中发现个别缸气阀间隙超出标准（标准为0.50mm），最大为0.60mm，如表1所示。柴油机装复后开机试验时，空载运行约1h，进气温度达到41℃，稍低于规范的进气温度范围（45℃-55℃）。综合考虑运行情况，虽然这两项参数对气阀有所影响，但不应为此次阀盘断裂的主要原因。3.2 进气阀组件检查
检查阀座材料、气门弹簧以及气门导管及阀座孔的同轴度、磨损情况。阀座材料采用特殊铸铁（E83），并从拆下的进气阀座取样，对其化学成分和金相组织进行气阀间隙检测，检测结果合格。对进气阀弹簧进行尺寸、刚度测量，检测结果符合要求。如表2所示。对损坏进气阀处气阀导承、阀杆密封、阀座与导承孔同轴度进行测量，同轴度0.01mm、导管有积炭但未见异常磨痕、阀杆密封橡胶垫片有磨损，检测结果符合要求。3.3 进气阀主体检查
实测其化学成分，各元素含量符合要求；检测其机械性能，其强度、延伸率、断面收缩率以及硬度（HCR）均符合标准要求。如表3所示。对损坏气阀头部取样进行金相分析，如图3所示，发现在断裂处起有小裂纹沿晶界发展，如图4所示，属典型的晶间腐蚀，存在异常。3.4 分析判断
从以上检查情况来看，除故障进气阀的金相分析发现在断裂处存在沿晶裂纹、晶间腐蚀的异常情况外，在装配、使用、气阀性能、相关件性能等方面，均未发现问题。晶间腐蚀主要是由于晶间表面和内部间化学成分的差异以及晶界杂质或应力存在造成的。晶间腐蚀破坏了晶粒间的结合程度，大大降低金属的机械强度。存在晶间腐蚀的气阀在高强度的往复冲击下极易碎裂，因此判断造成此次故障的主要原因是进气阀存在晶间腐蚀。就造成晶间腐蚀的原因进行探讨，其制造工序中的热轧成型、电墩锻造、固溶处理、焊接工序都可能造成晶间腐蚀。热轧成型、固溶处理工序均为批量生产，一般均表现为多个产品存在问题，较为容易发现。而电墩锻造时若模具未摆放规整，会造成气阀毛坯成型形状不规范，锻造时局部产生高温从而造成晶间腐蚀，此种情况属个案，较难发现质量问题。4 建议措施
(1）提高备件质量管控，尽量使用原生产厂家产品，并对质量情况进行核查后入库，对零部件的运输储存要做好防护工作，其设备制造厂家与装配厂家应注重零部件的质量管控问题；(2）严格装配工艺检查和质量控制，装配后的配气定时检查，落实缸头安装程序防止缸头变形导致导管弯曲变形等，对阀座与导管的同轴度要特别严格控制；(3）提高柴油机日常维护保养水平，对气阀间隙要定时检查调整，并确保其准确性，防止出现气阀间隙过小与过大；加强气阀组件的检查，保证其润滑、冷却条件，防止异常磨损；(4）加强柴油机燃烧工况管理，对进气、排气温度以及排烟检测，减少燃烧不彻底现象，降低燃烧室积炭过多引起的高温腐蚀、热疲劳等情况的发生；(5）加强值班人员培训管理，柴油机出现异常响声时，立即停机并报告，要尽量减小因气阀故障引起次生故障或事故的发生。5 结束语
气阀虽然作为柴油机燃烧室中得一个小部件，但出现故障时引发的次生事故不容小觑，通过此次故障原因排查和分析，希望为制造、装配和使用管理人员提高柴油机可靠性方面提供思路，积累经验，防止与避免柴油机事故的发生。[1]宋鹗,王洪磊,陈书辉.某型柴油机进气阀阀盘断裂原因分析及处理[J].广船科技,2023,43(04):65-67.宋鹗，高级工程师
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