PA6 柴油机起动阀故障分析与优化方案

PA6柴油机的性能指标比较先进，体现了现代中高速柴油机的特点，广泛应用于铁路机车动力、船舶主机和陆地固定电站柴油机[1]。由于柴油机的结构特征以及工作环境因素的影响，易造成柴油机故障，当柴油机不能正常工作时对船舶执行任务有较大影响。因此，分析PA6柴油机起动阀故障产生的原因，并对起动阀进行优化改进，平时重视对柴油机起动阀的预防性检修保养，对于进一步提升PA6柴油机的稳定性具有非常重要的现实意义。一、故障现象某船是综合电力推进船，PA6柴油机在某船上作为发电机用，当PA6柴油机出现故障时，影响全船用电量。PA6柴油机起动时，发现柴油机B1缸起动阀进气管温度急剧升高，导致整根进气管外部油漆变黑并脱落的现象。在柴油机吹车或柴油机正常工作也有类似现象发生，使柴油机起动成功率降低并有安全隐患。如果发生起动阀卡滞，会烧坏起动阀和进气管，严重的可能会引起火灾事故，造成严重的经济损失和人员伤亡[2]。二、故障应急处置柴油机出现故障后，情况复杂，处理不当容易造成严重后果，若对此不加以及时的控制，可能在短时间内造成柴油机事故性损坏，甚至发生人员伤亡[3]。如出现故障，一定要考虑到全船电力供应与柴油机安全，必须妥善处置。通常的处置措施为：1）轮机员立即向驾驶室报告，适当降低推进电机的转速，防止在网发电机超负荷运转；2）起动备用发电机，完成电站转换，逐渐增加负荷，恢复全船供电；3）起动柴油机电动滑油预供泵，打开示功阀后电动盘车，以防缸套过热、活塞卡滞等情况发生；4）用压缩空气对柴油机进行吹车并排除故障。三、故障原因分析1、柴油机起动系统图1PA6柴油机起动系统PA6柴油机的起动系统见图1，PA6柴油机起动控制系统的工作原理是通过3MPa的压缩空气进入空气分配器和气缸盖上的起动阀，起动空气是由进气总管通过安装在气缸上的起动阀进入气缸内的，而起动阀的开关由空气分配器按照柴油机起动顺序依次控制打开。图2PA6柴油机起动阀位置当柴油机起动时，通过机旁控制箱的直流24V电信号使起动电磁阀通电工作后，一方面是向机组起动控制口、机组正常停机控制口和主起动阀控制口提供0.7MPa气源，另一方面是通过0.7MPa的控制空气将柴油机主起动阀打开，进气管内进入起动空气了，使3MPa的起动空气通过起动阀进入柴油机工作气缸内，推动柴油机活塞向下运动，并带动曲轴旋转并完成柴油机起动。起动阶段结束后，主起动阀切断进入气缸的3MPa压力的压缩空气。2、起动阀结构分析图3PA6柴油机的起动阀结构PA6柴油机的起动阀结构见图3，主要组成元件有：阀体、弹簧、垫圈、活塞、活塞环、弹性垫圈、螺母M10。当按下起动按钮时，空气分配器的控制空气进入起动阀活塞上部，起动阀活塞在空气作用力下推动起动阀活塞向下移动，打开起动阀，让起动空气从起动阀进入气缸，推动柴油机活塞运行，使柴油机曲轴连续运转，从而实现柴油机的起动。3、原因分析根据故障现象，造成柴油机起动进气管外部油漆变黑并脱落的原因是缸内高温高压可燃气体倒灌入进气管内，进一步分析结果是由于起动阀锁紧螺母有松动造成的。发生此故障后，对某船4台PA6柴油发电机共48个起动阀进行拆检，发现12个起动阀锁紧螺母有松动现象。分析导致螺母松动的主要原因及影响排除故障存在的设计不足，总结归纳主要有以下5个方面。1）起动阀本身存在的质量问题。通过检查发现，使用的起动阀存在起动阀预紧力值标定不准、弹簧的弹力不够、活塞的行程不满足要求，导致该起动阀出现故障。由此可见，起动阀的质量问题是故障原因之一。2）检修保养方法不规范。按照柴油机维护保养等级，起动阀每工作6000h应当对其进行全面检查保养。检修保养主要存在下列不足：①没有按时间间隔要求进行等级保养检修起动阀。②拆检起动阀后没有按要求对活塞环、密封垫等进行更换。③没用对阀体的阀面进行研磨与检查。④回装时没有对阀体内部和活塞上涂上机油及锁紧螺母没有按要求拧紧，回装时没有检查阀的正确工作行程不少于4mm。由此可见，起动阀的检查保养问题是故障发生的主要原因。3）起动阀活塞过长。由于机组现场工作环境较差，当起动时使用的压缩空气较脏并且湿度较大，易导致活塞体与阀体接触处卡死或者生锈，加上活塞环质量原因，使活塞无法回弹，导致起动阀阀杆、活塞卡死等现象，造成起动阀不能正常关闭。4）起动阀阀杆螺栓头结构存在设计缺陷。起动阀的阀螺栓头一端有锥形小孔，当起动阀锁紧螺母松动时，拆下进气管，无法用螺丝刀按住阀杆螺栓头，用扳手拧紧松动螺母，只有从缸内拆下起动阀后才能拧紧锁紧螺母。5）柴油机起动空气进气管设计不合理。空气进气管与起动阀盖的法兰距离太近只有5cm，而整个起动阀长度为15.5cm。当起动阀故障时，无法从缸内取出起动阀，只有拆下这一列六缸的起动进气管后，才能取出故障起动阀，给排故带来极大的不方便。综上所述，故障原因是起动阀在开启位置卡滞或关闭不严造成。四、故障排除检查排除故障不能只凭经验，必须熟悉该柴油机的结构特点，懂得分析故障机理，才能从源头梳理故障原因，分析可能导致该故障发生的直接原因，再理论与经验相结合，由简单到复杂逐渐排除[4]。拆卸空气分配器进气管，打开B列起动阀进气管，卸下B1缸封盖螺母，从阀腔内取出起动阀，对起动阀进行拆检，发现起动阀锁紧螺母松动，导致弹簧无法复位。从而分析判断是因为气缸起动阀因关闭不严，导致高温高压的燃气倒窜入进气总管，造成B1缸局部进气管温度急剧升高，管外部油漆变黑并脱落。最后按要求对螺母进行紧固，起动柴油机后故障现象消除。五、优化改进方案若能够解决上述问题，一是提高柴油机工作可靠性与维修性，二是给柴油机设计师们提供一个新的思路，以便设出更人性化的装置。根据本人工作实践探索，对起动阀与进气管进行如下优化改进方案与管理。1）优化起动管结构。在柴油机设计时或柴油机进厂修理时，只要把空气进气管与起动阀盖的法兰距离增加到20cm，见图4。图4PA6柴油机的起动进气管当柴油机起动阀出现故障时，舰员可方便从缸内取出起动阀，无需把故障列六缸的整根进气管拆下。排除故障时间从单人工作60min减少至20min，提高排除故障的效率。2019年初，某船利用进厂修理机会对进气管进行优化改进，舰员反映效果好。2）优化起动阀结构。针对起动阀锁紧螺母松动的情况，紧固时需将整列进气管拆下，故障排除时间较长。优化方案是在不影响起动阀强度的前提下，在锁紧螺栓端中间设置一道2mm～3mm宽的小槽，与平口螺丝刀相符。当出现锁紧螺母松动时，在不从缸内取出起动阀的情况下，使用平口螺丝刀固定住起动阀阀杆并用板手对螺母进行紧固，可有效缩短排故时间，排故时间从20min减少到5min。3）加固锁紧螺母。当柴油机工作时受震动影响较大，起动阀非常容易松动。为了防止螺母松动，对起动阀的锁紧螺母采用双螺母进行锁紧。起动阀采用双螺母进行锁紧后，柴油机从原来每工作6000h锁紧螺母有18个起动阀松动情况到后续没有松动现象。4）重视预防保养。重视装备日常检修工作，提升舰员的责任意识。在实际工作中发现，起动阀运行环境差，受机器震动影响大，起动阀很极易松动。在平时管理柴油机时，把起动阀的维护保养作为一项重要工作。在柴油机长时间运行后，必须注意检查起动阀技术状态，执行重大任务前认真检查螺母是否松脱，还要检查阀的正常工作情况，活塞行程不少于4mm。因此，应当定期对所有起动阀进行拆检紧固。尽管客观上会有很多因素困扰我们，但相信只要利用科学的方法，就能解决遇到的问题[5]。经过2年来的试验验证，将改进后的起动阀在某单位8台柴油机现场跟踪使用；使用过程中，起动阀未出现螺母松动、卡死、密封不严、漏气等问题。实践证明该结构改进完全满足柴油机的使用要求，降低了起动阀的故障率，提升了柴油机整体性能，可在PA6柴油机中推广使用。六、结论舰船PA6柴油机起动阀的故障会对舰船的