| 舶用排氣閥故障分析及維修方法
一、排氣閥常見故障分析
�。�、排氣閥燒損
排氣閥燒損是排氣閥最常見故障。主要原因是排氣閥密封不嚴，造成高溫燃氣泄漏，使該處嚴重過熱，甚至熔穿金屬材料。造成排氣閥密封不良的原因主要有以下幾點：⑴由于閥盤不同部位的形狀、厚度不同，受熱、散熱條件不同，閥盤圓周上的溫度分布不均勻，中心溫度高于周邊溫度，造成氣閥閥盤徑向上的溫度差，過大的溫差將造成閥盤的變形從而導致漏氣的產生。⑵船用燃油中含有的雜質在經過燃燒室內的各種復雜熱過程后在排氣閥閥盤及閥座密封錐面沉積成一層混有碳粒的玻璃狀較硬較脆物質，其內混有硫酸鈉、硫酸鈣、氧化鐵等物質。當此層玻璃狀沉積物沉積厚度過大時，在閉閥時的撞擊力下會發生裂紋，反復撞擊后進而發展成剝落，從而形成高溫燃氣噴出通道使氣閥燒損。⑶普通排氣閥密封錐面在工作溫度下硬度并不是很高，沉積的硬質燃燒產物顆粒在閉閥的撞擊下，可使密封面出現凹坑，從而形成漏氣。
�。�、排氣閥高溫腐蝕
目前在航運市場上普遍使用的劣質燃油中含有大量釩、鈉和硫等元素。在燃燒過程中．硫、釩和鈉等元素形成氧化硫、五氧化二釩和氧化鈉等(這些氧化物的化學成份取決于過量氧氣和燃燒溫度)。氧化物之間要發生反應，而且還要與滑油中的鈣反應，形成低熔點的鹽類，有硫酸鈉，硫酸鈣和不同成份的釩酸鈉等。這些鹽類混合物熔點一般為535°C左右，同時具有較強的腐蝕性。當零件溫度在550°C以上時，足以使釩、鈉化臺物處于熔化狀態，附著于零件表面。當排氣閥在工作中時，由于排氣原因(氣閥溫度可達650?800°C以上)，使它以液態形成沉積在閥盤及閥座以及閥桿與閥面的過渡表面上。這時即使是非常耐腐蝕的硬質合金鋼也會受到腐蝕，腐蝕結果在密封錐面上形成麻點、凹坑．凹坑相連就可能造成漏氣。由于上述腐蝕是高溫條件下產生的，所以稱之為“高溫腐蝕”。在上述高溫腐蝕的有害元素中以釩的危害性為最大。
�。�、氣閥密封錐面磨損過快
在燃燒室內的爆發壓力作用下閥座與閥盤都發生彈性變形，氣閥落座撞擊也會造成閥座及閥盤的彈性變形，這樣會使閥盤錐面反復楔入時，密封錐面產生相對運動，造成密封錐面磨損。氣閥間隙過大，閥盤與閥座剛度不足，氣閥與閥座材料性能達不到要求或不匹配，重油中含有較多的釩、鈉、硫等有害元素，高負荷運行或燃燒惡化，冷卻不良，閥桿與導管間隙過大，氣閥機構振動使氣閥落座速度過大等，都能使磨損速率增大。
�。�、閥盤與閥桿斷裂
在閥盤與閥桿的過渡圓角處和閥桿裝設卡塊的凹槽處，由于這些部位應力容易集中，當應力集中到一定程度，就會發生疲勞斷裂破壞。造成斷裂的原因有：閥桿與導管的間隙過大；閥盤與閥座的變形使局部受力過大；氣閥間隙過大，敲擊嚴重疲勞破壞；氣閥機構的振動。閥桿裝設卡塊的凹槽處是氣閥的最薄弱部位，若該處凹槽加工工藝不良或閉閥沖擊力較重也會產生疲勞斷裂。
�。�、氣閥卡死
氣閥卡死主要是因為氣閥閥桿和導管之間間隙過小，當受熱膨脹后二者間隙過盈發生卡死現象。另一方面，當閥桿發生彎曲變形時也會使閥桿卡死在導管中。
�。�、氣閥彈簧斷裂
氣閥彈簧本身結構不合理，內部有缺陷，加工不合理或使用中發生了扭曲或達到疲勞極限在工作中均會導致斷裂。氣閥彈簧斷裂直接破壞柴油機正常工作，嚴重時，氣閥可能墜入氣缸。
二 、柴油機排氣閥故障的原因分析
�。�、排氣閥的工作條件
船舶柴油機中排氣閥的工作條件十分惡劣，氣閥底面與高溫燃燒產物直接接觸，在氣閥開啟期間還承受著高溫(900～1000°C)和具有腐蝕性氣體的高速(達600m/s)沖刷，氣閥中心溫度高達700～800°C，在閥盤與閥桿過渡圓弧中段，溫度也有600～700°C，排氣閥工作溫度分布如圖1-1所示。過高的溫度會使金屬材料的機械性能降低，材料發生熱變形。當閥面密封不嚴時，就會引起高溫燃氣對閥面的燒損。氣閥落座時，閥與閥座的慣性力和彈簧作用力的共同作用下，還承受著相當大的沖擊性交變載荷，在氣閥出現跳動或氣閥間隙增大時，這種載荷會明顯增加。閥與閥座的撞擊，容易形成密封面的變形和嚴重的磨損。因船用柴油機絕大部分多為增壓柴油機，由于進氣道內的新鮮空氣壓力阻止了從氣閥導管中獲得滑油的可能，因此，金屬之間易發生干摩擦。但在一般柴油機的氣閥以及增壓柴油機的排氣閥座合金面間總會布有一層滑油或煙油等潤滑物。此外，閥桿與導管間也會發生磨損，閥桿頂端受搖臂的撞擊與磨損。
�。�、附加因素的影響
由于燃油價格不斷上漲，航運市場競爭激烈，船東為了降低成本來達到提高競爭能力、獲得更多利潤的目的，均使用低價、劣質的燃油。這些燃油的粘度高，滯燃期長，而且釩、鈉和硫的含量比較高。這種燃油在柴油機中燃燒時，渣油中所含的排放物(燃料灰份)僅僅有一部分與排出的氣體一起離開機器，而剩余部分仍然留在發動機內一些高溫(497?797°C)的零件上。例如，排氣闊和活塞頂，形成沉積，造成所謂的“高溫腐蝕”。到目前為止，還沒有經濟上合理的工藝過程能從渣油中除去腐蝕元素，連高級合金鋼和堆焊排氣閥鋼也受到燃油的腐蝕。
在柴油機運行中違反用車保養規定，低溫啟動柴油機，低溫強迫加載，柴油機氣缸燃燒溫度急劇變化，在柴油機負載狀態下，急劇變換手柄位，使柴油機氣缸燃燒狀態惡化，大量霧化不良的粗大重油粒子噴入氣缸，造成嚴重的后燃及不完個燃燒，嚴重積炭使排氣閥的閥線表面也被積炭污染，甚至造成主機的起動困難，這就成為下次主機開車不久后的油頭及排氣閥故障的隱患，因此這些操縱、保養柴油機的不良習慣也是引發柴油機氣閥故障的因素。
|
