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                    船舶上主機缸蓋墊片被吹出的原因分析與預防方法

                    來源:作者:發表時間:2018-11-23 15:53:26

                     引 言

                    主機氣缸蓋和氣缸套上部內表面既是主機的固定件,又是燃燒室的組成部分,其工作條件極其惡劣,會直接受到高溫高壓燃氣的氣蝕作用,并承受著高頻變化的機械負荷與熱負荷作用。氣缸蓋與氣缸套之間安裝有密封墊片,雖然很薄但作用很大,其出現問題的概率較高。
                     
                    當主機需要高速運轉時,墊片很容易被高溫高壓的燃氣吹出,產生燃氣泄漏。如果不及時處理,很容易造成氣缸頭與氣缸套的密封破壞,給船舶的安全營運帶來隱患。
                     
                    1 故障描述
                            某船某航次航行途中,發生主機No.4缸氣缸蓋與氣缸套連接處漏氣現象。由于很快就要靠港且現場觀察工況,發現主機可以持續運行,于是決定低速航行維持到港后檢修??坎赐瓿珊蟛鸪摎飧咨w,發現氣缸蓋墊片嚴重變形,圓周多處沿徑向方向被不同程度地擠壓出去,好終在好先失去墊片密封位置處泄漏燃氣,進一步導致氣缸蓋和氣缸套在該處被高溫高壓燃氣吹蝕出一道淺溝,見圖1。
                    受損的氣缸套ding密封面
                    2 故障分析
                    零部件變形的原因較復雜,往往是幾種原因共同作用的結果,而且這種變形不一定是一次產生的,可能是多次變形累積的結果。
                    (1)墊片受交變應力及高溫高壓燃氣的作用,因材料質量的原因,使得材料的屈服強度過度降低,隨著時間的增加,墊片將緩慢地發生塑性變形至yongjiu變形,好后被高溫高壓燃氣吹出。
                    (2)在吊缸檢修過程中,安裝氣缸蓋時未按說明書要求擰緊氣缸蓋螺栓,導致該螺栓在主機運行時松動,墊片上下的擠壓應力不足以克服墊片的塑性變形及高壓徑向往外的擠壓力。氣缸蓋與氣缸體的密封面在使用中容易燒蝕,在拆裝時又易碰傷,使得密封面凹凸不平,墊片保存不當后銹蝕。盡管安裝時打磨除銹,但也破壞墊片的平整性,密封面受力不均。安裝過程不當,造成氣缸蓋落座后墊片偏移正確位置,墊片內圈密封面積減小,墊片外圈直接被氣缸蓋外圈突出部位擠壓。
                    墊片圓周方向呈現不同程度的變形變形好嚴重部位幾乎斷裂
                    這些因素加上高溫高壓燃氣的作用,使得墊片徑向變形,好終被燃氣吹出。圖 2 顯示該墊片圓周的多個方向被不同程度地吹出;圖 3 顯示局部完全吹出后,墊片因燃氣沖刷而變成黑色。
                     
                    (3)液壓工具壓力表計量不準,導致壓力表顯示的預緊力與氣缸蓋螺栓的真實預緊力不符。預緊力過大,使得螺栓過度拉伸而變形;預緊力小,未達到說明書的預緊力(900 bar)安裝要求,存在氣缸蓋墊片變形進而漏氣的隱患。
                    (4)按照說明書要求在吊缸檢修后,主機運轉200 h 左右后及每運行間隔 6 000 h,需要在停車狀態復核氣缸蓋的螺栓預緊力。由于各種原因,大多數輪機主管人員未對此引起足夠多的重視。
                     
                    3 故障排查
                    筆者所在單位的船舶重要設備、大型設備都采用原廠備件,排除備件材料本身的問題,然后從安裝檢修工藝和液壓工具的使用這 2 方面考慮。
                     
                    圖 4 是其他缸之前發生燃氣泄漏后換新氣缸蓋墊片至該缸正常周期吊缸時拆下的墊片,可見也已發生彎曲變形。該墊片僅僅使用 7 216 h。圖 5 是其他缸正常吊缸檢修時拆下的墊片,發現除有壓痕外并未發生變形,使用時間為 22 875 h。這說明氣缸蓋墊片在使用中并不一定會發生變形。
                    該缸墊片僅運行 7 216 h墊片安裝良好,預緊力合規,運行 22 875 h
                    在吊缸檢修時,一定要將氣缸蓋和氣缸套密封面清潔干凈,仔細檢查密封面的平整度,修復坑點,必要時用專用工具研磨。使用保管良好的氣缸蓋墊片,確保機件與備件在安裝時處于良好狀態,嚴格按照說明書要求的步驟和預緊力擰緊缸蓋螺栓由于排煙管的煙囪效應,在安裝氣缸蓋時,氣缸蓋與氣缸套之間會有氣流吸入。氣流從打開的排氣閥進入排煙總管,使得氣缸蓋墊片跳動離開原始安裝位置。有些輪機員會在此時快速放下氣缸蓋,以壓住剛開始跳動的氣缸蓋墊片。這樣不僅壓偏氣缸蓋墊片,而且由于氣缸蓋底部外圈有 4 處突出,直接導致墊片被壓變形。
                     
                    因此,安裝氣缸蓋時需要阻止氣流或改變氣流路徑,解決氣流對氣缸蓋墊片的影響??梢允褂?1塊板蓋住該缸在排煙總管上的廢氣入口,或始終保持安裝在氣缸蓋上的排氣閥處于關閉狀態來阻斷氣流,或盤車至該缸活塞處于下止點露出掃氣口,這樣氣流從下而上穿過氣缸蓋墊片中心孔,經過打開狀態的排氣閥進入排煙總管。
                     
                    氣缸蓋必須緩慢放到位,切忌快速落下。一旦墊片發生偏移,可以重新抬起氣缸蓋正確放置墊片。該船在發生主機氣缸蓋墊片被吹出漏氣后,認真分析原因,在吊缸時發現液壓工具泵壓至 850 bar時,氣缸蓋船首方向的 4 個螺栓就可以旋松,氣缸蓋的剩余預緊力比說明書規定的 900 bar 少 50 bar。查閱檢修記錄,明確當時檢修輪機員嚴格按照說明書規定的900 bar 預緊力擰緊氣缸蓋螺栓,也按規定進行吊缸后運轉 200 h 左右復核預緊力并收緊。根據筆者所在公司大多數船舶和本船對主機的使用情況,不應該有這么大的預緊力降低。
                     
                    液壓專用工具的校驗是船員經常疏忽的地方。在船上條件有限的情況下,將副機吊缸液壓專用工具的壓力表與主機吊缸液壓專用工具的壓力表同時受壓,對比 2 只壓力表的讀數,結果發現主機液壓工具的壓力表指示900 bar 時,副機液壓工具的壓力表僅指示 890 bar,主機壓力表指示值比副機壓力表指示值高 10 bar。這 2 個壓力表是相同廠家生產的,可信度較高。但主機壓力表使用頻繁,指示值偏差可能較大,而副機壓力表使用相對較少,其準確性較高,因此二者測量結果有偏差。即主機氣缸蓋螺栓擰緊力實際并未達到說明書規定的預緊力,在周期變化的高溫高壓燃氣的振動下,氣缸蓋螺栓更可能發生松動。
                     
                    根據分析結果,在安裝主機氣缸蓋使用液壓專用工具時,提高壓力表讀數至 910 bar,使得氣缸蓋螺栓真實擰緊預緊力達到 900 bar,并在主機吊缸運行 200 h 后復核校驗時,也考慮壓力表的讀數偏差,使得真實校驗壓力達到 900 bar。其他缸經過檢查,發現氣缸蓋墊片有吹出跡象的氣缸蓋螺栓也進行重新校驗并擰緊。
                     
                    目前,該缸吊缸檢修后已持續運行超過 6 000h,持續檢查氣缸蓋墊片情況,未發現有吹出跡象。其他有吹出跡象的氣缸蓋墊片重新按正確預緊力擰緊后,定期測量外移量,未發生變化。
                     
                    4 結束語
                    在輪機管理中,為防范氣缸蓋墊片被吹出泄漏燃氣,防范措施應貫穿于整個檢修管理保養過程中:
                    (1)使用來源可靠的合格氣缸蓋墊片備件。
                    (2)嚴格按照說明書規定的檢修工藝,包括拆裝、清潔、檢查、修復、安裝等做好檢修工作。
                    (3)定期校驗擰緊氣缸蓋螺栓,達到規定的預緊力。
                    (4)主機吊缸液壓專用工具的存放使用管理要合適,定期校驗專用工具壓力表,使其能正確真實顯示液壓力,保證氣缸蓋螺栓的預緊力能達到規定值。
                    (5)日常管理中勤檢查氣缸蓋墊片,查看氣缸蓋墊片外邊緣是否有外伸現象,使用反光鏡可以很方便地觀察到一些不易查看的位置。發現問題及早解決,以免發展到氣缸蓋墊片被吹出的被動局面。
                     
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