SULZER主机排气阀顶升机构及凸轮移位故障研究.docx

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1、一、主机排气阀顶升机构故障案例2012年3月4日至5月16日，某轮在营运过程中先后发生了6次主机排气阀顶升机构磨损、滚轮变形故障，最后两次还发生了气阀凸轮移位导致排气定时改变的严重事故。该轮SU1.ZER5RTA58型主机基本资料为：缸径580mm,冲程2000mm,直流扫气，发火顺序为1-3-5-2-4,额定转速为127rmin,延有釉带发电机。以卜将介绍这6次故障的现象及处理措施.第一次故障发生在2012年3月4日航行中。主机卜字头双联滤器换洗频繁，系统油中出现大量金属磨料，短时问内主机滑油压力下降至0.2MPa（正常为0.230.3MPa）并低压报警。停车后发现主机第4缸排气凸轮箱道门处

2、冒烟，道门高温，打开道门进一步检查发现其排气阀顶升机构滚轮及衬套严重磨损。处理措施：在未确认故障原因的情况下，将顶升机构组件更换一备用旧件装豆，检查并消吹顶升机构油道，检杳供油量正常，对主机曲拐箱等进行详细检查后恢豆正常航行。第二次故障发生在5月5日靠天津港时。检查发现主机系统油中含有铜质磨料，工人拆检主机第4缸挎气阳滚轮，衬套外表面磨损量约03mm深，滚轮及销轴尚好。处理措施：衬套更换一旧件，其他各部件原样装更。此后进行靠;离港操作，主机正常慢车运转约5个小时未见异常。第三次故障发生在5月10日离天津港约3个小时后。主机第4缸凸轮箱道门高温，停车拆检其气阀顶升机构，发现滚轮、衬套及销轴磨损.

3、处理措施:滚轮、衬套及销轴换用供船的国产新件，装究后检查油道及供油情况正常，23:50恢复航行，航行后每隔10-15分钟对第4缸顶升机构道门温度进行跟踪检杳。第四次故原发生在5月11日03:02.距上次共正常航行近3.5小时.出现主机第4缸凸轮箱道门高温现象，停航拆枪，发现气阀顶升机构滚轮及衬套磨损。处理措施：找了一只旧的滚轮及衬套，因衬套有微变形，将衬套紧配安装于箱轴上，衬套由全浮动改为仅外表而与滚轮之间半浮动形式，装笈后检查供油情况正常，11:20快第航行，航行后每隔IO-15分钟跟踪检杳该缸顶升机构温升等情况.第五次故障发生在11日13:40.三管轮发现主机第4缸凸轮箱道门处自烟，主机有

4、异响，立即停机检杳并进行拆检该缸气阀项升机构，滚轮受高温作用，表面烧黑，滚轮与凸轮表面粘熔。处理措施：滚轮、衬套及挡圈均换用旧件，测量配合间隙，其中衬套与销轴005mm（正常为0.030.07mm）,滚轮与衬套0.07mm（正常为0.060.10mm）,凸轮表面油石打磨处理，装复井检查供油情况均正常后，19:00动车恢复航行。航行后即发现主机第4缸不发火，19:40停车检查供油系统及气缸、气阀启闭情况未见异常：22:00主机第4缸单缸停油运行,主机转速约83rmin时测量第4缸压缩压力0.10MPa,其它缸爆发压力0.35MPa,加1速至102min时测量第4缸压缩压力为0.14MPa.其它缸

5、爆发压力0.45MPa,初步认为第4缸因压缩压力低而不发火。用百分表粗略测量1-5缸排气阀启阀定时分别为（ATCD）:N0,1：37%N0.2：34。，N0.3：27,.N0.4：8,N0.5：29。，主机转速至约93r/min时分别测量3、4两缸纯压缩压力分别为：0.40bar,14bar,综合各缸气阀定时及3、4两缸压缩压力比较，基本上确定第4缸气阀凸轮移位，气阀定时错乱，气阀滞后开启及关闭，减小/压缩行程，从而影响压缩压力.处理措施:15日晚.工人上船对主机第4缸气阀凸轮定时作进步检查并调整，用定时刻度就比较测量3、4缸气阀定时为：N0.3：-5,N0.4：+47。，确定主机第4缸气阀定

6、时较第3缸滞后52。，将第4缸气阀凸轮调整发位，调整后各气阀定时为：NO.1：+.N0.2：Oe.N0.3：-5%N0.4：-5%N0.S：-5%16日00：30-01：30主机试运转1小时，第4缸恢红正常。第六次故障发生在16日13：30起锚续航时.19：00发现主机第3缸气阀凸轮箱道门高温，各缸排温不均，增压涔伴有轻度喘振，主机转速自动下降：19：10全船跳电，停主机，对第3缸气阀顶升机构拆检，衬食及滚轮磨损，滚轮受高温作用，表面烧黑，滚轮与凸轮表面粘烙，对第3缸气阀定时检查发现，凸轮定时滞后约130并轴向向前移动约2mm.处理措施：顶升机构组件更换供船翻新件，船方自制调整凸轮的液压工具接

7、头，对主机第3缸气阀凸轮调整至正常位置卜4。），17日07：15动车起锚，恢史航行，至此主机工作恢更正常。二、该轮主机排气阀顶升机构故障机理分析第一次故障前，即3月4日之前即发现主机系统油油质不好,轻度乳化,润滑条件变差导致1.5缸凸轮及滚轮表面均有不同程度的拉痕，系统油中出现大量金属磨料，滑油压力下降至报警值以下，导致滚轮磨损，第4缸首先发生故障；由于故障的原因未找到即更换备件投入运行,导致两个月后第二次故障的出现：同样的修理方法引发了第-：次,第四次故障的出现，但故障间隔明显缩短，也为第五次故障埋卜.了隐患：第四次的尝试性修理直接导致了第五次更严重的故障：对第五次故障维修不当使故障迁移至第

8、三缸，引发第六次故障。从上述故障发生及解决过程中不雄看出，同样的故障反史出现，并且呈加重趋势，轮机员的管理贵任是比较明显的，具体体现为：对该类型故障的检修只是停留在更换备件上，而对其根本原因未予深究：平时疏于保养，未能对先期预兆予以足够重视：检修经验不足，急于进行尝试性修理而未充分估计后果。供船备件的配合间隙及材侦问题是导致磨损故障的直接原因。宅者对该故障的检修过程进行仔细的比对分析发现，5月5日更换的滚轮、衬套及料轴是供船的新件，其配合间隙偏小，用手转动阻力较大。而5月10日当时船上还有套新滚轮备件组,因担心配合间隙及材质等有问题，便找了一套旧衬套、销轴及滚轮。因衬套椭圆不能自由装配于销轴，

9、便将全浮动改为了衬套外表面与滚轮之间的半浮动形式，进行尝试性装品使用.而结果表明，虽然改半浮动不影响衬套外表面油的供给，但大大提高了衬食外表而与滚轮之间的相对运动速度，再加上与滚轮的配合而达不到原设计要求，从而再一次造成了磨损事故.排气凸轮项升机构因磨损改变了工作部件受力工况，虽经检修但未好转是引发故障的深层次原因。5月10日至5月16日，主机排气凸轮顶升机构先后共发生4次故障，前面3次均发生在第4缸，最后一次（5月16日），当3、4缸驱动油泵及顶升机构时调安装后，磨损故障即转移到第3缸。当晚在拆检第3缸排气阀顶升机构时，同时拆检了驱动油泵，驱动油泵活塞、坏及缸壁均良好，无拉痕或卡阻现象，排除

10、J驱动油泵卡阻导致滚轮外力变大的原因。由此可见，故障的根源在于顶升机构本身。进一步检查发现，第4缸排气阀滚轮与凸轮在轴向不对中，浪轮向后偏约5mm以上，滚轮-边约5mm不能与凸轮接触，使滚轮与凸轮的压力集中偏于前部：再从几次换卜的销轴磨损情况看，基本上都是一端磨损严宙，也可以反应出滚轮与凸轮应力分布不均的问题.具体如图1所示。部件制造工艺差，工况恶劣，检修时安装达不到设计要求是故障发生的根木原因。从5月11日换下的滚轮外表情况可以看出，滚轮表面比较光洁，颜色未发黑，可见滚轮受热程度并不严重，如图2所示。图25月11日换下的滚轮5月16日拆检换下的滚轮因受热程度很高，表面烧黑,与凸轮发生粘熔,如

11、图3所不。图35月16日换下的滚轮比较可知,该故障的几次连续发生，其发热、磨损规律呈加重趋势。受热传导及系统油的冷却作用，通常凸轮上的温度会得到有效的控制，但如果滚轮发生卡阻时，滚轮与凸轮由滚动摩擦变为滑动摩擦，凸轮的温度会大大升高,凸轮温度单纯受这样的高温作用一般情况应不足以使凸轮发生移位（此凸轮是通过800kg的液压力涨开内加衬套，紧配于凸轮轴上）。在5月16日拆检中，详细检查了顶升本体，发现本体定位销槽两边磨出较深台阶，如图4所示。4顶升本体定位销槽两侧磨出台阶由此推测:顶升本体在缸体内发生周向偏转，定位销与销槽有磨损和卡阻，顶升机构上升时大大增加了滚轮附加r凸轮上压力，当凸轮温度升而到

12、一定程度，综合受滚轮压力增大的影响促使凸轮向倒车方向发牛.周向移位。顶升机构视图如图5所示，顶杆1下方有推力块“2”，然后用固定环3及螺丝固定，顶杆T与推力块之间应保持一定的间隙。这样,正常运转中顶杆除上下运动外还可以自由转动，一方面可以补偿顶杆端部如果有偏磨可能会发生的轻微周向转动;另一方面顶杆自由转动，也有利丁顶杆端部的均匀磨损，而第4缸顶升机构的顶杆与下方推力块处于紧配状态，顶杆不能自由转动。解体供船的翻新件顶升组件及第4缸换下的顶升机构之固定环尺寸如图6所示.左侧固定环1.度尺寸(48.5/38)为供船的翻新件，右侧固定环尺寸(37.5/48)为第4缸换卜件，由于第4缸换卜件固定环高度

13、偏小05mm,使得装配后顶杆与推力块之间成章配状态，不能自由转动，从而不能补偿顶杆因磨损不均发生微小的周向转动。5月15日,工人调节第4缸气阀凸轮后，对凸轮表面进一步进行油石打磨，打磨后，红油检查滚轮与轮接触面积，滚轮与凸轮接触明显不均(要求应达到95%以上).由此可见，第4缸排气阀滚轮的工作条件较差，当发生磨损时,顶杆的轻微转动得不到补偿金引起本体周向偏转，使定位销压向销槽的某一侧而发生销与销槽卡阻。滚轮与凸轮轴向接触应力分配不均，引起滚轮端磨损严重并呈定的例1维度，发生轻度的与四轮轨道跑偏，同时也会产生一定量的轴向分力，一方面易造成定位销与销槽卡阴，引起滚轮与凸轮的压力及摩擦力增大，另一方

14、面使滚轮与凸轮的轴向应力分布不均，在运转中也会产生一定量的轴向分力，最终引起5月16日凸轮不仅周向滞后移位，也发生了定星的轴向移位。正是由于前四次对故障发生原因的认识不够，故障解决不彻底,才导致了第五次、第六次凸轮移位的严重事故。三、排气阀顶升机构管理的思考把握供油不足导致迅速磨损，温度短时间快速升尚的故障规律。在几次拆装后的运转过程中，发现滚轮磨损加剧往往在短时间内迅速发牛.，在几次恢复航行后，时滚轮及凸轮箱道门温度进行何隔1015分钟跟踪测量检查，前几小时内，道门温度无明显变化，而每次都是在短短的时间内发现道门温度快速升高。如因配合间隙不当、配合面不乩或油中磨料等因素，磨损产生的少圻铜屑，

15、基本可以被系统油带走，因此3月4日第4缸气阀滚轮检修后一直运转了两个多月时间，至5月5日第二次拆检中,只是衬套存在一定量的磨损，而滚轮及销轴尚好，即说明这一点。在顶升机构上升和卜.降过程中,受凸轮顶升力及他黄压力作用，滚轮、衬套及销轴始终是处于单侧受力状态，旦磨损至一定程度，磨下的铜屑会逐渐堆积在布油槽周围，当布油槽堵塞，供油量严重不足后，即会发生迅速磨损，甚至卡阻现象，温度短时间内也会快速升高。强化备件魄收环节，安装达到设计要求可有效防止故障发生。滚轮本身工作条件比较差，设计要求也比较高，不仅其表面要满足定的哽度、光洁度，还要保证两者接触面积达到95%以上，一方面其各部件的配合间隙应保证处于正常范围，另一方面材料本身的热膨胀系数要满足要求。提高管理水平，加强平时预防保养是杜绝此类故障的关键。通过对该故障的解决可见，要保证滚轮与凸轮的可靠运转，除部件本身要达到设计标准，还要保证油道畅通，滑油的可靠供给。主机运行中轮机员一旦发现某缸油量偏小，河滑不良，要及早出原因，避免油道不畅，检查1-5缸各滚轮与凸轮表面均有不同程度的轻度拉痕及磨狼,这是系统油含有磨料的结果,油含水乳化,油受污染,长期下来,容易造成油道不畅的问胆。在平时的常规保养中,要细心检杳各缸油量的供给情况,注遨喷嘴是否不畅或堵塞,检查滚轮与凸轮接触情况,加强系统油的分离,提高系统