電站柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)故障分析與處理

導(dǎo)讀配氣機(jī)構(gòu)是柴油機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)之一，也是經(jīng)常發(fā)生故障的機(jī)構(gòu)之一。據(jù)英國(guó)柴油機(jī)工程師和用戶協(xié)會(huì)提供的關(guān)于柴油機(jī)停機(jī)故障的統(tǒng)計(jì)表明:造成柴油機(jī)停機(jī)故障的各種原因中，配氣機(jī)構(gòu)故障占比達(dá)11.9%［1］。配氣機(jī)構(gòu)一旦出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)、噪聲異常、燃燒不充分、功率下降，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致活塞熔頂，甚至搗缸等重大事故［2］。一、故障基本情況某發(fā)電系統(tǒng)配2臺(tái)50GF康明斯發(fā)電機(jī)組(圖1)，1臺(tái)主用機(jī)和1臺(tái)備用機(jī)，機(jī)組的柴油機(jī)型號(hào)皆為康明斯6BT5.9。圖150GF康明斯發(fā)電機(jī)組在一次供電過(guò)程中，1號(hào)主用機(jī)供電正常，但運(yùn)行聲音異常，帶有較尖銳的噪聲，且有越來(lái)越嚴(yán)重的趨勢(shì)。發(fā)現(xiàn)情況后，值班員立刻換電停機(jī)(由2號(hào)備用機(jī)組繼續(xù)供電)。冷機(jī)一段時(shí)間后，對(duì)故障機(jī)組進(jìn)行了初步檢查，結(jié)果如下:(1)檢查機(jī)組表面，無(wú)油液滲漏情況;(2)檢查機(jī)組底座各個(gè)緊固螺栓，無(wú)松動(dòng)損壞現(xiàn)象;(3)檢查柴油機(jī)自由端的皮帶、風(fēng)扇和風(fēng)扇罩等，無(wú)損傷和松動(dòng)現(xiàn)象;(4)檢查機(jī)組的發(fā)電機(jī)風(fēng)扇，扇葉無(wú)裂紋，外殼也無(wú)擦傷痕跡;(5)手動(dòng)盤(pán)車(chē)，曲軸旋轉(zhuǎn)正常，無(wú)卡滯現(xiàn)象。通過(guò)以上檢查可以初步判斷:

機(jī)組的故障與外圍運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和曲柄連桿機(jī)構(gòu)無(wú)關(guān)，異常噪聲可能來(lái)自配氣機(jī)構(gòu)。再次起動(dòng)機(jī)組試機(jī)，發(fā)現(xiàn)全速時(shí)噪聲比怠速時(shí)嚴(yán)重;再用經(jīng)驗(yàn)法“聽(tīng)診”各缸氣缸蓋罩，發(fā)現(xiàn)4缸附近的振動(dòng)最劇烈。由此可判斷該電站柴油機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)部分有問(wèn)題。二、故障排查及處理康明斯6BT5.9柴油機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)為兩氣門(mén)頂置式、凸輪軸下置式和齒輪驅(qū)動(dòng)形式，如圖2所示。圖2

康明斯6BT5.9柴油機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖具體分為氣門(mén)組和氣門(mén)傳動(dòng)組兩大部分，氣門(mén)組主要由氣門(mén)鎖片將氣門(mén)和氣門(mén)彈簧等連接固定在氣缸蓋上;

而氣門(mén)傳動(dòng)組主要是將曲軸的輸出主動(dòng)力依次通過(guò)配氣齒輪、凸輪軸、挺柱、推桿和搖臂等傳遞給氣門(mén)組，以打開(kāi)氣門(mén)。1、故障排查按照“由表及里、由簡(jiǎn)到繁”的原則，逐一進(jìn)行故障排查。(1)擰松所有氣缸蓋罩螺栓，取下全部氣缸蓋罩，檢查各缸的氣門(mén)組件，表面無(wú)損傷，均能與氣缸蓋緊密連接。(2)手動(dòng)盤(pán)車(chē)，各缸氣門(mén)均能開(kāi)閉，氣門(mén)組工作正常。(3)檢查氣門(mén)間隙，發(fā)現(xiàn):4缸排氣門(mén)的氣門(mén)間隙明顯大于標(biāo)準(zhǔn)值(0.45～0.55mm)。用螺絲刀將該氣門(mén)的調(diào)整螺釘順時(shí)針擰緊，發(fā)現(xiàn):將調(diào)整螺釘擰到最大極限，其氣門(mén)間隙依舊大于標(biāo)準(zhǔn)值。由此可初步確定:4缸排氣門(mén)的氣門(mén)傳動(dòng)組出現(xiàn)問(wèn)題。(4)松開(kāi)4缸搖臂總成上的2個(gè)固定螺栓，拆下?lián)u臂總成，依次檢查搖臂座、搖臂軸和搖臂，無(wú)明顯損傷。(5)取出4缸的進(jìn)排氣門(mén)推桿，檢查對(duì)比，推桿無(wú)變形，且表面無(wú)損傷。(6)打開(kāi)柴油機(jī)推桿室蓋，檢查4缸的挺柱(用手邊旋轉(zhuǎn)邊向上抽拉挺柱)，發(fā)現(xiàn):4缸的排氣門(mén)挺柱竟然可以被輕易取出，仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)其底部法蘭臺(tái)肩已掉落不見(jiàn)(如圖3)。圖3

損壞挺柱和正常挺柱對(duì)比(7)檢查凸輪軸，由于凸輪軸連著各缸的挺柱，就機(jī)條件下，必須人為固定住挺柱，使其與凸輪軸脫離，經(jīng)驗(yàn)的做法是采用扎帶將挺柱向上綁緊，如圖4所示。圖4挺柱就機(jī)固定拆下齒輪室蓋和凸輪軸前端的止推片，邊旋轉(zhuǎn)邊抽拉，取出凸輪軸，檢查所有軸頸和凸輪桃子表面，并無(wú)明顯損傷;用外徑千分尺測(cè)量其外徑，也在磨損極限范圍內(nèi)。因此可確定故障點(diǎn)為4缸的排氣門(mén)挺柱損壞。打開(kāi)油底殼放油螺塞，將油底殼機(jī)油排放干凈并過(guò)濾，發(fā)現(xiàn)不少大顆粒金屬碎渣。經(jīng)對(duì)比確認(rèn)碎渣為4缸挺柱底部的破碎顆粒，如圖5所示。圖5損壞的挺柱與破碎顆粒2、故障處理由于挺柱碎裂，污染了潤(rùn)滑系統(tǒng)，所以必須先將潤(rùn)滑油道清洗干凈，具體步驟如下:(1)松開(kāi)油底殼螺栓，取出油底殼，用清洗油液將油底殼、吸油管總成和機(jī)油泵清洗干凈;(2)按照安裝規(guī)程更換新的機(jī)油濾清器;(3)更換新的挺柱，并裝上凸輪軸，注意按要求在挺柱和凸輪軸潤(rùn)滑表面涂上潤(rùn)滑脂或機(jī)油;(4)更換新的油底殼密封墊片，并安裝油底殼;(5)裝回推桿、推桿室蓋和搖臂等其他配氣機(jī)構(gòu)組成;(6)檢查調(diào)整氣門(mén)間隙至標(biāo)準(zhǔn)值;(7)最后，加注新的機(jī)油至規(guī)定刻度，恢復(fù)機(jī)組并試機(jī)。機(jī)組正常運(yùn)行，故障排除。三、故障分析與預(yù)防措施1、故障分析氣門(mén)傳動(dòng)組件故障是電站柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的常見(jiàn)故障，特別是對(duì)于機(jī)械式配氣機(jī)構(gòu)，力的傳遞距離遠(yuǎn)，傳動(dòng)組件組成多，出現(xiàn)故障的概率大。分析配氣機(jī)構(gòu)氣門(mén)傳動(dòng)組的故障，其根源多是因?yàn)闅忾T(mén)間隙過(guò)大，各組件工作時(shí)產(chǎn)生慣性沖擊力，導(dǎo)致整個(gè)配氣機(jī)構(gòu)工作不穩(wěn)，噪聲增大。易引起柴油機(jī)氣門(mén)間隙過(guò)大的主要原因有:(1)零件的工藝和材料不合格，在高強(qiáng)度交變負(fù)荷的作用下，引起零件過(guò)度磨損、變形和斷裂等，如凸輪軸和挺柱的過(guò)度磨損、挺柱的斷裂和推桿的彎曲變形等。(2)維修安裝工藝不規(guī)范，如安裝配氣機(jī)構(gòu)后沒(méi)有檢查并調(diào)整氣門(mén)間隙;

檢查調(diào)整氣門(mén)間隙時(shí)忘記上緊鎖緊螺母;

搖臂球頭和推桿尾端凹槽、推桿頭部球頭和挺柱凹槽沒(méi)有對(duì)齊，安裝不到位，導(dǎo)致推桿彎曲變形等。(3)維護(hù)保養(yǎng)沒(méi)有嚴(yán)格按照要求實(shí)施，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行會(huì)使配氣機(jī)構(gòu)各組成的配合間隙逐漸加大;潤(rùn)滑油長(zhǎng)期不更換，機(jī)油內(nèi)含雜質(zhì)量增多、油品變質(zhì)，也會(huì)加劇配氣機(jī)構(gòu)的磨損。2、預(yù)防措施為了預(yù)防柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)氣門(mén)傳動(dòng)組件發(fā)生故障，確保機(jī)組正常工作，在使用過(guò)程中應(yīng)注意:(1)必須選用柴油機(jī)生產(chǎn)廠家指定的配件。(2)康明斯柴油機(jī)裝配時(shí)對(duì)各個(gè)潤(rùn)滑部位、密封部位以及每個(gè)螺栓的擰緊力矩和擰緊方法都有明確要求，如要求挺柱窩座和推桿兩端必須預(yù)涂潤(rùn)滑脂，凸輪軸凸輪和軸頸涂機(jī)油，如若不然，這些部位會(huì)因得不到有效潤(rùn)滑，加劇磨損，提高故障率。(3)每臺(tái)康明斯柴油機(jī)都配有隨機(jī)的技術(shù)手冊(cè)，其中對(duì)維護(hù)保養(yǎng)都有明確要求，如B系列柴油機(jī)維護(hù)保養(yǎng)要求:“每8000km(200～300h)更換機(jī)油和機(jī)油濾清器;每32000km(800～1000h)調(diào)整氣門(mén)間隙”等［3］。操