一、船舶柴油機(jī)排氣閥故障的原因分析
　　
　　1．排氣閥的工作條件
　　
　　船舶柴油機(jī)中排氣閥的工作條件十分惡劣，氣閥底面與高溫燃燒產(chǎn)物直接接觸，在氣閥開(kāi)啟期間還承受著高溫(900～1000°C)和具有腐蝕性氣體的高速(達(dá)600m/s)沖刷，氣閥中心溫度高達(dá)700～800°C，在閥盤(pán)與閥桿過(guò)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。材料發(fā)生熱變形。過(guò)高的溫度會(huì)使金屬材料的機(jī)械性能降低，材料發(fā)生熱變形。當(dāng)閥面密封不嚴(yán)時(shí)，就會(huì)引起高溫度燃?xì)鈱?duì)閥面的燒損。氣閥落座時(shí)，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(dāng)大的沖擊性交變載荷，在氣閥出現(xiàn)跳動(dòng)或氣閥間隙增大時(shí)，這種載荷會(huì)明顯增加。閥與閥座的撞擊，容易形成密封面的變形和嚴(yán)重的磨損。因船用柴油機(jī)絕大部分多為增壓柴油機(jī)，由于進(jìn)氣道內(nèi)的新鮮空氣壓力阻止了從氣閥導(dǎo)管中獲得滑油的可能，因此，金屬之間易發(fā)生干摩擦。但在一般柴油機(jī)的氣閥以及增壓柴油機(jī)的排氣閥座合金面間總會(huì)布有一層滑油或煙油等潤(rùn)滑物。此外，閥桿與導(dǎo)管間也會(huì)發(fā)生磨損，閥桿頂端受搖臂的撞擊與磨損。
　　
　　2．附加因素的影響
　　
　　由于燃油價(jià)格不斷上漲，航運(yùn)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，船東為了降低成本來(lái)達(dá)到提高競(jìng)爭(zhēng)能力、獲得更多利潤(rùn)的目的，均使用低價(jià)、劣質(zhì)的燃油。這些燃油的粘度高，滯燃期長(zhǎng)，而且釩、鈉和硫的含量比較高。這種燃油在柴油機(jī)中燃燒時(shí)，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(kāi)機(jī)器，而剩余部分仍然留在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)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(méi)有經(jīng)濟(jì)上合理的工藝過(guò)程能從渣油中除去腐蝕元素，連合金鋼和堆焊排氣閥鋼也受到燃油的腐蝕。
　　
　　在柴油機(jī)運(yùn)行中違反用車(chē)保養(yǎng)規(guī)定，低溫啟動(dòng)柴油機(jī)，低溫強(qiáng)迫加載，柴油機(jī)氣缸燃燒溫度急劇變化，在柴油機(jī)負(fù)載狀態(tài)下，急劇變換手柄位，使柴油機(jī)氣缸燃燒狀態(tài)惡化，大量霧化不良的粗大重油粒子噴入氣缸，造成嚴(yán)重的后燃及不完個(gè)燃燒，嚴(yán)重積炭使排氣閥的閥線表面也被積炭污染，甚至造成主機(jī)的起動(dòng)困難，這就成為下次主機(jī)開(kāi)車(chē)不久后的油頭及排氣閥故障的隱患，因此這些操縱、保養(yǎng)柴油機(jī)的不良習(xí)慣也是引發(fā)柴油機(jī)氣閥故障的因素。
　　
　　二、排氣閥常見(jiàn)故障分析
　　
　　1．排氣閥燒損
　　
　　排氣閥燒損是排氣閥zui常見(jiàn)故障。主要原因是排氣閥密封不嚴(yán)，造成高溫燃?xì)庑孤?，使該處?yán)重過(guò)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(diǎn)：⑴由于閥盤(pán)不同部位的形狀、厚度不同，受熱、散熱條件不同，閥盤(pán)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(pán)徑向上的溫度差，過(guò)大的溫差將造成閥盤(pán)的變形從而導(dǎo)致漏氣的產(chǎn)生。⑵船用燃油中含有的雜質(zhì)在經(jīng)過(guò)燃燒室內(nèi)的各種復(fù)雜熱過(guò)程后在排氣閥閥盤(pán)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(zhì)，其內(nèi)混有硫酸鈉、硫酸鈣、氧化鐵等物質(zhì)。當(dāng)此層玻璃狀沉積物沉積厚度過(guò)大時(shí)，在閉閥時(shí)的撞擊力下會(huì)發(fā)生裂紋，反復(fù)撞擊后進(jìn)而發(fā)展成剝落，從而形成高溫燃?xì)鈬姵鐾ǖ朗箽忾y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(zhì)燃燒產(chǎn)物顆粒在閉閥的撞擊下，可使密封面出現(xiàn)凹坑，從而形成漏氣。
　　
　　2．排排氣閥高溫腐蝕
　　
　　目前在航運(yùn)市場(chǎng)上普遍使用的劣質(zhì)燃油中含有大量釩、鈉和硫等元素。在燃燒過(guò)程中．硫、釩和鈉等元素形成氧化硫、五氧化釩和氧化鈉等（這些氧化物的化學(xué)成份取決于過(guò)量氧氣和燃燒溫度）。氧化物之間要發(fā)生反應(yīng)，而且還要與滑油中的鈣反應(yīng)，形成低熔點(diǎn)的鹽類(lèi)，有硫酸鈉，硫酸鈣和不同成份的釩酸鈉等。這些鹽類(lèi)混合物熔點(diǎn)一般為535°C左右，同時(shí)具有較強(qiáng)的腐蝕性。當(dāng)零件溫度在550°C以上時(shí)，足以使釩、鈉化臺(tái)物處于熔化狀態(tài)，附著于零件表面。當(dāng)排氣閥在工作中時(shí)，由于排氣原因(氣閥溫度可達(dá)650—800°C以上)，使它以液態(tài)形成沉積在閥盤(pán)及閥座以及閥桿與閥面的過(guò)渡表面上。這時(shí)即使是非常耐腐蝕的硬質(zhì)合金鋼也會(huì)受到腐蝕，腐蝕結(jié)果在密封錐面上形成麻點(diǎn)、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(chǎn)生的，所以稱(chēng)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zui大。
　　
　　3．氣閥密封錐面磨損過(guò)快
　　
　　在燃燒室內(nèi)的爆發(fā)壓力作用下閥座與閥盤(pán)都發(fā)生彈性變形，氣閥落座撞擊也會(huì)造成閥座及閥盤(pán)的彈性變形，這樣會(huì)使閥盤(pán)錐面反復(fù)楔入時(shí)，密封錐面產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，造成密封錐面磨損。氣閥間隙過(guò)大，閥盤(pán)與閥座剛度不足，氣閥與閥座材料性能達(dá)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(fù)荷運(yùn)行或燃燒惡化，冷卻不良，閥桿與導(dǎo)管間隙過(guò)大，氣閥機(jī)構(gòu)振動(dòng)使氣閥落座速度過(guò)大等，都能使磨損速率增大。
　　
　　4．閥盤(pán)與閥桿斷裂
　　
　　在閥盤(pán)與閥桿的過(guò)渡圓角處和閥桿裝設(shè)卡塊的凹槽處，由于這些部位應(yīng)力容易集中，當(dāng)應(yīng)力集中到一定程度，就會(huì)發(fā)生疲勞斷裂破壞。造成斷裂的原因有：閥桿與導(dǎo)管的間隙過(guò)大；閥盤(pán)與閥座的變形使局部受力過(guò)大；氣閥間隙過(guò)大，敲擊嚴(yán)重疲勞破壞；氣閥機(jī)構(gòu)的振動(dòng)。閥桿裝設(shè)卡塊的凹槽處是氣閥的zui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(huì)產(chǎn)生疲勞斷裂。
　　
　　5．氣閥卡死
　　
　　氣閥卡死主要是因?yàn)闅忾y閥桿和導(dǎo)管之間間隙過(guò)小，當(dāng)受熱膨脹后二者間隙過(guò)盈發(fā)生卡死現(xiàn)象。另一方面，當(dāng)閥桿發(fā)生彎曲變形時(shí)也會(huì)使閥桿卡死在導(dǎo)管中。
　　
　　6．氣閥彈簧斷裂
　　
　　氣閥彈簧本身結(jié)構(gòu)不合理，內(nèi)部有缺陷，加工不合理或使用中發(fā)生了扭曲或達(dá)到疲勞極限在工作中均會(huì)導(dǎo)致斷裂。氣閥彈簧斷裂直接破壞柴油機(jī)正常工作，嚴(yán)重時(shí)，氣閥可能墜入氣缸。
　　
　　三、船舶柴油機(jī)排氣閥的檢修
　　
　　1．閥與閥座的主要維修技術(shù)
　　
　　檢修前，測(cè)量氣閥底面與缸蓋底面的距離是否超過(guò)規(guī)定。若此值相差太大，則會(huì)影響柴油機(jī)的壓縮比以及使氣閥與活塞發(fā)生撞擊，所以必須更換氣閥座墊。檢修中，對(duì)長(zhǎng)期工作后的氣閥應(yīng)進(jìn)行以下測(cè)量：閥桿磨損后的圓度誤差和圓柱度誤差，此誤差可用外徑千分尺等測(cè)量檢查得到。當(dāng)這兩項(xiàng)誤差超過(guò)與導(dǎo)管配合間隙極限50%時(shí)應(yīng)報(bào)廢更換；啟發(fā)錐面對(duì)閥桿外圓柱面徑向跳動(dòng)量應(yīng)不大于0.003mm。否則應(yīng)報(bào)廢更換。檢查時(shí)將氣閥頂置于車(chē)床的主軸頭與尾頂針之間，兩頂針頂在氣閥原加工頂針孔中，將百分表座于拖板上，并使其表的觸頭與氣閥錐面接觸。氣閥轉(zhuǎn)動(dòng)一周中，百分表的讀數(shù)變化zui大值即為徑向跳動(dòng)。此時(shí)氣閥的夾持狀態(tài)就如上圖所示；對(duì)氣閥進(jìn)行裂紋檢查，麻點(diǎn)和凹坑等檢查。閥桿外表面允許有10條之內(nèi)的且長(zhǎng)度不超過(guò)20mm的發(fā)紋，對(duì)錐面及閥桿聯(lián)結(jié)鎖夾處應(yīng)進(jìn)行磁力探傷檢查并消磁。有裂紋者應(yīng)以報(bào)廢處理。
　　
　?。?）閥與閥座的焊補(bǔ)工藝
　　
　　從主機(jī)上卸下來(lái)的排氣閥及閥座有很多油垢、麻點(diǎn)凹坑、燒蝕甚至燒穿，必須進(jìn)行清理。清理工作可在車(chē)床上加工掉表面污物及原來(lái)的噴焊層（焊層的厚度可以從加工過(guò)程中噴焊層與母材的顏色不同，或車(chē)掉的鐵屑是片狀和絲卷狀判斷出來(lái)）。噴焊層較硬，其鐵屑為小片狀，而母材多為絲狀。對(duì)局部燒蝕嚴(yán)重的部位，用砂輪磨掉污物，經(jīng)著色探傷無(wú)裂紋后，可補(bǔ)焊。焊條可選用高鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條，含鉬時(shí)效果會(huì)更好一些，焊前一般需200°C，預(yù)熱1．5小時(shí)，施以小電流，多層多道焊，注意層間與道間溫度在200°C左右。對(duì)高出基體的部分用砂輪磨掉，著色探傷無(wú)裂紋后方可噴焊。
　　
　?。?）閥與閥座的研磨工藝
　　
　　對(duì)閥盤(pán)與閥座的研磨角度必須嚴(yán)格按說(shuō)明書(shū)要求進(jìn)行調(diào)整和測(cè)量。特別是閥桿密封面的研磨角度必須精心調(diào)整，在研磨前用千分表找正時(shí)，應(yīng)使千分表頂針對(duì)在內(nèi)接觸面的部位，圓周找正校準(zhǔn)到砂輪與密封面全部接觸，要求其zui大偏差應(yīng)在0．05mm以?xún)?nèi)，此數(shù)值也是磨掉的zui大量。面的研磨標(biāo)準(zhǔn)是：研磨砂輪必須從整個(gè)密封面的寬帶和圓周上均勻地磨掉材料。在檢查閥桿的磨損層時(shí)應(yīng)先清潔閥桿；在圓周方向測(cè)量閥桿外徑，不超說(shuō)明書(shū)規(guī)定的低限；檢查鍍鉻層的網(wǎng)狀裂紋情況，在靠閥頭部分鍍鉻層上有輕微的裂紋是允許的，但鍍鉻層決不允許出現(xiàn)脫皮現(xiàn)象。研磨后應(yīng)進(jìn)行密封檢查：氣閥錐面上用軟鉛筆畫(huà)出等間隔線條，與閥座貼合，輕旋1/3周后取出。若發(fā)現(xiàn)每條鉛筆線均為中部相同位置被擦去，則表示密封良好。此外也可將氣閥裝置按規(guī)定組裝完畢后，從排氣道倒入煤油，觀察10分鐘后，若氣閥處無(wú)泄露油痕，也可說(shuō)明密封良好。
　　
　　2．其余缺陷及處理
　　
　　（1）氣閥斷裂
　　
　　氣閥斷裂的主要原因是由于氣閥上溫度分布不均勻而導(dǎo)致熱應(yīng)力過(guò)大，或閥盤(pán)（閥座）翹曲，使其承受了較大的的彎曲應(yīng)力。因此，在使用維護(hù)中，要嚴(yán)格保證閥桿與導(dǎo)管的配合間隙，磨損超差應(yīng)及時(shí)更換導(dǎo)管。因?yàn)檫^(guò)大的配合間隙會(huì)導(dǎo)致散熱不良，造成閥桿處漏氣，排氣閥閥桿處漏氣更容易造成滑油結(jié)焦使閥卡死；過(guò)大間隙還使氣閥橫向振動(dòng)加劇，使閥盤(pán)與閥座密封面的滑移量增加，磨損加大；還可能造成氣閥單邊落座，這往往會(huì)造成閥盤(pán)與閥桿過(guò)渡圓角處斷裂。當(dāng)然，導(dǎo)管與閥桿的間隙也不能過(guò)小，否則會(huì)導(dǎo)致氣閥卡阻。裝配時(shí)閥桿在導(dǎo)管中若能憑自重徐徐下降為好。長(zhǎng)期工作磨損后，用手從側(cè)面推動(dòng)閥桿，有搖晃、松動(dòng)感覺(jué)，可判斷已超出磨損極限。
　　
　?。?）氣閥彈簧缺陷的檢測(cè)與處理
　　
　　檢修時(shí)應(yīng)注意對(duì)氣閥彈簧表面裂紋、銹蝕等缺陷的檢查。有裂紋者，報(bào)廢。銹蝕斑點(diǎn)應(yīng)用砂布修磨光潔，以免應(yīng)力集中。彈簧上平臺(tái)檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)彎曲與扭曲超差者，應(yīng)予更換處理。氣閥彈力不足，會(huì)造成氣閥關(guān)閉不嚴(yán)而引起漏氣。氣閥機(jī)構(gòu)傳動(dòng)件脫離接觸，產(chǎn)生敲擊，導(dǎo)致磨損加劇。嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致彈簧鎖緊裝置脫落而發(fā)生重大事故。檢修時(shí)，應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)彈簧與之做相對(duì)變形量比較，超差者，應(yīng)予報(bào)廢。
　　
　　四、結(jié)論
　　
　　排氣閥是柴油機(jī)的重要組成部分，它的工作性能的好壞直接影響到主機(jī)的正常運(yùn)行。因此，輪機(jī)管理人員必須對(duì)排氣閥工作予以極大的關(guān)注。要求做到以下幾點(diǎn)：
　　
　?。?）航行時(shí)認(rèn)真巡回檢查，注意排溫變化。要隨時(shí)注意排氣閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)供油壓力。在外界海況和主機(jī)負(fù)荷不變的前提下，如某一缸的排煙溫度出現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)、聲音異常等情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)正確地判斷出故障所在，采取果斷措施，可有效地控制事故發(fā)生。
　　
　　（2）平日要加強(qiáng)對(duì)噴油器的維護(hù)管理，確保噴油器工作正常。如果噴嘴霧化不良，吊出排氣閥時(shí)，明顯可以看到距噴嘴zui近的閥座內(nèi)側(cè)，成對(duì)角狀堆積了大量的結(jié)碳和沒(méi)燒盡的燃油的混合物，其表面成液態(tài)狀，且向下流到密封耦合面上，導(dǎo)致結(jié)碳，這些結(jié)碳，就是燒損閥的“罪魁禍?zhǔn)?rdquo;，這兩處，就可能是閥被燒損的具體部位。
　　
　　（3）輪機(jī)員必須嚴(yán)格按照船舶柴油機(jī)說(shuō)明書(shū)要求，定期檢驗(yàn)排氣閥。
　　
　?。?）閥盤(pán)與閥座面上均堆焊有耐熱合金，一般厚度為3mm左右，拆檢時(shí)按說(shuō)明書(shū)要求進(jìn)測(cè)量，當(dāng)zui大研磨量Gt>2．0mm，氣隙G3≤O時(shí)此閥不能再用。
　　
　?。?）為了避免在研磨時(shí)由于波動(dòng)引起閥盤(pán)表面出現(xiàn)振顫的現(xiàn)象，應(yīng)盡可能不在船舶航行或拋錨時(shí)研磨排氣閥，如果條件允許，盡量在碼頭或?qū)I(yè)廠家進(jìn)行研磨工作。
　　
　　（6）主機(jī)間隔一段時(shí)間，在進(jìn)出港機(jī)動(dòng)用車(chē)時(shí)，換用輕油將燃油系統(tǒng)進(jìn)行沖洗，有利于改善噴射泵和噴油器的工況，提高燃燒質(zhì)量。同時(shí)，輪機(jī)員要勤加注意燃燒室零件的冷卻，使零件溫度保持在550°C以下，但冷卻水溫度不能調(diào)得太低一面熱應(yīng)力過(guò)大發(fā)生裂紋。