故障檢查與技術(shù)維護

柴油發(fā)電機氣門(mén)頸部斷裂、盤(pán)部和桿部失效的維修方法

 

康明斯柴油發(fā)電機進(jìn)、排氣門(mén)是在柴油發(fā)電機工作過(guò)程中密封燃燒室和控制柴油發(fā)電機氣體交換的精密零件，是保證柴油發(fā)電機動(dòng)力性能、經(jīng)濟性能、可靠性、耐久性的重要零件。

氣門(mén)的工作條件惡劣，進(jìn)氣門(mén)的工作溫度可達300～400℃，排氣門(mén)的工作溫度可達700～900℃。進(jìn)氣門(mén)主要受反復沖擊的機械負荷，排氣門(mén)除受反復沖擊的機械負荷外，還受高溫氧化性氣體的腐蝕以及熱應力（即氣門(mén)盤(pán)部因溫度梯度產(chǎn)生的應力）、錐面熱脹應力（即氣門(mén)的堆焊材料與基體材料膨脹系數不同產(chǎn)生的附加應力）、和燃燒時(shí)氣體壓力等共同作用，氣門(mén)在落座時(shí)還承受由慣性引起的沖擊交變載荷及彈簧壓力、高溫腐蝕氣體的高速沖刷力等。

進(jìn)排氣門(mén)結構示意圖

 

氣門(mén)在設計、材質(zhì)與制造合理的條件下，氣門(mén)的失效主要為磨損與疲勞斷裂，磨損主要在氣門(mén)與配氣機構中相關(guān)接觸件的磨損，它除了降低柴油發(fā)電機的效率外，還因改變氣門(mén)與相關(guān)件的相互位置及受力狀態(tài)而間接促進(jìn)氣門(mén)疲勞斷裂；氣門(mén)的疲勞斷裂主要是受到高頻率的張壓交變壓應力，沖擊交變應力、彎曲、冷熱、及燃氣腐蝕的單一或綜合作用造成的。如果柴油發(fā)電機裝配、修理、使用方面不按技術(shù)規程要求進(jìn)行，氣門(mén)配合的相關(guān)件質(zhì)量不合格，氣門(mén)很容易發(fā)生失效，并且主要發(fā)生在盤(pán)部單薄處、頸部及鎖夾槽等應用力集中處。因為氣門(mén)失效的原因是多方面的，且較為復雜，康明斯公司在本文中不能逐一敘述，現就常見(jiàn)的幾種氣門(mén)失效模式故障分析。

一、氣門(mén)頸部斷裂

　　

1、超速超載，溫度過(guò)高，材料強度下降

柴油發(fā)電機過(guò)載超速是很普遍的現象，由于過(guò)載運行一般會(huì )加劇柴油發(fā)電機內溫度大幅提升，當氣門(mén)實(shí)際工作溫度高于設計的柴油發(fā)電機氣門(mén)工作溫度極限時(shí)，造成氣門(mén)疲勞強度的下降，腐蝕燃的產(chǎn)生及活化，特別是工作溫度較大的地方超過(guò)允許上限時(shí)，材料組織的就會(huì )發(fā)生變化，如氣門(mén)馬氏體材料的局部退火金相組織轉變，導致硬度和強度下降；而奧氏體材料，正常組織是奧氏體加均勻分布的顆粒狀化物，塑性比較好，當溫度升高，組織發(fā)生質(zhì)的變化時(shí)，如奧氏體基體上有較多的層狀析出物，或析出聚集長(cháng)大成帶尖角與鋒棱且相當部分沿奧氏體晶界分布的粗片碳化物，它將分割塑性好的基體，并成為成千上萬(wàn)的潛在微裂紋萌生處，增大了氣門(mén)應力疲勞，導致氣門(mén)頸部早期疲勞斷裂。

2、氣門(mén)間隙過(guò)大

間隙過(guò)大，將會(huì )造成氣門(mén)在運動(dòng)過(guò)程中擺動(dòng)，桿部異常磨損，氣門(mén)溫度升高，落座不正，受力不均勻等，導致氣門(mén)頸部斷裂。

氣門(mén)間隙過(guò)大示意圖

 

3、氣門(mén)座松脫

氣門(mén)座松脫，將會(huì )造成氣門(mén)單邊落座而產(chǎn)生交變彎曲應力，導致氣門(mén)頸部斷裂。

4、氣門(mén)彈簧折斷或鎖夾脫落

氣門(mén)彈簧折斷（有些用戶(hù)在維修時(shí)更換氣門(mén)后不更換彈簧）或鎖夾脫落（鎖夾與氣門(mén)不匹配），將會(huì )造成氣門(mén)掉缸，導致氣門(mén)被活塞頂斷。

5、氣門(mén)座口與氣門(mén)導管不同心

不同心會(huì )出現氣門(mén)桿部單邊磨損或異常磨損痕跡，造成氣門(mén)單邊落座而產(chǎn)生交變彎曲應力，導致氣門(mén)頸部斷裂。

6、活塞與氣門(mén)撞擊

氣門(mén)與活塞接觸導致氣門(mén)頸部斷裂，其表現形式為活塞頂面與氣門(mén)相對應的位置有與氣門(mén)尺寸相符合的重復撞擊痕跡，氣門(mén)盤(pán)部無(wú)積碳，呈旋轉摩擦的光亮面。

氣門(mén)機構示意圖-

 

二、氣門(mén)盤(pán)部失效

氣門(mén)在工作過(guò)程中所受的熱量，約75％通過(guò)盤(pán)部與座圈接觸而散熱，約25％通過(guò)桿部與導管接觸而散走，若氣門(mén)錐面與座圈在某一點(diǎn)接觸，盤(pán)部此部分不能通過(guò)閥座散熱而溫度急劇升高，以到熔化，再加上氣門(mén)錐面與座圈密封不良，高溫燃氣從此沖刷而導致盤(pán)部此部分燒熔而產(chǎn)生月牙形燒蝕或掉塊。

1、氣門(mén)制造問(wèn)題造成的盤(pán)部裂開(kāi)掉塊

氣門(mén)堆焊時(shí)造成局部應力集中沒(méi)有完全消除，或存在裂紋，在氣門(mén)工作時(shí)加劇應力釋放，導致氣門(mén)掉塊的發(fā)生外。

2、氣門(mén)座合面嚴重磨損后疲勞掉塊

原因是氣門(mén)間隙過(guò)大,落座時(shí)對座圈沖擊力大,氣門(mén)密封接觸帶過(guò)寬，使用不合格（如含硫量過(guò)高）的燃料,長(cháng)期超負荷工作等導致氣門(mén)錐面異常磨損。

3、氣門(mén)錐面局部燒蝕（俗稱(chēng)“燒口”）

座合面密封不良漏氣是引起燒熔燒傷的直接原因。

柴油發(fā)電機過(guò)熱引起的氣門(mén)變形，更換氣門(mén)時(shí)與氣門(mén)座研配不良，氣門(mén)間隙過(guò)小，氣門(mén)彈簧彈力不足，過(guò)多的積碳使氣門(mén)發(fā)卡以及座合面上沉積等都會(huì )造成座合面密封不良。

氣門(mén)失效示意圖

 

三、氣門(mén)桿部失效

1、氣門(mén)桿部彎曲

原因是鎖夾脫落或氣門(mén)、氣門(mén)導管與座圈不同心。

氣門(mén)安裝時(shí)，若鎖夾使用不匹配，安裝不好或受強烈震動(dòng)沖擊等，鎖夾會(huì )脫落或失效，氣門(mén)將掉入缸內被活塞頂彎，其表現形式為氣門(mén)鎖夾槽部位完好，氣門(mén)桿部彎曲。

氣門(mén)與氣門(mén)導管不同心或與座圈不同心，輕則造成氣門(mén)桿部彎曲，重則造成氣門(mén)頸部斷裂。

2、氣門(mén)桿部嚴重磨損

原因是導管內孔小于有關(guān)規定造成導管內孔與氣門(mén)桿配合間隙過(guò)小或潤滑不良，導致氣門(mén)運動(dòng)狀態(tài)異常，磨損嚴重或氣門(mén)損壞。

3、氣門(mén)鎖夾槽部斷裂

原因是鎖夾的內凸筋若與氣門(mén)鎖夾槽形不符，將會(huì )嚙傷鎖夾槽；搖臂與氣門(mén)接觸位置不正確，氣門(mén)桿端將會(huì )受到側向推力都會(huì )造成氣門(mén)鎖夾槽部斷裂，其表現形式為鎖夾槽部可見(jiàn)明顯的咬嚙傷痕或氣門(mén)桿端面可見(jiàn)明顯的受側向推力的磨痕。

另外，因氣門(mén)彈簧斷裂、氣門(mén)座圈脫落、正時(shí)鏈條斷裂、氣門(mén)導管斷裂、配氣相位錯誤、柴油發(fā)電機超速（飛車(chē)）等原因均會(huì )導致氣門(mén)失效。

氣門(mén)鎖夾槽部示意圖

 

四、安裝氣門(mén)的注意事項

基于上述氣門(mén)失效原因，要求安裝氣門(mén)時(shí)應按以下執行：

1、氣門(mén)是柴油發(fā)電機的重要零件，工作時(shí)受強烈的機械負荷、高溫和化學(xué)腐蝕，應正確安裝。在裝配過(guò)程中不得磕碰，不可受側向力，否則將使氣門(mén)變形變位，影響氣門(mén)密封，導致氣門(mén)早期損壞。

2、更換新氣門(mén)時(shí)，應同時(shí)更換新的氣門(mén)導管和氣門(mén)彈簧。使用舊的導管將增加機油消耗和積碳，而積碳將導致氣門(mén)工作溫度升高，影響氣門(mén)使用壽命，舊的氣門(mén)彈簧因彈力降低，對氣門(mén)壽命是有害的。新導管裝入缸蓋后，應用鉸刀校正導管的圓度和內孔尺寸，使氣門(mén)桿與導管孔的間隙符合柴油發(fā)電機說(shuō)明書(shū)的規定，不可加工已精加工過(guò)的氣門(mén)桿。

3、變形或燒傷的氣門(mén)座圈必須鉸、磨校正，不能僅用與氣門(mén)對研的方法修復。對無(wú)法修復的氣門(mén)座圈應換新。修復或換新座圈，應確保座圈口與導管孔同軸，同軸度允差0.03～0.05毫米。氣門(mén)與氣門(mén)座圈配合時(shí)，氣門(mén)盤(pán)端面的位置應符合說(shuō)明書(shū)要求（一般不應高出缸蓋平面），符合上述要求后，再與氣門(mén)對研。

4、氣門(mén)與氣門(mén)座輕輕對研，保證氣門(mén)密封性，研磨時(shí)不可用粗研磨料。氣門(mén)座與氣門(mén)錐面的接觸部位應在氣門(mén)錐面的中下部。氣門(mén)與座圈必須密封，密封不良，將導致柴油發(fā)電機功率下降和氣門(mén)早期損壞。研磨后，應用煤油將磨料清洗干凈并風(fēng)干，再用清潔的機油潤滑氣門(mén)桿、座圈和導管后方能裝配。

5、應選擇合格的匹配的氣門(mén)鎖夾。鎖夾應無(wú)毛刺，鎖夾與氣門(mén)裝配后應輕輕對研，保證在鎖夾開(kāi)口處無(wú)卡口現象；裝配氣門(mén)鎖夾時(shí)，不得敲擊氣門(mén)桿端部，且須裝牢，否則將造成氣門(mén)搖動(dòng)，致使鎖夾工作時(shí)劃傷氣門(mén)槽頸，導致使用時(shí)氣門(mén)鎖夾槽頸處斷裂。

6、安裝氣門(mén)彈簧上座時(shí)，座內錐孔與鎖夾外錐面應接觸良好。

7、裝配后應嚴格按柴油發(fā)電機說(shuō)明書(shū)調整氣門(mén)間隙。正確的氣門(mén)間隙非常重要，氣門(mén)間隙過(guò)小，當氣門(mén)溫度升高后，氣門(mén)伸長(cháng)，導致氣門(mén)與座圈密封不良，使燃燒室輕微漏氣，降低了柴油發(fā)電機功率；同時(shí)，長(cháng)時(shí)間將導致氣門(mén)盤(pán)錐面燒蝕。氣門(mén)間隙過(guò)大，將造成氣門(mén)沖擊座圈，使氣門(mén)受力增大，導致氣門(mén)易斷裂而失效。

 

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