何 磊，秦守都

● （1．海军驻沪东中华造船（集团）有限公司军事代表室，上海 200129；2．沪东重机有限公司，上海 200129）

某船喷油器针阀偶件卡滞原因分析

何 磊1，秦守都2

● （1．海军驻沪东中华造船（集团）有限公司军事代表室，上海 200129；2．沪东重机有限公司，上海 200129）

某船在坞修后的航行试验过程中，主机新换的针阀偶件发生了批量卡滞的故障。通过对发生卡滞的针阀偶件进行几何尺寸、表面硬度测量，并对偶件做金相分析及测量分析，查明了针阀偶件的卡滞原因，避免了类似问题的再次发生。

船用主机；喷油器；喷嘴针阀偶件；卡滞；原因分析

0 引言

某船在航行试验中烟色较差，特别是在低负荷工况状态下排烟呈暗黄色。为查明原因，航行试验结束后利用喷油器试验台对喷油器进行了试验，发现该船主机多个喷油器喷油雾化状态较差，遂对喷油雾化质量较差的喷油器进行了拆检，拆检后发现多个喷油器的针阀偶件发生了卡滞。

喷油器是柴油机燃油喷射系统的重要组成部件，对燃油雾化起着重要作用，良好的雾化可保证喷入燃烧室内燃油得以充分燃烧。喷油器良好的雾化性能主要是通过精密配合的喷嘴针阀偶件来保证的，偶件工作的可靠性决定了喷油器的使用性能。因此可以推断针阀偶件的卡滞是导致主机排烟颜色异常的直接原因。

该船4台推进主机是由法国S.E.M.T设计的PIELSTICK柴油机系列中的一种，主机型号为16PC2-6，额定转速520r/min。该型柴油机喷油器起喷压力30MPa±0.5 MPa，燃油喷射过程中喷射压力约为115MPa。

1 喷油器结构说明

16PC2-6柴油机为中速机，主机转速较高，暴露在高温高压燃气下的喷嘴所受热负荷相对较大，因此使用淡水对喷油器进行冷却。该机型喷油器冷却水系统是独立于整机冷却系统的，这种设计可有效的避免泄漏的燃油污染整机冷却水系统。

针阀偶件图如图1所示。为保证高压油腔内的燃油可靠密封，针阀偶件配合间隙很小，该型喷油器偶件间隙设计要求为 0.003mm～0.005mm，喷嘴、针阀零件配合尺寸和硬度等要求都是相对较高的。

图1 针阀偶件图

2 检测项目确定

通过对喷嘴针阀偶件卡滞可能原因的分析，决定对发生故障的喷嘴偶件做一系列检测分析，具体检测项目如下：

1）检查偶件配合间隙、针阀座面贴合情况；

2）清洁(去除表面锈迹等)后复测针阀圆度、圆柱度、粗糙度、表面硬度；

3）清洁(去除表面锈迹等)后复测喷嘴内孔圆度、圆柱度、粗糙度；

4）解剖针阀、喷嘴，对针阀喷嘴配合面着色探伤；5）送检针阀、喷嘴，做金相检验，测量杂质比例。

3 检测结果

3.1 针阀配合面外径、喷嘴配合面内径尺寸测量结果

测量数据见表1。其中钢印号HHM的偶件未装机运行。

表1 针阀配合面外径、喷嘴配合面内径尺寸

从测量数据可看出，两组偶件配合间隙均大于设计值，钢印号HD的针阀、喷嘴内孔圆度均符合设计要求，钢印号HHM的针阀、喷嘴内孔圆度均超出设计要求。

钢印号HD的针阀表面积碳较为严重，贴合面无法检验，具体状况如图2所示。

图2 钢印号HD的针阀表面积碳形貌

钢印号HHM的针阀贴合面较宽，带宽约为2mm，如图3所示（偶件略微研磨后贴合面会比较暗，以此检验贴合情况）。

图3 钢印号HHM的针阀形貌

另外，对针阀前端锥角进行了测量，设计要求锥角91°±5′。钢印号起始HHM的针阀角度为91°1′，钢印号起始HD的针阀角度为91°2′，均符合图纸要求。

3.2 表面粗糙度、硬度测量结果

3.3 表面硬度测量、金相分析结果

针阀表面硬度要求 61HRC～65HRC，不允许存在游离的贝氏体，残余奥氏体不超过 5%。初始钢印号 HHM针阀硬度62.9HRC～63.6HRC，晶粒度10级，过热度2级；初始钢印号HD针阀硬度62.4HRC～63.4HRC，晶粒度9，过热度2级。两针阀硬度均达到设计要求。

喷嘴表面硬度 720HV1～780HV1，渗碳层厚度0.6mm～0.8mm，残留奥氏体不得超过15%。初始钢印号HHM喷嘴表面硬度为HV0.2588远低于设计要求，渗碳层厚度0.6mm，马氏体级别为2级，残留奥氏体为1级；初始钢印号HD喷嘴表面硬度HV1 615也低于HV1720的设计要求，渗碳层厚度0.86mm，马氏体级别为4级，残留奥氏体为3级。两喷嘴内孔硬度均未达到设计要求。

针阀材料为W6Mo5Cr4V2，国标要求C含量0.8%～0.9%，V含量1.75%～2.20%。实测初始钢印号HD针阀C含量0.7%，V含量1.09%，C、V含量低于国标要求；初始钢印号HHM针阀C含量0.72%，V含量1.19%，C、V含量低于国标要求。两针阀其余合金元素均在国标要求范围内。

喷嘴材料为18Cr2Ni4WA，初始钢印号HD喷嘴C含量 0.20%，国标要求 0.13%～0.19%，该喷嘴其余合金元素含量均在国标要求范围内。初始钢印号HHM喷嘴各合金元素均在国标要求范围内。

4 卡滞原因分析

数据中未达到设计要求的检测项目为：

1）两种钢印号的偶件配合间隙均大于设计值；

2）两种钢印号的喷嘴内孔表面硬度、粗糙度均未达到设计要求，初始钢印号HHM的表面硬度远低于设计值；

3）钢印号HHM的针阀、喷嘴圆度均超出设计要求；

4）两种钢印号的针阀材料C、V含量低于国标要求，初始钢印号HD喷嘴C含量0.20%略高于国标要求。

5 结论

从发生卡滞针阀照片（图2）中可看出，针阀表面已形成了较厚的积碳，所以可认为针阀偶件配合间隙超差，针阀在喷嘴内倾斜量超出设计范围致使针阀前端锥面不能可靠密封。高温高压燃气通过喷嘴喷孔逆行至偶件油腔产生积碳，随积碳的增多最终导致偶件卡滞。另外，喷嘴内孔表面硬度、粗糙度均未达到设计要求，以致针阀偶件更易受积碳影响而引起卡滞。

[1]王文斌.机械工程手册 [M].北京:机械工业出版社,2004.

[2]MAN-SEMT柴油机专利公司.PC2-6柴油机维保说明书[M].2001.

[3]MAN-SEMT柴油机专利公司.PC2-6柴油机技术说明书[M].2001.

Causes Analysis on Catching of Needle Valve Couple Parts Network

HE Lei1,QIN Shou-du2
(1.Navy Military Representative Office at Shanghai Hudong-Zhonghua Shipbuiding （Group）Co.,Ltd.,Shanghai 200129,China; 2.Hudong Heavy Machinery Co.,Ltd.,Shanghai 200129,China)

During sea trial of one ship after docking repair,the catching defaults occur in a batch of newly changed needle valve couple parts.By taking a series of measuring and analysis work,such as measuring dimensions and surface hardness,metallographic analysis,the causes of catching of the couple parts are found out to avoid the appearance of similar problems.

marine engine; injector; nozzle valve coupl parts; sticking；causes analysis

U664.1

A

何磊（1982-），男，工程师。主要从事舰船机电工程工作。