余 浩，文栋栋

（1.江苏核电有限公司，江苏连云港 222042；2.中国核电工程有限公司华东分公司，浙江海盐 314303）

0 引言

空气分配器是应急柴油机（简称柴油机）启动系统的关键装置，作用是通过控制压缩空气的通断进控制气缸启动阀的启闭，继而控制起动用压缩空气按照发火顺序依次进入气缸，最终推动活塞运动，带动曲轴旋转并达到起动转速。

运营既定柴油机型号18PA6B型，V型18缸，额定功率6100 kW，额定转速1000 r/min，直接空气起动，选用分配盘式空气分配器，沿分配器体外圆加工有与起动气缸数相等的出气孔，通过压缩空气管与相应气缸的起动空气阀相连，分配器体前端面处对应各出气孔位置加工有轴向孔，分配盘安装在转轴上，由衬套支撑，通过联轴节与凸轮轴相连。

1 故障现象

在柴油机调试期间首启前起动吹车过程中，手动开启启动电磁阀继电器，A列各缸示功阀出口排气正常，B列5个气缸相继排气后发出“砰”的一声巨响，操作人员立即手动关闭起动电磁阀继电器，柴油机起动吹车被迫中断。

检查发现B列空气分配器端盖及连接螺栓整体脱离，控制用压缩空气管系严重变形，分配器体端盖连接螺栓内螺纹孔螺纹脱离，端盖连接螺栓未发现断裂、变形等异常现象。

2 故障分析

2.1 原因分析

2.1.1 技术状态问题

当分配器体、分配盘和端盖的技术状态与专利方不一致、螺栓选型不符合专利方配套的要求时，分配器体、分配盘、端盖或螺栓可能在使用过程中发生损伤，造成空气分配器端盖在使用过程中脱离。

2.1.2 空气管系堵塞或脏堵

当吹车前空气分配器前压缩空气管系存在堵塞或脏堵等异常时，异物有可能进入空气分配器后起动用压缩空气管系，或当空气分配器后启动用压缩空气管系存在堵塞或脏堵等异常时，可能造成端盖与分配盘之间的气室超压，造成空气分配器端盖在使用过程中脱离。

2.1.3 装配问题核查

当分配盘装配质量存在问题，如卡滞、移位等，可能造成端盖与分配盘之间的气室超压，进而造成空气分配器端盖在使用过程中脱离。

当端盖连接螺栓紧固力矩过大时，可能造成分配器体上端盖连接螺栓内螺纹孔内螺纹拉伤，进而造成空气分配器端盖在使用过程中脱离。

2.1.4 零件质量问题

当B列各缸气缸启动阀动作不灵活或卡死时，可能造成端盖与分配盘之间的气室超压，进而造成空气分配器端盖在使用过程中脱离。

当分配器体的化学成分、硬度或金相组织不满足标准时，如硬度偏低、组织中含有大量铁素体相，性能下降、强度降低，分配器体端盖连接螺栓内螺纹孔内螺纹可能发生断裂、磨损，进而造成空气分配器端盖在使用过程中脱离。

2.2 故障树

根据故障现象、柴油机工作原理和结构，从技术状态、操作、装配和零部件质量4个方面逐项分析，建立图1所示故障树。

图1 故障树

2.3 故障原因排查

2.3.1 技术状态核查

核查专利方配套及图纸，分配器体、分配盘和端盖技术状态与专利方一致，螺栓选型符合专利方配套的要求，因此可排除分配器体、分配盘和端盖技术状态不满足设计要求的可能性。

2.3.2 空气管系核查

查阅柴油机调试记录，在吹车前，已按照要求对空气分配器前的压缩空气管系进行了吹扫，吹扫结果满足验收要求，因此可排除空气分配器前压缩空气管系堵塞、脏堵的可能性。

检查空气分配器后的启动用压缩空气管系，未发现堵塞现象，因此可排除空气分配器后的启动用压缩空气管系堵塞、脏堵的可能性。

2.3.3 装配问题核查

检查分配盘装配质量，未发现卡滞、移位等异常现象，因此可排除分配盘装配质量问题的可能性。

检查控制用压缩空气和启动用压缩空气管系，未发现安装错误、管线变形、堵塞、脏堵等异常现象，因此可排除压缩空气管系问题的可能性。

查阅磨合试验、出厂试验等工厂试验记录，未发现分配器存在漏油、漏气等异常情况的记录，因此可排除端盖连接螺栓松动的可能性，但查阅柴油机装配记录，未能找到端盖连接螺栓紧固力矩记录，故不能排除紧固力矩过大造成分配器体上端盖连接螺栓内螺纹孔内螺纹拉伤的可能性。

2.3.4 零件质量问题

检查B列各缸气缸起动阀，未发现动作不灵活、卡死等异常现象，因此可排除B列各缸气缸起动阀问题的可能性。

检查配器体端盖和连接螺栓尺寸，确认分配器体端盖尺寸满足图纸要求，连接螺栓长度满足图纸要求，因此可排除分配器体端盖和连接螺栓尺寸问题的可能性。

解剖分配器体，检查发现分配器体连接螺栓内螺纹孔内前6扣螺纹脱落，测量端盖尺寸及端盖连接螺栓旋入长度，计算发现端盖连接螺栓与分配器体连接的有效螺纹为 6扣，检查结果表明分配器体与端盖连接螺栓相配合的螺纹已全部损坏。对分配器体进行化学成分、硬度及金相检查，结果显示：分配器体硬度（HBW）为 160，低于国标GB/T 9439—2010灰铸铁件中硬度要求值（170HB）；分配器体基体为珠光体+30%铁素体（图2），基体组织含有大量铁素体（图3），低于国标标准GB/T 9439—2010灰铸铁件中基体要求（珠光体）。

2.4 故障成因

（1）分配器体硬度及金相组织不符合国家标准GB/T 9439—2010灰铸铁件的要求，硬度偏低，组织中含有大量铁素体相，弱化了材料性能，强度降低，在外力作用下螺纹发生磨损、断裂。

（2）可能存在端盖连接螺栓紧固力矩过大问题：高压空气（最大压力 4 MPa（40 bar））流入分配器时对分配器体和端盖的连接螺栓有着很大的冲击力，分配器体螺纹孔基体机械性能不满足国家标准GB/T 9439—2010灰铸铁件的要求，柴油机在磨合试验、出厂试验等工厂试验期间柴油机多次启动可能使不合格分配器体内螺纹孔的螺纹出现损伤，如果端盖连接螺栓紧固力矩过大，将进一步加剧螺纹的损坏，最终导致分配器体螺纹脱落，端盖连接失效，端盖脱离。

图2 分配器体基体

图3 分配器体基体组织

3 处理措施

拆除空气分配器，更换满足专利方配套及图纸和国家标准GB/T 9439—2010灰铸铁件要求的空气分配器，同时更换控制用压缩空气管系，按照装配工艺要求回装空气分配器和控制用压缩空气管系，重新调整启动空气进气相位，按照标准IEEE Std 387TM—1995（R2007）Diesel-Generator Units Applied as Standby Power Supplies for Nuclear Power Generating Stations完成柴油机现场调试，检查端盖连接螺栓，未发现松动迹象，拆除端盖连接螺栓，取下端盖，检查分配器体上的内螺纹孔未发现螺纹损伤、脱离等异常现象，柴油机空气分配器端盖脱离故障排除。

4 结语

本次故障是一起典型的由设备制造缺陷导致的故障，根本原因为分配器体硬度及金相组织不符合标准GB/T 9439—2010灰铸铁件的要求，硬度偏低、组织中含有大量铁素体相，促成原因为端盖连接螺栓紧固力矩过大。

建议在柴油机制造和检修过程中注意以下2点：

（1）在后续空气分配器体制造过程中，强化空气分配器体坯件抽样检查，检查项目包括化学成分分析、硬度及金相检查，验收标准为化学成分、硬度和金相满足国家标准GB/T 9439—2010灰铸铁件中相关要求。

（2）完善柴油机装配工艺和维修要求，新增空气分配器端盖连接螺栓紧固力矩要求记录并存档。