关于济柴H16V190ZT型燃气发动机组气门磨损沉陷异常状况的分析研究张晓杰

关于济柴H16V190ZT型燃气发动机组气门磨损沉陷异常状况的分析研究张晓杰

张晓杰

（山西金驹煤电化股份有限公司山西晋城048006）

摘要：结合在济柴燃气发动机顶部大修（6000h大修）的过程中遇到的缸盖气门磨损沉陷异常情况进行分析研究，从而总结和规范机组顶部大修及缸盖维修周期，制定合理的气门突出量值，确保机组在后期安全满发运行。

关键词：燃气发动机；气门凸出量；气门沉陷；导流板断裂；顶部大修

1、前言

现阶段山西金驹煤电化股份有限公司总计有18台济柴牌H16V190ZT型燃气发动机组，装机容量18MW。在进行首轮6000h顶部大修的时候发现缸盖进气门磨损沉陷异常，并且在多台机组运行过程中出现上进气门内置导流板被磨损撞击断裂导致断裂物随排气管道进入涡轮增压器从而造成涡轮喷嘴环损坏的现象。随计划在顶部大修过程中对所有缸盖气门情况进行检查，测量气门沉陷量，统计汇总数据进行分析研究。本文以三水沟瓦斯发电站6台机组为研究对象进行分析研究，目的是为了总结确定合理的气门凸出量既气门沉陷量从而制定合理的顶部大修周期，确定合理的缸盖使用寿命，保障机组大修后能安全满发运行。

2、故障现象：

检修分公司于2018年8月20日至9月30日期间对三水沟瓦斯发电站6台济柴机组进行首轮顶部大修（6000h）的过程中发现如下异常情况：

1、进气门的磨损沉陷量要远远大于排气门的磨损沉陷量。

2、上进气门内导流板普遍存在撞击磨损情况且在4#机组（6733h）顶修时发现有导流板断裂甚至缺失现象。

3、更换检查4#机组涡轮的过程中发现喷嘴环磨损严重有异物导致机组负荷降低。

3、数据分析提出问题：

现对6台机组所有的气门沉陷数据进行统计后发现排气门的磨损沉陷量近乎于0mm，而进气门的磨损沉陷主要集中在2mm--4mm之间，上进气门的平均磨损沉陷量在2.69mm，下进气门的平均磨损沉陷量在2.43mm，因此着重研究分析进气门磨损沉陷情况。如下图所示：

图表1：气门沉陷数据折线图

横向为6台机组各缸编号，纵向为气门沉陷量（单位mm）

图表2：进气门磨损沉陷量分布饼状图

针对如上异常分析首先考虑进气门与排气门材质不一样，可能导致进气门磨损比较严重，其次考虑气源内有杂质颗粒对进气门造成磨损，再次考虑进气门弹簧下有垫片可能导致进气门回座力大于排气门而导致磨损较重，并结合段河瓦斯发电站两次涡轮异常后发现有类似导流板的异物等情况，又由于上进气门有内置导流板，出现磨损撞击甚至断裂后有危害涡轮的后果，所以着重对上进气门进行分析计算，提出合理的气门沉陷量既气门凸出量，从而确定合理的缸盖使用寿命及大修周期。

随对上进气门的磨损沉陷进行测算，测算气门磨损沉陷量达到多少时气门头会与导流板发生接触并开始形成对导流板直接撞击磨损，甚至导致导流板断裂？

图示1为上进气门示意图：单位mm

根据测量求X，依据相似三角形定理估算X有：a/2=b/（2+x）

因a=24.80/2-20.50/2=2.15，b=70/2-20.50/2-20.08=4.67

则x=2.34mm

图示1

4、解决问题得出结论：

由于气门头与气门杆为圆滑过渡线，因此根据测算及实际观察导流板的磨损情况（导流板厚度2mm），当气门沉陷量达到2.3mm时气门头将与导流板发生接触磨损，当气门沉陷量达到4mm时可能已经发生导流板撞击断裂，甚至出现损伤涡轮导致机组不能满负荷运行的后果。随提出如下建议：

在更换缸盖后的首次保养时进行气门凸出量测量，将此数据作为原始零点数据，并在每次保养的时候进行气门凸出量测量以此来反映气门磨损沉陷情况。

1、当在日常保养过程中发现某缸上进气门凸出量比首次测量时大于2.3mm时应考虑单独更换缸盖，从而确定合理的缸盖使用寿命。

2、当在日常保养过程中发现机组上进气门凸出量比首次测量时大于3.0mm时，应考虑拆解观察导流板磨损情况，避免导流板断裂进入燃烧室发生撞缸，甚至可能随排烟系统进入涡轮内部损坏涡轮喷嘴环，造成严重后果。

3、根据三水沟瓦斯发电站6台机组运行时间从第一台机组顶修（5938h）到最后一台机组顶修（6733h）相差近800h的周期，并考虑最后一台机组顶修时出现了导流板断裂脱落的现象，建议顶部大修时间周期更改为5500h。

根据此次分析研究测算，我们在随后的机组大修中充分考虑此次建议，由6000h大修周期减为5500h并取得了预期效果，使得全公司18台机组安全满发。

经过后期30台次的大修实践，2.3mm的气门凸出量，5500h的大修周期是该型机组的一项新的行业标准。

参考文献：

[1]袁兆成.内燃机设计.机械工业出版社，2012.1.

[2]黎苏，李明海.内燃机原理.中国水利水电出版社，2010.2.