某型主機(jī)低溫冷卻水溫控閥的改進(jìn)

　　9000KW救助拖輪，某著名品牌9L32主機(jī)兩臺(tái)，單機(jī)功率4500KW，均通過離合器和齒輪箱驅(qū)動(dòng)可變螺距螺旋槳，并帶動(dòng)軸帶發(fā)電機(jī)一臺(tái)(1700KW，供艏、艉側(cè)推及拖纜機(jī)使用)和對(duì)外消防泵一臺(tái)(排量1753m3/h)。本局目前已有9艘該型拖輪投入使用，6艘在建。

1、9000KW救助拖輪主機(jī)冷卻水系統(tǒng)

　　該型救助拖輪，機(jī)艙冷卻水采用是集中式冷卻系統(tǒng)，兩臺(tái)板式中央冷卻器，有低溫冷卻水回路和高溫冷卻水回路，系統(tǒng)原理見圖1。

圖1 主機(jī)冷卻水系統(tǒng)原理圖

　　高溫水，兩臺(tái)高溫淡水泵(一臺(tái)機(jī)帶泵主用，一臺(tái)電動(dòng)泵備用，圖中顯示一臺(tái))供水，冷卻主機(jī)缸套、缸頭噴油器和進(jìn)、排氣閥座等部件，回水由高溫水溫度調(diào)節(jié)三通閥(以下簡稱溫控閥)自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)入中央冷卻器和機(jī)帶高溫水泵兩路的水量，使回水溫度維持在設(shè)定值(93℃，98℃高溫報(bào)警)，還配置一臺(tái)缸套水加熱裝置(泵和電加熱器)，保持主機(jī)完車期間高溫淡水溫度。

　　低溫水，兩臺(tái)低溫淡水泵(一臺(tái)機(jī)帶泵主用，一臺(tái)電動(dòng)泵備用，圖中顯示一臺(tái))供水，先后冷卻主機(jī)增壓空氣和潤滑油，回水由低溫水溫控閥自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)入中央冷卻器和低溫水泵兩路的水量，使回水溫度維持在設(shè)定值(42℃，45℃高溫報(bào)警)。

　　高溫水的溫控閥機(jī)構(gòu)與低溫閥不同，下面只討論低溫水溫控閥。

　　溫控閥主要由殼體、控制活塞、控制缸套、感溫元件和彈簧組成，見圖2。

1.堵頭螺栓; 2.止動(dòng)擋圈; 3.鋼墊; 4.彈簧; 5.控制缸套; 6.控制活塞; 7.溫包架; 8.感溫元件; 9.止動(dòng)擋圈; 10.導(dǎo)銷; 11.端蓋; 12.螺栓; 13.調(diào)節(jié)螺栓; 14.固定擋銷;

圖2 低溫水溫控閥的結(jié)構(gòu)示意圖

　　(1)殼體和控制缸套

　　殼體，中心園孔，容納控制缸套和控制活塞。

　　殼體和控制缸套，孔壁分中、左、右三個(gè)通道，中通道接滑油冷卻器來的冷卻水，左通道通往中央冷卻器，右通道通向低溫水泵吸口。

　　沿中心線，左端蓋上裝有調(diào)節(jié)活塞移動(dòng)的彈簧裝置(2、3、4);右端蓋上裝有應(yīng)急手動(dòng)調(diào)節(jié)水溫的調(diào)節(jié)螺栓13，通過導(dǎo)銷10和止動(dòng)擋圈9作用于感溫元件8。

　　右端蓋內(nèi)側(cè)，設(shè)有一根不銹鋼固定擋銷14，用以限制控制活塞在缸套內(nèi)旋轉(zhuǎn)小于約80°。

　　(2)控制活塞，由外緣面、支撐架和中心套管組成：

　　外緣，分中、左、右三段，中段空，左、右兩段都是圓筒，圓筒截面凹形，左右突緣與控制缸套接觸處密封形成滑閥。

　　十字形支撐架，使控制活塞外緣與中心套管成一體。

　　中心套管也是溫包架，其左端作為彈簧座裝入調(diào)節(jié)活塞移動(dòng)的彈簧，右端支撐溫包8感受滑油冷卻器來的冷卻水溫度。

　　動(dòng)作原理：

　　冷卻水溫度低于設(shè)定值，溫包冷縮，殼體左端的彈簧裝置推動(dòng)整個(gè)控制活塞右移，控制活塞左段滑閥關(guān)小通往中央冷卻器的水道，控制活塞右段滑閥開大通往低溫水泵吸口的水道，冷卻水溫度得以升高;

　　冷卻水溫度高于設(shè)定值，溫包熱漲，克服殼體左端的彈簧力，推動(dòng)整個(gè)控制活塞右移，控制活塞左段滑閥開大通往中央冷卻器的水道，控制活塞右段滑閥關(guān)小通往低溫水泵吸口的水道，冷卻水溫度得以降低。

2、故障情況介紹

　　北海救助局已投入使用的三艘9000KW救助拖輪，北海救111”輪和“北海救112”輪2008年9月先后主機(jī)低溫水溫控閥失靈，“北海救113”輪更是2009年8月以及解體修理不久的12月31日連續(xù)兩次主機(jī)低溫水溫控閥故障。

　　溫控閥幾次故障現(xiàn)象，主要是：

　　固定擋銷14脫落或根部斷裂(見圖3);

圖3 擋銷斷裂

　　控制活塞與控制缸套配合表面磨損，間隙變大，無法控制水流;

　　控制活塞與控制缸套配合表面偏磨，控制活塞移動(dòng)受阻，行程不足甚至卡死(多發(fā)生在冷車向熱車過渡階段，見圖4)。

圖4 殼體與活塞咬死

　　主機(jī)低溫水溫控閥故障，直接導(dǎo)致空冷器和滑油冷卻器的冷卻效果下降，增壓空氣溫度升高，排溫上升，滑油溫度升高，主機(jī)只能在低負(fù)荷運(yùn)行，嚴(yán)重影響船舶執(zhí)行救助任務(wù)。

3、故障原因分析

　　針對(duì)此故障，設(shè)備供應(yīng)商給出的解決辦法就是更新?lián)p壞的活塞、缸套、溫包等，不能徹底消除故障。

　　從故障現(xiàn)象可以看出，溫控閥故障與固定擋銷松脫或斷裂有直接關(guān)系，包括：

　　(1)水流沖擊使控制活塞旋轉(zhuǎn)

　　控制活塞在控制缸套內(nèi)水平移動(dòng)范圍小、速度低，且有大量的水潤滑，磨損小。控制活塞旋轉(zhuǎn)撞斷固定擋銷，說明水流沖擊控制活塞的力很大。

　　控制活塞卡死多發(fā)生在冷車向熱車過渡階段，也是因?yàn)檫@個(gè)階段水溫變化大，控制活塞移動(dòng)頻繁，冷卻水流向變化大。

　　(2)固定擋銷強(qiáng)度不足

　　固定檔銷，直徑只有8mm，強(qiáng)度不足。

　　固定檔銷可以限制控制活塞轉(zhuǎn)動(dòng)范圍，但控制活塞轉(zhuǎn)動(dòng)范圍仍接近90°。固定檔銷一旦被撞斷，控制活塞旋轉(zhuǎn)不受限制且旋轉(zhuǎn)速度更高，控制活塞與控制缸套配合面就會(huì)嚴(yán)重磨損。

4、改進(jìn)措施

　　從故障原因分析可知，消除此故障的最好方法是避免水流沖擊控制活塞，但是溫控閥結(jié)構(gòu)難以改變，主機(jī)負(fù)荷變化引起的水流變化也不可控，只能設(shè)法減小控制活塞旋轉(zhuǎn)。

　　方法是將固定擋銷的直徑加粗到10mm，并在原固定擋銷的軸對(duì)稱位置增加一個(gè)固定擋銷(見圖5和圖6)，兩個(gè)擋銷限制控制活塞只能在很小范圍轉(zhuǎn)動(dòng)，從而減少其沖擊力。

圖5 改進(jìn)后的端蓋裝配兩根加粗擋銷

圖6 固定擋銷位置示意圖

　　這樣，控制活塞就以橫向移動(dòng)為主，旋轉(zhuǎn)角度很小，減輕了控制活塞與控制缸套的磨損和避免卡阻。

5、總結(jié)

　　該低溫冷卻水溫控閥，簡化了設(shè)計(jì)，減小了尺寸，布置也較合理，但在主要部件的材料選擇和流體特性計(jì)算方面沒能處理好，致使故障頻發(fā)。通過以上改進(jìn)，本局上述三艘9000KW救助拖輪的WARTSILA9L32主機(jī)的低溫水溫控閥故障率已大幅減少，但日常使用和管理還要注意一些細(xì)節(jié)，包括：

　　控制中央冷卻淡水水質(zhì)，避免雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)，膨脹水箱定期放殘，定期化驗(yàn)，及時(shí)投藥。

　　主機(jī)冷車啟動(dòng)后，緩慢加速，確保設(shè)備各部件溫度均勻緩慢上升。

　　避免主機(jī)負(fù)荷急劇變化，防止水溫急劇變化引起溫控閥內(nèi)淡水流向/流量急劇變化損壞溫控閥零件。