1 故障現(xiàn)象

客戶多次反饋，某重型車輛在重載爬坡時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)力。對(duì)車輛進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管隔熱罩內(nèi)側(cè)及空調(diào)壓縮機(jī)外表面有熏黑痕跡，如圖 1 所示。技術(shù)人員啟動(dòng)車輛，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇，原地對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行怠速及加速測(cè)試，無(wú)法查出發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管連接處存在漏氣。初步判斷重載爬坡時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前壓力升高，排氣管連接處發(fā)生漏氣，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)加速無(wú)力。

2 原因分析

分段式排氣歧管連接處結(jié)構(gòu)如圖 2 所示，其密封原理為利用密封環(huán)彈力與后排氣管內(nèi)孔表面接觸實(shí)現(xiàn)徑向密封，利用排氣壓力使密封環(huán)與前排氣管環(huán)槽端面接觸實(shí)現(xiàn)軸向密封。針對(duì)此結(jié)構(gòu)，分別從密封環(huán)材料耐溫性能與連接結(jié)構(gòu)對(duì)故障原因進(jìn)行分析。

故 障 密 封 環(huán) 材 料 為 06Cr19Ni10（ 統(tǒng) 一 數(shù) 字代 號(hào)：S30408）， 初 步 分 析， 排 氣 歧 管 漏 氣 與 材料 耐 溫 性 能 有 較 大 關(guān) 系， 擬 采 用 耐 溫 性 能 更 好的06Cr15Ni25Ti2MoAlVB( 統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)：S51525) 奧氏體沉淀硬化型鋼替代。先將 2 種材料制成零件，然后將零件放入加熱爐中加熱至指定溫度，并保溫 1h 后自然冷卻，

共測(cè)試 3 組數(shù)據(jù)取平均值。如表 1 所示。

測(cè)試結(jié)果顯示，06Cr19Ni10 材料在 600℃時(shí)，張口平均收縮為 20.1%，700℃時(shí)張口平均收縮 55.61%，由此說(shuō)明原密封環(huán)在高溫下使用時(shí)徑向彈力消失較大。而發(fā)動(dòng)機(jī)

正常工作時(shí)渦前排氣溫度最高已達(dá) 700℃，故認(rèn)為該溫度下原密封環(huán)徑向接觸力下降，是排氣管連接處漏氣主要原因之一。0Cr15Ni25Ti2MoAlVB 材料在 600℃時(shí)，張口平

均收縮約為 8.71%，700℃時(shí)張口平均收縮 29.73%，耐高溫性能有較大提升，可以用來(lái)作為密封環(huán)材料提升密封效果。

3 解決方案與性能測(cè)試

針對(duì)分段排氣歧管連接結(jié)構(gòu)，我們分別從提高零件加工精度及密封環(huán)結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面制定了 2 種解決方案，并進(jìn)行了常溫靜態(tài)壓力測(cè)試。2 種優(yōu)化方案與原方案參數(shù)對(duì)比如表 2 所示。表 2 中所提及的單環(huán)與疊環(huán)結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。

靜態(tài)壓力測(cè)試設(shè)備條件如下：測(cè)試壓力采集卡最高采集頻率為 20000Hz，壓力傳感器精度為 ±0.3%，環(huán)境溫度為 25℃，氣源壓力為 600kPa。測(cè)試方法如下：將裝配好的排氣歧管通入壓縮空氣，待壓力穩(wěn)定后關(guān)閉閥門，同時(shí)用壓力傳感器測(cè)量排氣管內(nèi)壓力下降情況。為了減少測(cè)試數(shù)據(jù)的偏差，每種方案測(cè) 5 組數(shù)據(jù)，并取平均值。壓力—

時(shí)間測(cè)試曲線如圖 4 所示。測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比如表 3 所示。

圖 4 中可以看出，方案 1 排氣歧管連接處漏氣量很大，在氣源壓力 600kPa 時(shí)，排氣管腔內(nèi)壓力平均只能達(dá)到375kPa 左右，平均在 9s 內(nèi)壓力降到 1kPa 以下。方案 2 漏氣量稍微比方案 1 小，在相同氣源下，排氣歧管腔內(nèi)壓力平均能達(dá)到 480kPa 左右，平均在 21s 內(nèi)壓力降到 1kPa 以下。

方案 3 漏氣量最小，在相同氣源下，排氣歧管腔內(nèi)壓力平均能達(dá)到 520kPa 左右，平均在 132s 內(nèi)壓力降到 1kPa 以下。測(cè)試結(jié)果表明，通過(guò)提高分段式排氣歧管連接位置的

加工精度及優(yōu)化密封環(huán)的結(jié)構(gòu)，可以大幅提高密封性能。采用 0Cr15Ni25Ti2MoAlVB 材料生產(chǎn)的密封環(huán)耐高溫性能大幅提升，保證的高溫連接徑向密封的可靠性。上述措施

實(shí)施后，密封環(huán)已批量裝機(jī) 200 萬(wàn)片，用戶反饋的漏氣故障率大幅下降，由此證明優(yōu)化方案是有效的。

來(lái)源《工程機(jī)械與維修》2019年第4期