某型柴油機(jī)砸缸故障原因分析

朱海林，潘慶彬，孫貴芳

(92538部隊裝備部，遼寧大連 116041)

1 故障基本情況

1.1 故障經(jīng)過

某船主機(jī)為12V230ZC型柴油機(jī)，某次在進(jìn)行碼頭檢試時，按操作規(guī)程進(jìn)行啟動前準(zhǔn)備工作后，操縱人員啟動左主機(jī)，緊接著聽到左主機(jī)發(fā)出急加速聲音，操縱人員立即回調(diào)操縱手輪減小供油量，同時聽到主機(jī)機(jī)體內(nèi)發(fā)出異常聲響，操縱人員同時采取切斷供油等緊急停車措施，此時從主機(jī)曲軸箱蓋處有大量煙霧和滑油噴出，并有部分金屬碎塊飛出，柴油機(jī)發(fā)出沉悶撞擊聲后自動停機(jī)。本次故障最終導(dǎo)致柴油機(jī)破損嚴(yán)重。認(rèn)真分析故障發(fā)生原因，吸取經(jīng)驗教訓(xùn)，對今后柴油機(jī)使用管理及維護(hù)保養(yǎng)均有借鑒意義。

1.2 勘查情況

經(jīng)現(xiàn)場勘查，左主機(jī)附近地板面有金屬碎塊，B4缸曲軸箱蓋上沿和掃氣箱處各被擊碎約10 cm長破口;B4缸曲軸箱蓋已打開，斷裂的半截連桿支出，活塞頭部、汽缸套、氣環(huán)、油環(huán)、制動環(huán)碎塊散布在曲軸箱及油底殼，活塞鑲塊 (該型柴油機(jī)活塞由頭部和鑲塊2部分組成，安裝時經(jīng)活塞制動環(huán)緊固連接)變形夾在曲拐中間;打開B4缸缸頭，噴油嘴折斷、缸頭工作面有輕微擊痕，機(jī)體與B4缸汽缸套連接凸臺變形，焊接結(jié)構(gòu)部分脫落;B4缸排煙支管處有少量積水;A4、A5缸汽缸套下部被擊碎約3 cm寬碎片。進(jìn)一步拆解故障機(jī)發(fā)現(xiàn)，B4缸連桿自活塞銷下部約5 cm處折斷、副連桿瓦處被拉平;A5缸除現(xiàn)場勘驗時發(fā)現(xiàn)的汽缸套下部被擊碎約3 cm寬碎片外，活塞制動環(huán)折斷為3段，仍卡在環(huán)槽內(nèi)未脫落。

2 故障原因調(diào)查情況

針對以上情況，從以下幾個方面進(jìn)行故障原因調(diào)查。

2.1 使用管理不當(dāng)，造成液擊或嚴(yán)重拉缸

一是B4缸排煙支管處有少量積水，懷疑有液擊可能。打開B3、B5缸缸頭檢查，未發(fā)現(xiàn)有積水，對B4缸缸頭及排煙支管冷卻水腔試壓，未發(fā)現(xiàn)漏泄。初步分析B4缸排煙支管處少量積水應(yīng)為汽缸套碎裂后濺出水花形成的，排除液擊可能。二是懷疑潤滑不良，發(fā)生嚴(yán)重拉缸。對B4缸汽缸套和活塞碎片拼湊檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯拉痕，其它缸活塞、缸套也未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重拉痕，初步排除嚴(yán)重拉缸導(dǎo)致故障。

2.2 啟動時操縱不當(dāng)，發(fā)生飛車

操縱人員根據(jù)柴油機(jī)啟動時發(fā)出聲音等信息判斷當(dāng)時有飛車跡象，并及時進(jìn)行了處理?，F(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)極限調(diào)速器并沒有動作，調(diào)查時做極限調(diào)速器效用試驗5次，在845～870 r/min之間均啟跳，故極限調(diào)速器無故障，效用試驗全制式調(diào)速器也無故障。經(jīng)分析認(rèn)為，柴油機(jī)啟動瞬間發(fā)生了非正常急加速，但柴油機(jī)轉(zhuǎn)速沒有超過極限調(diào)速器設(shè)定值或僅瞬時超過設(shè)定值，由于時間較短暫未引起極限調(diào)速器動作。

分析以往該型柴油機(jī)發(fā)生的飛車案例，大多數(shù)極限調(diào)速器動作停機(jī)的案例也沒有發(fā)生如此嚴(yán)重的柴油機(jī)損壞，初步認(rèn)為左主機(jī)啟動瞬時發(fā)生了非正常急加速，造成機(jī)件每一斷面上產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變增大，配合機(jī)件之間的壓強(qiáng)也增大，這可能是故障誘因，但并非唯一原因。

2.3 修理安裝質(zhì)量問題

本次故障發(fā)生4個月前，該船經(jīng)工廠檢修出廠。修理中根據(jù)該型柴油機(jī)修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鑒定，更換了A5、A6、B4缸3個活塞，包括制動環(huán)。本次故障中A5和B4缸活塞制動環(huán)斷裂，B4缸活塞擊碎，針對此現(xiàn)象，重點對修理安裝和制動環(huán)自身質(zhì)量進(jìn)行調(diào)查。

調(diào)查修理廠資質(zhì)信息和修理中各項數(shù)據(jù)記錄，均符合要求，且左主機(jī)修后已累計運行174 h，除本次故障外運行情況良好，排除修理安裝中質(zhì)量問題。

2.4 損壞件質(zhì)量檢驗

活塞、缸套、活塞制動環(huán)檢測報告顯示:活塞、缸套試樣在化學(xué)成分、金相組織和硬度方面均符合要求;活塞制動環(huán)試樣在化學(xué)成分化驗方面結(jié)果符合金屬牌號 (QTNiMo)要求，但硬度不合格，3個檢測點布氏硬度值為99.6～110 HB之間，金屬牌號要求為207～280 HB;且金相檢測與斷口電鏡掃描結(jié)果顯示，試樣內(nèi)有大量氣孔，造成基體組織疏松，脆性增大。電子金相圖如圖1所示。

圖1 電子金相圖

3 故障原因分析及結(jié)論

經(jīng)過以上調(diào)查分析認(rèn)為:柴油機(jī)啟動時發(fā)生非正常急加速，活塞在汽缸內(nèi)往復(fù)運動速度急劇加快，活塞制動環(huán)受到的應(yīng)力和應(yīng)變急劇增大，加之修理中更換的活塞制動環(huán)存在強(qiáng)度低的質(zhì)量缺陷，B4缸活塞制動環(huán)最先斷裂并從環(huán)槽中脫落，活塞頭部與鑲塊脫離，活塞鑲塊失去運動導(dǎo)向，與活塞頭部、汽缸套發(fā)生撞擊，柴油機(jī)繼續(xù)運轉(zhuǎn)過程中，各部件持續(xù)撞擊導(dǎo)致?lián)p害進(jìn)一步擴(kuò)大。

本次故障柴油機(jī)發(fā)生非正常急加速是誘因，活塞制動環(huán)質(zhì)量缺陷是直接原因。

4 結(jié)束語

分析本次故障可知，質(zhì)量缺陷件安裝到柴油機(jī)后，在柴油機(jī)正常工況下很難發(fā)現(xiàn)，而一旦遇有惡劣工況或達(dá)到磨損極限時，質(zhì)量缺陷暴露，將對柴油機(jī)造成嚴(yán)重?fù)p害，甚至導(dǎo)致整機(jī)報廢。

柴油機(jī)高級別修理時，燃燒室組件一般需進(jìn)行部分更換，采購配件質(zhì)量把關(guān)特別重要?，F(xiàn)行檢驗驗收方法是根據(jù)生產(chǎn)廠家資質(zhì)、合格證和配件外觀檢查，這些方法很難發(fā)現(xiàn)個別批次的產(chǎn)品質(zhì)量缺陷。就本次制動環(huán)質(zhì)量缺陷為例，不委托專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行破壞性試驗很難發(fā)現(xiàn)，所以研究制定適應(yīng)當(dāng)前配件市場形勢的新的關(guān)鍵件檢驗方法，是目前需進(jìn)一步探索的課題。