淺析船舶柴油機(jī)拉缸故障兩例

陳艷明 趙天翔 李小波 黃進(jìn)明

摘 要：拉缸現(xiàn)象是指活塞組件與氣缸套之間相對運(yùn)動的工作表面的相互作用而造成的表面損傷。根據(jù)損傷程度的不同，可以分為劃傷、拉缸、燒傷和咬缸，但在廣義上統(tǒng)稱拉缸。拉缸發(fā)展嚴(yán)重時會造成咬缸，致使柴油機(jī)停車。這是柴油機(jī)管理中最嚴(yán)重的事故之一，應(yīng)盡力避免。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)故障;柴油機(jī)管理;拉缸

1 拉缸故障案例

1.1 案例一

某航運(yùn)公司長江42003號貨輪6L23/30主機(jī)在短時間內(nèi)連續(xù)四次都在同一缸發(fā)生拉缸，損失很大。該主機(jī)編號94-39，已連續(xù)運(yùn)行多年，一直都很正常。根據(jù)主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時間狀況，該公司對柴油機(jī)進(jìn)行了常規(guī)保養(yǎng)和維修，工作結(jié)束立即投入運(yùn)營。船開出去不久后就發(fā)生了拉缸，且事前無任何征兆，油壓水溫等都顯示正常。拉缸后，船員進(jìn)行了檢查并更換了相關(guān)部件，裝復(fù)后又立即投入營運(yùn)，但船開出后不久第一缸發(fā)生再次拉缸。船員懷疑更換新部件后磨合時間不夠，重新更換損壞的部件后，增加磨合時間，但主機(jī)轉(zhuǎn)速超過600r/min時，第一缸又出現(xiàn)拉缸，連續(xù)四次在同一缸發(fā)生拉缸，事前無任何征兆。船員懷疑更換新部件后磨合時間不夠，重新更換損壞的部件后，增加磨合時間，但主機(jī)轉(zhuǎn)速超過600r/min時，第一缸又出現(xiàn)拉缸，連續(xù)四次在同一缸發(fā)生拉缸，事前無任何征兆。公司非常著急：是船員操作不正確，還是更換的部件質(zhì)量有問題？還是主機(jī)本身某個部位變形？帶著種種猜想和疑惑不解，向柴油機(jī)售后服務(wù)商求助。

服務(wù)商上船后首先根據(jù)用戶的要求對需要更換的部件進(jìn)行了測量檢查，再對前幾次拉缸損壞的部件進(jìn)行了仔細(xì)察看檢查，檢查中發(fā)現(xiàn)損壞的活塞缸套表面拉痕都很規(guī)則均布四周，幾次拉缸損壞的程度都幾乎相同，從現(xiàn)象上看是活塞缸套過熱引起的拉缸，但航行記錄上油壓、水溫、排溫都正常，怎么會拉缸呢，拆開第一道主軸瓦檢查未見異常，用滑油預(yù)供泵壓油檢查，壓力正常，滑油流量未見異常，只是感覺第一缸滑油出油量比其他各缸少一些，對此服務(wù)商要求擴(kuò)大檢查主滑油分配管，當(dāng)時船員還有埋怨情緒，不想拆卸主油管，在服務(wù)商堅持說服下，拆開主滑油分配管發(fā)現(xiàn)在第一缸滑油進(jìn)油孔內(nèi)，有一條粗毛巾堵在里面，雖未完全堵死，但由于滑油流量少造成活塞冷卻不足而拉缸。

經(jīng)船員回憶，對主機(jī)進(jìn)行常規(guī)保養(yǎng)時，連接主滑油管的外饑接管拆卸過，當(dāng)時由于怕有臟東西進(jìn)入主滑油管內(nèi)，就用了一條粗毛巾堵在里面，安裝時忘了取出來，所以導(dǎo)致了近期多次連續(xù)拉缸，造成該船多次停航，不能營運(yùn)。

1.2 案例二

在裝配某品牌5L16/24機(jī)組時，出現(xiàn)不能盤車的現(xiàn)象，廠家對機(jī)架、曲軸和氣缸套等零件的相關(guān)裝配尺寸進(jìn)行了檢查，結(jié)果如下：

連桿：兩孔平行度：0.022mm。

活塞：活塞銷孔與外圓的垂直度：0.023mm，活塞裙與活塞頭的中心偏差：0.037mm。

冷卻水套：兩端面平行度：0.021mm，內(nèi)孔與基準(zhǔn)面的垂直度：0.020mm。

缸套：止口斷面與基準(zhǔn)中心線跳動：0.007mm，內(nèi)孔與外圓中心線基準(zhǔn)跳動：0.015mm，火焰圈孔與基準(zhǔn)中心線跳動：0.050mm。

曲軸：各項相關(guān)尺寸符合圖紙要求。

在發(fā)現(xiàn)盤車不靈活之后，更換了機(jī)架和曲軸，但是盤車還有一點輕微的卡滯現(xiàn)象。由于客觀原因，該機(jī)組正常試車。

動車磨合開始，5分鐘檢查時發(fā)現(xiàn)第1、2缸出現(xiàn)拉缸。拉缸表面現(xiàn)象基本一致，活塞內(nèi)部潤滑、連桿供油、活塞銷表面潤滑良好，沒有出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。為了核實拉缸的原因和查明柴油機(jī)不能盤車的原因，廠家對氣缸單元安裝機(jī)架后機(jī)架的變形情況進(jìn)行了檢查。

測量方法：在機(jī)架僅裝好的主軸承蓋的情況下，檢查2個凸輪軸孔和主軸承孔的直線度;將5個氣缸單元（不安裝活塞連軸桿組）裝入機(jī)架，在擰緊的情況下，檢查凸輪軸孔和主軸承孔的直線度變化，看機(jī)架是否變形;在此狀態(tài)下，將機(jī)架放平，測量氣缸套的內(nèi)徑變化。

測量結(jié)果：裝入氣缸套后，機(jī)架的凸輪軸孔和主軸承孔基本沒有變化，說明機(jī)架的剛度足夠，沒有產(chǎn)生變形;氣缸套的內(nèi)徑變化非常大，5個氣缸套的下部尺寸都在+0.02—0.03mm左右，在圖紙要求的范圍內(nèi)，但是在倒角接觸的位置，有2只氣缸套尺寸為-0.04mm，其余3只氣缸套的尺寸為-0.10mm。

結(jié)論：活塞銷垂直方向的活塞直徑尺寸為159.91mm，所以在該位置，活塞與氣缸套之間為過盈配合，導(dǎo)致不能盤車。當(dāng)氣缸套變形量比較小的時候，雖然能盤車，但是有輕微的卡帶現(xiàn)象，這種情況在動后，由于工作溫度升高，摩擦副之間的干涉加劇，最終導(dǎo)致拉缸。質(zhì)量管理部對現(xiàn)場和庫存的氣缸套進(jìn)行了詳細(xì)的檢查，發(fā)現(xiàn)氣缸套的機(jī)架安裝平面與倒角邊緣線的距離為32.5mm（自由公差：正負(fù)0.30mm），但實際尺寸明顯超過圖紙要求在33.0—33.3之間。兒機(jī)架的相應(yīng)尺寸為33.5mm，實際在33.2—33.3之間，符合自由公差的要求。從上述兩個尺寸來看，部分氣缸套安裝后會出現(xiàn)干涉的情況。

糾正預(yù)防措施：（1）對庫存的所有L16/24氣缸套進(jìn)行返工，尺寸控制在32.5mm以下。（2）技術(shù)中心在圖紙上明確氣缸套上33.5尺寸的公差范圍。（3）修改QRQ8209-04（L16/24氣缸套檢驗報告），增加該檢查項目。（4）質(zhì)量管理部的外檢員和數(shù)控監(jiān)查員在以后的工作中，關(guān)注該尺寸的檢查。

對已經(jīng)試車結(jié)束的L16/24發(fā)電機(jī)組進(jìn)行檢查;使用內(nèi)窺鏡檢查氣缸套的磨損情況。質(zhì)量部在裝配實驗分廠的配合下，檢查完了所有在廠內(nèi)的L16/24柴油機(jī)，總共有四臺機(jī)8個氣缸套出現(xiàn)比較輕微的劃傷。

2 案例解析

拉缸現(xiàn)象是指活塞組件與氣缸套之間相對運(yùn)動的工作表面的相互作用而造成的表面損傷。根據(jù)損傷程度的不同，可以分為劃傷、拉缸、燒傷和咬缸，但在廣義上統(tǒng)稱拉缸。拉缸發(fā)展嚴(yán)重時會造成咬缸，致使柴油機(jī)停車。拉缸事故發(fā)生后，維修和更換工作量較大，小則更換全套活塞、活塞環(huán)、氣缸套等摩擦副，大則損壞機(jī)架、曲軸造成更大的損失。這是柴油機(jī)管理中最嚴(yán)重的事故之一，應(yīng)盡力避免。

2.1 拉缸故障原因

探討發(fā)生拉缸事故的直接原因可以歸納為：活塞、活塞環(huán)和氣缸套摩擦副過熱。但造成該摩擦副過熱的原因則可分解為：潤滑不良和氣缸工作溫度太高。潤滑不良可以說是發(fā)生拉缸事故的最常見原因。本案例1長江42003號貨輪6L23/30主機(jī)就是因為潤滑油道中進(jìn)入異物造成潤滑油供油不足導(dǎo)致拉缸的典型。氣缸工作溫度太高。是發(fā)生拉缸事故中另一個比較常見的原因。增壓空氣進(jìn)氣溫度（空冷器后）過高、柴油機(jī)長期低負(fù)荷工作使燃燒室部位積碳嚴(yán)重、更換活塞環(huán)和氣缸套后磨合不夠、各缸工作不均勻甚至個別缸長期超負(fù)荷工作以及活塞、活塞環(huán)和氣缸套摩擦副間隙太小甚至存在干涉（案例2）、活塞環(huán)質(zhì)量低劣都有可能造成氣缸實際工作溫度升高，以致產(chǎn)生拉缸嚴(yán)重后果。

2.2 舉一反三分析拉缸前的癥狀和容易出現(xiàn)拉缸的細(xì)節(jié)

（1）拉缸前的癥狀。柴油機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，如果出現(xiàn)下列現(xiàn)象，很有可能會發(fā)生拉缸故障：①柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的聲音比平時偏大。②轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定會出現(xiàn)自動下降。由于摩擦力增大，致使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速下降，甚至停車;③曲軸箱或掃氣箱冒煙或冒火。如果出現(xiàn)拉缸時。缸套、活塞等零件溫度會迅速升高，很有可能會發(fā)生內(nèi)燃。④排氣、冷卻水和潤滑油的溫度也會明顯升高。

（2）拉缸的原因細(xì)節(jié)分析。拉缸的原因是有很多方面的造成的話，同時也是比較復(fù)雜的，有時往往多個因素的綜合影響。如船舶振動過大和船體變形、柴油機(jī)的裝配和安裝質(zhì)量、柴油機(jī)有關(guān)的輔助機(jī)械布置不合理，以及有些柴油機(jī)自身存在的冷卻、潤滑、燃油等方面的問題?，F(xiàn)就在正常運(yùn)行中容易引起拉缸的因素分析如下：①氣缸套的安裝不到位。氣缸套安裝質(zhì)量不高，引起其局部變形，使活塞和氣缸套間隙為負(fù)值，從而導(dǎo)致拉缸。如某柴油機(jī)因封水橡皮圈太粗，使氣缸裝進(jìn)氣缸體時過緊而局部變形，局部向內(nèi)凸起。機(jī)器運(yùn)行后在封水橡皮圈區(qū)域左右對稱 40b～ 60b范圍內(nèi)的氣缸套表面拉毛，同時，活塞在活塞銷孔兩邊 40b～ 60b范圍內(nèi)拉毛。②氣缸套與活塞之間的組件裝配間隙過大或過小。如果間隙過大的話，不僅會竄氣嚴(yán)重、破壞油膜，而且活塞在氣缸內(nèi)擺動過大時，活塞環(huán)外圈工作面的上下棱緣與氣缸壁接觸，使接觸壓力增大，容易破壞油膜，引起拉缸。如果間隙過小的話，活塞環(huán)會出現(xiàn)所謂/機(jī)械粘著0，隨著活塞環(huán)的往復(fù)上下運(yùn)動，環(huán)和氣缸壁之間可能出現(xiàn)過大的接觸壓力而粘著，使環(huán)脹死，不僅環(huán)可能被拉斷，而且會產(chǎn)生拉缸。③活塞環(huán)開口間隙過小?；钊h(huán)安裝時直切口活塞環(huán)的最小間隙一般為缸徑的0.6%，斜切口活塞環(huán)的最小間隙大約相當(dāng)于缸徑的0.4%左右。柴油機(jī)運(yùn)行時，活塞環(huán)和氣缸套都因溫度增高而膨脹。但是，活塞環(huán)溫度比氣缸套高，沿圓周方向伸長多一些，開口間隙減小。當(dāng)活塞環(huán)移到氣缸下部工作表面時，因為氣缸套的溫度較低，膨脹小，而且磨損也小，活塞環(huán)開口間隙就有可能消失，甚至形成負(fù)值，從而可能引起拉缸。④冷卻不足。柴油機(jī)在額定負(fù)荷和正常冷卻的情況下，第一道環(huán)對應(yīng)缸套處的溫度在 200℃左右。當(dāng)冷卻水量壓力不足、冷卻水腔內(nèi)水垢、鐵銹過多、或者冷卻水供應(yīng)中斷時，氣缸套工作表面溫度過高、油膜不易建立、甚至燒焦，導(dǎo)致氣缸套上部工作表面出現(xiàn)拉缸。

2.3 應(yīng)急處置

（1）早期發(fā)現(xiàn)拉缸，首先應(yīng)加大氣缸注油量。若過熱現(xiàn)象不消除且航行中不允許停車時，可減油降速、單缸停油、加強(qiáng)活塞冷卻并打開該缸示功閥，直到過熱現(xiàn)象消除。不可同時增加氣缸套冷卻水量。

（2）發(fā)現(xiàn)拉缸且條件許可臨時停車，首先要減低柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。

（3）發(fā)生拉缸事故后應(yīng)充分檢查相關(guān)的機(jī)架和曲軸油道，確認(rèn)油道中是否有異物堵塞。

（4）造成活塞、活塞環(huán)和氣缸套摩擦副潤滑不良還有可能是潤滑油牌號不當(dāng)（使用的潤滑油牌號低于API分類CD級）、潤滑油品質(zhì)惡化、潤滑油壓力太低以及潤滑油管路中管接頭泄漏等原因，在處理過程中應(yīng)逐個進(jìn)行檢查和排除。

（5）若拉缸故障無法修復(fù)或不允許修復(fù)，可采取封缸運(yùn)行的方法處理。

3 結(jié)語

本文對兩例船舶柴油機(jī)拉缸故障進(jìn)行分析，對案例進(jìn)行回顧，分析拉缸原因以及應(yīng)急處置方法。為使船舶柴油機(jī)在各種航行條件下可靠、不間斷的工作，輪機(jī)管理人員要努力提高業(yè)務(wù)水平，正確執(zhí)行操作規(guī)程，認(rèn)真做好柴油機(jī)啟動前的準(zhǔn)備工作和運(yùn)行中的管理工作，確保柴油機(jī)處于良好技術(shù)狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫培延.船舶柴油機(jī)[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，2006.