某船MTU956V20型主柴油機(jī)故障原因分析

孫現(xiàn)有 楊曉威

摘? ? 要：本文針對(duì)某型主推進(jìn)柴油機(jī)完成修理后在臺(tái)架試驗(yàn)中發(fā)生連桿軸承燒蝕故障，詳細(xì)對(duì)故障原因進(jìn)行排查和分析，提出針對(duì)性質(zhì)量改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；活塞冷卻油壓；連桿軸瓦；潤(rùn)滑；質(zhì)量改進(jìn)

中圖分類號(hào)：U664.12 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Failure Cause Analysis Of A Ship's MTU956V20 Main Diesel Engine

SUN Xianyou1， YANG Xiaowei2

（ 1.The Military Representative Office of the Naval Department in Guangzhou， Guangzhou 510656;

2.Guangzhou Marine Engineering Corporation，Guangzhou 510250 ）

Abstract： With regards to the ablative failure of connecting rod bearing occurred in the bench test after completion of the repair of a type of main propulsion diesel engine， this paper investigates and analyzes in detail the fault cause， and puts forward some measures for improving the quality.

Key words： Diesel Engine; Piston Cooling Oil Pressure; Connecting Rod Bearing; Lubrication; Quality Improvement

1? ? ?前言

MTU956V20型柴油機(jī)是四沖程、單作用、水冷、V型60°、直接噴射、廢氣渦輪增壓、增壓空氣中間冷卻、不可逆轉(zhuǎn)、額定轉(zhuǎn)速1 455 r/min、壓縮空氣起動(dòng)的柴油機(jī)。該型柴油機(jī)是由國(guó)內(nèi)某柴油機(jī)廠從德國(guó)引進(jìn)專利生產(chǎn)的產(chǎn)品，具有功率大、體積小、重量輕的特點(diǎn)。某船該機(jī)型在近期進(jìn)行的一次W6級(jí)修理后的臺(tái)架試驗(yàn)中，發(fā)生了連桿軸承燒蝕的故障，經(jīng)拆檢相關(guān)零部件和輔助系統(tǒng)，開(kāi)展了故障原因排查和機(jī)理分析，提出了針對(duì)性質(zhì)量改進(jìn)措施。

2? ? ?故障情況

某修理廠承接了某船MTU956V20型主推進(jìn)柴油機(jī)W6級(jí)修理任務(wù)，按W6級(jí)修理標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行拆卸、分解、換件、組裝、調(diào)試，修理過(guò)程受控，出廠前在柴油機(jī)試車車間進(jìn)行臺(tái)架負(fù)荷性能試驗(yàn)時(shí)，僅運(yùn)行2小時(shí)即發(fā)生監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出活塞冷卻油壓力低報(bào)警，隨后自動(dòng)停機(jī)。試驗(yàn)情況，見(jiàn)表1。

3? ? ? 拆檢情況

（1）拆檢A6、B6缸活塞連桿組，發(fā)現(xiàn)A6、B6缸連桿軸瓦磨損發(fā)黑、瓦背局部變藍(lán)；

（2）A6、B6缸連桿大端軸窩有磨損變黑變藍(lán)現(xiàn)象；

（3）曲軸6#連桿軸頸有磨損、軸瓦粘著現(xiàn)象，觀察連桿軸頸油孔無(wú)堵塞現(xiàn)象；拋光后對(duì)6#連桿軸頸著色探傷檢測(cè)，表面有裂紋，軸頸直徑最大磨損0.12 mm；曲軸7#主軸頸有較深的劃痕；

（4）拆檢曲軸油道的密封蓋，在2#連桿軸頸油道中發(fā)現(xiàn)有一片3.5 mm×1.4 mm×0.2 mm金屬薄片，其余連桿軸頸油道中未發(fā)現(xiàn)異物；

（5）拆卸主軸承，發(fā)現(xiàn)第7#主軸承下瓦已異常磨損，第8#、10#兩副主軸承下瓦有劃痕見(jiàn)銅現(xiàn)象，其余主軸承下瓦有輕微的劃痕；

（6）拆卸所有活塞連桿組，發(fā)現(xiàn)部分連桿軸瓦出現(xiàn)圓周劃痕，如A3、A10、B8連桿軸瓦；

（7）檢查所有活塞和氣缸套表面，均無(wú)磨損劃痕；

（8）拆卸分解滑油濾器，活塞冷卻油的縫隙式濾器中發(fā)現(xiàn)有大量金屬屑，進(jìn)入主油道的第一道紙質(zhì)精濾器（過(guò)濾精度為15 μm）有大量金屬粉，第二道縫隙式濾器（過(guò)濾精度為50 μm）中無(wú)金屬粉；

（9）檢查油底殼，滑油吸入口法蘭上有大量金屬屑；

（10）抽檢A4、B7連桿進(jìn)行不帶瓦安裝，按工藝要求擰緊螺栓伸長(zhǎng)0.70 mm，擰緊后檢查螺母和螺栓記號(hào)基本能對(duì)齊；

（11）測(cè)量曲軸跳動(dòng)量，發(fā)現(xiàn)第7檔曲軸跳動(dòng)量最大，達(dá)到0.12 mm。

4? ? ?故障原因分析

4.1? ?連桿裝配

（1）連桿軸瓦裝配間隙

經(jīng)查閱過(guò)程檢驗(yàn)記錄：A6損壞的連桿軸瓦安裝配合間隙最大值為0.180 mm、最小值為0.140 mm；B6損壞的連桿軸瓦安裝配合間隙最大值為0.185 mm、最小值為0.165 mm。均符合柴油機(jī)修理技術(shù)要求（修換間隙0.22 mm），可排除連桿軸瓦裝配間隙不當(dāng)?shù)目赡堋?/p>

（2）連桿軸瓦與軸承蓋貼合

本次修理中A6、B6缸連桿軸瓦換新，MTU956型柴油機(jī)在大修時(shí)按要求不需做軸瓦瓦背著色檢查。為了驗(yàn)證連桿軸瓦與軸承蓋貼合情況，故障后抽檢A4、B3連桿軸瓦進(jìn)行瓦背著色檢查，目視貼合良好，可排除連桿軸瓦與軸承蓋貼合不夠，軸瓦熱量無(wú)法傳遞給連桿導(dǎo)致局部溫度高、油膜失效的可能。

（3）連桿彎曲、扭曲

經(jīng)檢查A6、B6缸的修理過(guò)程記錄，A6連桿彎曲度為0.005 mm、扭曲度為0.005 mm；B6缸連桿彎曲度為0.020 mm、扭曲度為0.010 mm。均符合修理技術(shù)連桿彎曲度≤0.05 mm、扭曲度≤0.15的要求，可排除連桿彎曲、扭曲嚴(yán)重的可能。

（4）連桿螺栓的擰緊力矩

經(jīng)查證未裝瓦時(shí)的連桿螺栓伸長(zhǎng)量及連桿螺栓與螺母記號(hào)校準(zhǔn)記錄，符合要求，；活塞連桿裝機(jī)過(guò)程中對(duì)連桿螺栓與螺母擰緊記號(hào)進(jìn)行報(bào)驗(yàn)，安裝記號(hào)符合要求，可排除連桿螺栓的擰緊力矩不滿足要求的可能。

（5）連桿安裝后連桿軸向間隙

經(jīng)查證連桿安裝后連桿軸向間隙，最大為0.88 mm、最小為0.80 mm，均符合0.60 mm～1.05 mm的技術(shù)要求，可排除連桿安裝后連桿軸向間隙不滿足要求的可能。

4.2? 曲軸裝配

（1）曲軸跳動(dòng)量

經(jīng)查證修理時(shí)曲軸跳動(dòng)量最大0.015 mm，符合修理技術(shù)要求（最大跳動(dòng)量為0.200 mm、相鄰軸頸跳動(dòng)量相差≤0.030 mm），可排除曲軸跳動(dòng)量不符合要求的可能。

（2）主軸承裝配

經(jīng)查證主軸承與主軸頸配合間隙最大值為0.250 mm、最小值為0.230 mm，符合修理技術(shù)要求（極限最大間隙0.297 mm），可排除主軸承裝配間隙不當(dāng)?shù)目赡堋?/p>

（3）曲軸密封性

經(jīng)查證修理時(shí)曲軸安裝密封蓋后進(jìn)行密性試驗(yàn)，符合技術(shù)要求，可排除曲軸密封蓋安裝不密封導(dǎo)致泄油的可能。

（4）主軸承螺栓

經(jīng)查證主軸承蓋固定螺栓擰緊伸長(zhǎng)量及橫向拉緊螺栓力矩檢查表，符合技術(shù)要求，可排除主軸承螺栓擰緊不符合要求的可能。

4.3? ?連桿軸瓦

（1）軸瓦質(zhì)量

選取異常磨損的B6連桿軸瓦和使用過(guò)同批次的A3連桿軸瓦送第三方機(jī)構(gòu)檢測(cè)，抽檢的A3軸瓦粘著力試驗(yàn)顯示下軸瓦內(nèi)側(cè)鍍層表面無(wú)脫落及開(kāi)裂現(xiàn)象，鍍層與鋼背結(jié)合良好，鍍層間結(jié)合良好，可排除軸瓦的質(zhì)量不符合要求的可能。

（2）自由狀態(tài)彈張量

本次修理中A6、B6缸連桿軸瓦換新，在修理時(shí)測(cè)量連桿軸瓦自由狀態(tài)彈張量：A6連桿軸瓦上瓦167.880 mm、下瓦168.020 mm；B6連桿軸瓦上瓦168.240 mm、下瓦168.480 mm。均符合海軍標(biāo)最小尺寸166.50 mm的要求，可排除連桿軸瓦自由狀態(tài)彈張量不符合要求的可能。

4.4? 柴油機(jī)運(yùn)行

（1）潤(rùn)滑油壓力

核查運(yùn)行記錄，活塞冷卻油壓力報(bào)警前的滑油壓力為0.66 MPa、活塞冷卻油壓力為0.57 MPa，均滿足使用要求；故障后對(duì)滑油泵的泵前管路進(jìn)行充氣試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)有漏氣現(xiàn)象；經(jīng)查滑油泵裝配記錄，數(shù)據(jù)符合要求，可排除潤(rùn)滑油壓力不足的可能。

（2）潤(rùn)滑油溫度

核查運(yùn)行記錄，潤(rùn)滑油溫度為77.1 ℃，沒(méi)有油溫過(guò)高現(xiàn)象，可排除潤(rùn)滑油溫度過(guò)高、潤(rùn)滑油粘度下降、油膜破壞、潤(rùn)滑失效的可能。

（3）柴油機(jī)負(fù)荷

核查運(yùn)行記錄，發(fā)生軸瓦磨損時(shí)柴油機(jī)功率為220 kW，為總功率的6%，可排除柴油機(jī)負(fù)荷過(guò)高，導(dǎo)致油膜失效的可能。

4.5? ?潤(rùn)滑

（1）潤(rùn)滑油品質(zhì)

選取試驗(yàn)中滑油和未使用的同批次干凈滑油，送第三方機(jī)構(gòu)化驗(yàn)未見(jiàn)異常，可排除潤(rùn)滑油品質(zhì)差的可能。

（2）油路

故障后拆卸A6、B6缸連桿組件，檢查6#連桿軸頸油孔無(wú)堵塞；拆卸曲軸6#連桿軸頸油道密封蓋，未發(fā)現(xiàn)異物；檢查第8檔主軸頸油道，未發(fā)現(xiàn)異物，可排除油路堵塞的可能。

（3）滑油系統(tǒng)清潔度

① 故障后拆檢濾器，發(fā)現(xiàn)第一道紙質(zhì)濾器外有紅色膠質(zhì)條狀雜物；檢查滑油系統(tǒng)中未見(jiàn)紅色密封圈破損現(xiàn)象，并且滑油系統(tǒng)接口處未曾使用過(guò)紅色膠水。濾器中紅色膠質(zhì)條狀異物可能是組裝濾器過(guò)程中遺留或加注滑油時(shí)吸入；進(jìn)一步拆檢同期修理的2#主推進(jìn)柴油機(jī)濾器發(fā)現(xiàn)，濾器中存有部分硬質(zhì)顆粒；

② 拆檢曲軸油道的密封蓋，在2#連桿軸頸油道中發(fā)現(xiàn)有一片3.5 mm×1.4 mm×0.2 mm金屬薄片，其余連桿軸頸油道中未發(fā)現(xiàn)異物；金屬薄片送第三方機(jī)構(gòu)檢測(cè)，報(bào)告顯示金屬薄片基體材料為低碳合金鋼，表面存在過(guò)熱組織；

③ 抽檢的A3連桿軸瓦化驗(yàn)報(bào)告中，發(fā)現(xiàn)下軸瓦一道劃痕中的一處粘著物主要成分鐵元素，可能是滑油系統(tǒng)中的硬質(zhì)鐵雜質(zhì)進(jìn)入連桿軸瓦造成圓周劃痕。

以上現(xiàn)象表明：滑油系統(tǒng)清潔度差，滑油系統(tǒng)中的硬質(zhì)顆粒進(jìn)入A6、B6連桿軸瓦中，軸瓦與連桿軸頸之間的潤(rùn)滑條件喪失而引起干摩擦，連桿軸瓦在運(yùn)行過(guò)程中受到擠壓變形過(guò)熱，軸瓦內(nèi)表面鍍層材料脫落，擠壓堆積燒融，導(dǎo)致軸瓦短時(shí)間大面積燒損，軸瓦迅速失效。

4.6? ?結(jié)論

綜上所述，軸瓦異常磨損是潤(rùn)滑不良造成，其原因可能是濾器修理清潔不到位導(dǎo)致滑油系統(tǒng)清潔度差，硬質(zhì)顆粒進(jìn)入連桿軸瓦和主軸瓦中，破壞油膜的形成，導(dǎo)致軸瓦和軸頸異常磨損。

4.7? ?工作原理分析

MTU956V20型柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)，分兩路供油至上活塞冷卻和主軸承連桿軸承，由圖1可見(jiàn)：活塞冷卻通道上僅用隙縫式濾器（過(guò)濾精度為50 μm）一級(jí)過(guò)濾；主軸承連桿軸承為紙質(zhì)精濾（過(guò)濾精度為15 μm）和隙縫式濾器（過(guò)濾精度為50 μm）兩級(jí)過(guò)濾，主油道濾器濾網(wǎng)面積與活塞冷卻油濾器濾網(wǎng)面積相比要大一倍，且在主油道通道中并聯(lián)一路壓差旁通通道，即紙質(zhì)濾芯污堵導(dǎo)致前后壓差大于0.25 MPa時(shí)旁通閥打開(kāi)，此時(shí)其過(guò)濾精度下降到50 μm，保證了主軸承連桿軸承供油量，但監(jiān)控發(fā)出濾器壓差報(bào)警。

在A6、B6連桿軸瓦發(fā)生異常磨損時(shí)，軸瓦表面金屬燒熔產(chǎn)生大量金屬屑，滑油夾帶金屬屑循環(huán)至濾器時(shí)，供給活塞冷卻噴嘴油的縫隙式濾器污堵，導(dǎo)致冷卻油道壓力降低報(bào)警停機(jī)；而供給曲軸、連桿軸瓦的滑油經(jīng)過(guò)紙質(zhì)濾器和縫隙式濾器，檢查第一道紙質(zhì)濾器有金屬屑，第二道縫隙式濾器無(wú)金屬屑，表明紙質(zhì)濾器旁通閥并未打開(kāi)，連桿軸瓦異常磨損產(chǎn)生的金屬屑未進(jìn)到主軸道中，所以故障發(fā)生時(shí)在監(jiān)控系統(tǒng)中僅顯示柴油機(jī)由活塞冷卻油壓力過(guò)低觸發(fā)停車。

5? ? 改進(jìn)措施

（1）加強(qiáng)工藝執(zhí)行紀(jì)律檢查

近年來(lái)在日常質(zhì)量巡檢工作中，多次發(fā)現(xiàn)工人未嚴(yán)格按照修理工藝步驟進(jìn)行修理，尤其是經(jīng)常修理的設(shè)備。工廠的技術(shù)部門應(yīng)會(huì)同質(zhì)量部門，按照質(zhì)量管理體系的要求定期組織開(kāi)展工藝執(zhí)行紀(jì)律檢查，盡量避免跨越或違反工藝步驟造成質(zhì)量的監(jiān)管疏忽甚至管控失效。

（2）加強(qiáng)多余物的預(yù)防和控制

GJB9001C-2017質(zhì)量管理體系中，專門要求組織對(duì)預(yù)防、探測(cè)和排除多余物進(jìn)行規(guī)定。詳細(xì)查閱該型柴油機(jī)的修理工藝文件后發(fā)現(xiàn)，工藝文件并沒(méi)有專門規(guī)定預(yù)防和控制多余物的操作方法和控制措施，也沒(méi)有設(shè)置必要的檢查點(diǎn)，修理工人對(duì)開(kāi)展多余物檢查的意識(shí)較為淡??；進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，艦船修理的相關(guān)工藝文件中，均忽視了對(duì)多余物的預(yù)防和控制，工廠應(yīng)從工藝設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)源頭加強(qiáng)多余物的預(yù)防和控制，在裝配、調(diào)試、試驗(yàn)、周轉(zhuǎn)等各個(gè)環(huán)節(jié)避免產(chǎn)生錯(cuò)誤。

（3）規(guī)范修理過(guò)程記錄

過(guò)程記錄如實(shí)反映了工藝紀(jì)律執(zhí)行、器材更換、參數(shù)測(cè)量等修理全過(guò)程，是事后開(kāi)展過(guò)程追溯的有效證據(jù)。事故發(fā)生后，在查閱修理過(guò)程記錄時(shí)，僅能查實(shí)部分修理工藝紀(jì)律執(zhí)行情況、關(guān)鍵零部件更換情況和裝配試驗(yàn)情況，不能完整再現(xiàn)整個(gè)柴油機(jī)修理過(guò)程，影響了故障排查工作，應(yīng)從制度層面規(guī)范修理過(guò)程記錄，結(jié)合具體工藝文件設(shè)計(jì)過(guò)程記錄內(nèi)容并加大檢查力度。

（4）加強(qiáng)修理工作環(huán)境控制

環(huán)境因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有著直接的關(guān)系，不同的機(jī)械設(shè)備裝配環(huán)境都各有要求，MTU956柴油機(jī)修理車間的環(huán)境要求較高，雖然工廠有專門的修理車間，但各種外部因素可能影響環(huán)境，如自然風(fēng)的揚(yáng)尖、基建工地的風(fēng)砂、其他修理車間生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的粉塵等，都可能通過(guò)通風(fēng)口、車間大門、人員的進(jìn)出車間帶入；車間上灰塵的積累、工具工裝的不清潔，同樣對(duì)機(jī)器組裝質(zhì)量都有很大的影響。工廠應(yīng)加強(qiáng)對(duì)工作環(huán)境要求的識(shí)別和控制，逐步改變臟、亂、差的工作環(huán)境，盡量將環(huán)境因素影響降到最低。

6? ? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)拆檢和分析，導(dǎo)致此次故障的最大可能是修理過(guò)程中未將濾器清洗干凈而影響了滑油系統(tǒng)清潔度，因而連桿軸瓦發(fā)生異常磨損，最終導(dǎo)致曲軸報(bào)廢。在修理過(guò)程中，修理廠應(yīng)規(guī)范修理過(guò)程，補(bǔ)強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)，避免人為操作失誤導(dǎo)致不必要的損失。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：孫現(xiàn)有（1983-），男，工程師。主要從事艦船修理質(zhì)量監(jiān)督工作。

楊曉威（1988-），男，高級(jí)工程師，主要從事船舶與海洋工程輪機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)及項(xiàng)目管理工作。

收稿日期：2023-04-04