某執(zhí)法船高速柴油機(jī)軸瓦損傷故障分析

袁德 魯寒坤 羅東宏 張恭

摘? ? 要：本文主要介紹了某執(zhí)法船高速柴油機(jī)在航行試驗(yàn)時(shí)，由于主軸瓦異常磨損導(dǎo)致主機(jī)停機(jī)。針對(duì)該故障現(xiàn)象進(jìn)行了各種排查，并在排查的基礎(chǔ)上對(duì)可能引起故障的各種原因進(jìn)行分析，在分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行整改并解決了問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；軸瓦；曲軸；制造；裝配

中圖分類號(hào)：U664.21 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Failure Analysis of Bearing Bush Damage of High Speed

Diesel Engine of a Law Enforcement Vessel

YUAN De1，? LU Hankun2，? LUO Donghong2，? ZHANG Gong2

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

2.Guangzhou Marine Engineering Corporation， Guangzhou 510250 ）

Abstract： This paper mainly introduces the failure phenomenon of main engine shutdown caused by abnormal wear of main bearing bush of a certain type of marine high-speed diesel engine during navigation test. Various troubleshootings are carried out for this fault phenomenon， and on the basis of investigation， various possible causes for the fault are analyzed to provide a set of analysis methods. On the basis of analysis， rectification is carried out and problems are solved.

Key words： diesel engine; bearing bush; crankshaft; manufacture; assembly

1? ? ?概述

某高速執(zhí)法船，主動(dòng)力采用3套推進(jìn)系統(tǒng)，每套推進(jìn)系統(tǒng)由一臺(tái)高速柴油機(jī)通過(guò)高彈性聯(lián)軸器與齒輪箱連接，通過(guò)中間軸、艉軸驅(qū)動(dòng)固定螺距螺旋槳。其中，主機(jī)通過(guò)彈性隔振器與船體結(jié)構(gòu)基座固定，齒輪箱直接剛性固定在船體結(jié)構(gòu)基座上，機(jī)組布置見(jiàn)圖1。

主機(jī)取得CCS證書，其中右主機(jī)在出廠時(shí)做了100 h的耐久性試驗(yàn)；主機(jī)及動(dòng)力保障系統(tǒng)經(jīng)檢驗(yàn)合格，按系泊試驗(yàn)大綱做了主機(jī)組系泊試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)均在正常范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)異常。

2? ? 故障現(xiàn)象

航行試驗(yàn)過(guò)程中，在全速航行左滿舵回轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，右主機(jī)在無(wú)任何明顯異常下突然熄火停機(jī)并無(wú)法啟動(dòng)。經(jīng)主機(jī)廠家現(xiàn)場(chǎng)檢查：曲軸抱死無(wú)法盤車，曲軸軸向竄動(dòng)量為3～4絲，初步懷疑軸瓦抱死，試驗(yàn)終止返回船廠。

整個(gè)試航過(guò)程中除了滑油壓力出現(xiàn)低報(bào)警現(xiàn)象外，其它參數(shù)（如：排氣溫度、淡水溫度、滑油溫度等）均正常，未發(fā)現(xiàn)其它異?，F(xiàn)象。

為了找出故障原因，拆卸右主機(jī)油底殼后發(fā)現(xiàn)大量白色金屬碎片及條狀金屬塊，疑似為軸瓦刮摩碎片和推力環(huán)破壞殘片，見(jiàn)圖2所示。

在清理另外兩臺(tái)主機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)中間主機(jī)油底殼有白色金屬碎片，疑似軸瓦刮摩殘片，見(jiàn)圖3所示。

船廠將主機(jī)運(yùn)至車間后，由主機(jī)廠家對(duì)該機(jī)進(jìn)行拆檢觀察：右主機(jī)曲軸主軸頸和連桿軸頸灼燒變色，柴油機(jī)曲軸主軸徑發(fā)黑變色，連桿軸頸部分磨損嚴(yán)重，磨損曲軸的主軸頸和連桿軸頸對(duì)應(yīng)的軸瓦均嚴(yán)重變形變色，內(nèi)止推環(huán)上環(huán)燒傷嚴(yán)重，并有部分破裂脫落，其它部件未見(jiàn)明顯異常，如圖4所示。

將中間機(jī)拆解后，其故障現(xiàn)象與右機(jī)基本相同，相對(duì)輕微，軸瓦金屬層脫落，未見(jiàn)燒灼過(guò)熱痕跡，上瓦有輕微磨損，未見(jiàn)脫落、灼燒，曲軸表面有可視摩擦痕跡，其它運(yùn)動(dòng)部件無(wú)異常。

3? ? 主軸瓦損傷原因分析

高速柴油機(jī)軸瓦異常磨損或燒瓦的原因較多，基本可以分為兩大類：一類是柴油機(jī)對(duì)中安裝等外部因素影響；另一類是柴油機(jī)內(nèi)部部件或系統(tǒng)問(wèn)題。

外部影響因素主要有以下幾個(gè)方面：

（1）柴油機(jī)對(duì)中不滿足要求。主機(jī)與齒輪箱對(duì)中不滿足機(jī)組對(duì)中要求時(shí)，曲軸會(huì)輕微變形，曲軸軸承座會(huì)額外承受附加應(yīng)力，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)曲軸與軸瓦中心線不一致，會(huì)引起軸瓦異常磨損；

（2）柴油機(jī)安裝不滿足要求。彈性安裝的柴油機(jī)其彈性隔振器預(yù)壓不滿足要求，使用一段時(shí)間后會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)對(duì)中偏差；隔振器之間壓縮量不均衡，差值較大會(huì)引起隔振器受力不均，柴油機(jī)易產(chǎn)生振動(dòng)，運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生額外受力，加速軸瓦磨損；

（3）主機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。柴油機(jī)在超負(fù)荷狀態(tài)下長(zhǎng)期使用，會(huì)造成軸瓦與曲軸的沖擊載荷變大，軸瓦與曲軸之間的油膜無(wú)法承載時(shí)會(huì)引起軸瓦異常磨損，產(chǎn)生燒瓦現(xiàn)象。

內(nèi)部影響因素主要有以下幾個(gè)方面：

（1）滑油壓力低?；蛪毫Φ蜁?huì)導(dǎo)致軸瓦潤(rùn)滑冷卻不充分，軸瓦與曲軸之間的油膜無(wú)法建立，軸瓦易過(guò)熱，導(dǎo)致軸瓦異常磨損；

（2）滑油臟污。當(dāng)滑油混入水分或其它雜質(zhì)時(shí)，滑油會(huì)變質(zhì)，影響潤(rùn)滑，導(dǎo)致軸瓦異常磨損；

（3）軸瓦質(zhì)量不符合要求。軸瓦合金鍍層粘附力不夠，柴油機(jī)在變載荷時(shí)軸瓦反復(fù)受到變載荷作用，軸瓦合金鍍層脫落，引起軸瓦不正常磨損；

（4）軸瓦裝配精度超差。軸瓦與軸徑安裝間隙不滿足要求，間隙過(guò)大或過(guò)小都會(huì)影響軸瓦與曲軸油膜的建立，導(dǎo)致潤(rùn)滑不充分，引起軸瓦異常磨損；

（5）關(guān)鍵部件的質(zhì)量問(wèn)題。機(jī)體強(qiáng)度不夠，導(dǎo)致機(jī)體變形或曲軸安裝、制造精度不滿足要求，導(dǎo)致曲軸與軸瓦中心線不一致，當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，有的地方因間隙過(guò)大油膜無(wú)法建立，有的地方間隙過(guò)小形成干磨而燒瓦。

根據(jù)主軸瓦故障原因，首先對(duì)外部因素進(jìn)行排查，主要對(duì)主機(jī)對(duì)中、主機(jī)安裝、主機(jī)負(fù)荷等進(jìn)行排查；對(duì)主機(jī)本身影響因素，主要從滑油壓力、滑油清潔度、軸瓦材料及運(yùn)動(dòng)曲軸、軸瓦等關(guān)鍵零部件加工精度及裝配精度進(jìn)行排查：

3.1? 主機(jī)安裝對(duì)中

經(jīng)查閱主機(jī)組操作使用說(shuō)明書，主機(jī)安裝對(duì)中控制要求為：徑向?qū)χ性什钇顬椤?0.25 mm；軸向?qū)χ性试S誤差為± 0.25 mm。根據(jù)船廠建造時(shí)對(duì)中數(shù)據(jù)，其滿足使用說(shuō)明書中機(jī)組對(duì)中要求，三臺(tái)主機(jī)軸向和徑向的偏移量最大為0.15 mm，小于主機(jī)對(duì)中允許偏差的要求。

故障出現(xiàn)后，對(duì)三臺(tái)主機(jī)對(duì)中重新復(fù)測(cè)，中間主機(jī)對(duì)中與初始對(duì)中數(shù)據(jù)基本一致；右主機(jī)對(duì)中有一些偏差，超過(guò)允許范圍。因右機(jī)曲軸灼燒嚴(yán)重，曲軸可能存在一定變形，造成對(duì)中偏差，考慮到中機(jī)在對(duì)中良好的情況下仍然出現(xiàn)主軸瓦異常磨損狀態(tài)，可排除主機(jī)對(duì)中的影響。

3.2? ?主機(jī)彈性隔振器安裝

故障出現(xiàn)后，對(duì)主機(jī)隔振器進(jìn)行了排查，發(fā)現(xiàn)隔振器的壓縮量與隔振器安裝要求存在偏差，其中最大偏差的兩個(gè)隔振器差值超過(guò)3 mm，不滿足安裝要求。隔振器安裝超差會(huì)影響主機(jī)工作狀態(tài)對(duì)中，此外主機(jī)在800 r/min附近及全速回轉(zhuǎn)時(shí)，主機(jī)均有明顯振動(dòng)現(xiàn)象。

3.3? ?主機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)

主機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)主要表現(xiàn)為：柴油機(jī)排氣溫度、滑油溫度偏高；柴油機(jī)冒黑煙；柴油機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)法達(dá)到設(shè)定最高轉(zhuǎn)速等。試航時(shí)，主機(jī)排氣溫度、滑油溫度均在正常范圍內(nèi)，沒(méi)有明顯冒黑煙現(xiàn)象，在各檔轉(zhuǎn)速下柴油機(jī)均運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速可以達(dá)到最高運(yùn)轉(zhuǎn)速度。

經(jīng)查閱設(shè)計(jì)文件，螺旋槳的設(shè)計(jì)工況點(diǎn)對(duì)應(yīng)于主機(jī)95%額定功率，留有5%的功率儲(chǔ)備余量；此外設(shè)計(jì)時(shí)留有3%的儲(chǔ)備余量，建造時(shí)控制重量合理，最終排水量比設(shè)計(jì)值小了約3%，試航時(shí)最大航速比設(shè)計(jì)值高約1.5 kn。由此可知，本船不存在主機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.4? 滑油壓力

本船主機(jī)在1 000 r/min以下及以上分別設(shè)置兩個(gè)報(bào)警值（其中小于1 000 r/min為0.15 MPa，大于1000 r/min為0.25 MPa），航行試驗(yàn)過(guò)程中主機(jī)轉(zhuǎn)速在1 000 r/min～1200 r/min運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)滑油壓力低報(bào)警，且主機(jī)轉(zhuǎn)速變化、正倒車等多種變工況下均出現(xiàn)滑油壓力低報(bào)警現(xiàn)象；此外，在額定轉(zhuǎn)速（2 150 r/min）時(shí)，滑油壓力僅0.4 MPa左右。經(jīng)查閱其它高速柴油機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)滑油壓力基本在0.5 MPa以上，滑油壓力低會(huì)導(dǎo)致曲軸與軸瓦間潤(rùn)滑不充分，導(dǎo)致軸瓦異常磨損。

3.5? ?滑油質(zhì)量

滑油質(zhì)量不合格會(huì)造成柴油機(jī)主要運(yùn)動(dòng)副嚴(yán)重磨損，如主軸瓦、連桿瓦、止推環(huán)、氣缸套、活塞環(huán)等。通過(guò)對(duì)相關(guān)運(yùn)動(dòng)副的排查，僅發(fā)現(xiàn)主軸瓦、連桿瓦、止推環(huán)磨損，其他零部件如氣缸套、活塞環(huán)等未見(jiàn)異常磨損跡象。經(jīng)第三方機(jī)構(gòu)對(duì)所加注滑油樣品檢測(cè)，滑油粘度、水分、雜質(zhì)等指標(biāo)正常，可排除滑油質(zhì)量問(wèn)題。

3.6? ?軸瓦質(zhì)量

經(jīng)觀察，中間主機(jī)及右主機(jī)拆檢下來(lái)?yè)p壞的軸瓦均存在鍍層材料大片剝離現(xiàn)象，疑為軸瓦與曲軸接觸的鍍層材料粘合力不足。因軸瓦屬于工藝要求高、關(guān)鍵性零部件，目前高端軸瓦大多為國(guó)外生產(chǎn)。本船主機(jī)軸瓦為國(guó)外公司供應(yīng)，經(jīng)分別送檢國(guó)內(nèi)外第三方，檢查同批次軸瓦，未發(fā)現(xiàn)異常。

3.7? 軸瓦裝配

本船主機(jī)主軸承間隙范圍為0.12～0.17 mm，實(shí)際裝配主軸承間隙接近0.12 mm，個(gè)別小于0.12 mm，處于技術(shù)要求下限。裝配間隙過(guò)小，滑油不易進(jìn)入，限制滑油的流動(dòng)，增加軸瓦異常磨損的可能性。

3.8? ?相關(guān)重件的制造和裝配

通過(guò)對(duì)柴油機(jī)機(jī)體、曲軸、連桿等相關(guān)重件制造檢驗(yàn)記錄查詢，主要零部件各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)清晰，符合要求，未發(fā)現(xiàn)異常。

從以上故障排查分析可知：主機(jī)軸瓦的異常磨損與主機(jī)超負(fù)荷、機(jī)組對(duì)中等外部因素?zé)o關(guān)；與軸瓦本身質(zhì)量、曲軸等零部件制造裝配、滑油質(zhì)量等因素也無(wú)關(guān)；主機(jī)運(yùn)行時(shí)滑油壓力偏低、主軸承間隙偏小，均會(huì)引起主軸瓦異常磨損，隔振器不滿足安裝要求，引起主機(jī)異常振動(dòng)，會(huì)加速軸瓦磨損。

4? ? 整改措施

根據(jù)故障排查分析，主機(jī)廠家分別進(jìn)行主軸承間隙控制、滑油壓力提升改進(jìn)以及加強(qiáng)隔振器安裝質(zhì)量控制：

（1）新安裝三臺(tái)主機(jī)，其主軸承間隙由原來(lái)平均 0.124 mm 增加至平均 0.150 mm，基本控制到中差要求；

（2）新安裝的主機(jī)，通過(guò)調(diào)整機(jī)油冷卻器后的限壓閥開(kāi)啟壓力和使用大流量機(jī)油預(yù)供泵等措施，使濾后機(jī)油壓力全工況提升，額定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在0.5 MPa左右，在轉(zhuǎn)速段范圍內(nèi)均未出現(xiàn)滑油壓力低報(bào)警現(xiàn)象；

（3）新安裝的主機(jī)隔振器，在型號(hào)不變前提下更換了承載能力大的彈性元件，安裝時(shí)嚴(yán)格按照隔振器安裝技術(shù)要求進(jìn)行。

5? ? ?效果驗(yàn)證

三臺(tái)新機(jī)通過(guò)采取控制主軸承間隙在中差、調(diào)整機(jī)油冷卻器后限壓閥開(kāi)啟壓力、更換大流量滑油預(yù)供泵、進(jìn)一步控制隔振器安裝質(zhì)量等措施，三臺(tái)新機(jī)在臺(tái)架上模擬實(shí)船狀態(tài)進(jìn)行聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，試驗(yàn)完畢后拆檢油底殼及滑油濾器，未發(fā)現(xiàn)異常；三臺(tái)新機(jī)裝船后進(jìn)行系泊及航行試驗(yàn)，主機(jī)試驗(yàn)累計(jì)運(yùn)行60多小時(shí)，主機(jī)運(yùn)行參數(shù)良好，未發(fā)現(xiàn)異常振動(dòng)；試驗(yàn)后進(jìn)行了開(kāi)放性檢查，主軸瓦未發(fā)現(xiàn)異常磨損。

6? ? 結(jié)束語(yǔ)

高速柴油機(jī)軸瓦異常磨損是比較常見(jiàn)的故障問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)引起軸瓦異常磨損的原因進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上逐步排查，對(duì)排查發(fā)現(xiàn)的異常進(jìn)行整改，最后經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，未發(fā)現(xiàn)異常磨損問(wèn)題，整改措施有效。本文對(duì)類似的質(zhì)量問(wèn)題，具有一定的參考意義。

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