第七章第一節(jié)船機故障

1、2022-6-9武漢海事學校 楊界1第一節(jié) 船機故障及船舶維修體系主講 楊界2022-6-9武漢海事學校 楊界2一、船機故障(一)船機故障分類、故障原因及征兆機械故障:機械系統(tǒng)(零件、組件、部件或整臺設備乃至一系列的設備組合)因偏離其設計狀態(tài)而喪失部分或全部功能的現(xiàn)象。引起系統(tǒng)立即喪失其功能的破壞性故障。與設備性能降低有關的性能上的故障。設備正常運轉時，操作者無意或蓄意使設備脫離正常運轉時的故障。2022-6-9武漢海事學校 楊界3故障的表現(xiàn)形式:主機起動不起來拉缸曲軸折斷 1.船機故障分類常見的故障分類方法2022-6-9武漢海事學校 楊界4(2)按故障原因分類: 1)結構性故障。如柴油機氣

2、缸套上部凸緣根部因設計上受力不當和制造工藝不良引起的凸緣根部多發(fā)性裂紋，甚至缸套斷裂。2)工藝性故障。例如，軸系校中安裝質量不良引起的軸系振動、軸承發(fā)熱或過度磨損等。3)磨損性故障。例如，由于過度磨損活塞-氣缸間隙過大而產(chǎn)生敲缸、竄氣等故障。 4)管理性故障。例如，滑油長期不化驗、不更換，變質滑油引起軸承合金熔化的故廢。2022-6-9武漢海事學校 楊界5(1)按故障的技術性原因分類磨損性故障：運動部件磨損，在某一時刻使其性能參數(shù)超過極限值所引起的故障。磨損:機械在工作過程中，互相接觸做相互運動的對偶表面，在摩擦作用下發(fā)生尺寸、形狀和表面質量變化的現(xiàn)象。例如：由于過度磨損使氣缸套與活塞之間間隙

3、過大而產(chǎn)生敲缸、竄氣；軸與軸承之間過度磨損導致的軸承間隙過大等故障。2022-6-9武漢海事學校 楊界6腐蝕性故障：由于化學腐蝕、電化學腐蝕或者物理腐蝕使零件失去原有尺寸精度或者幾何形狀發(fā)生變化而產(chǎn)生的故障。例如：柴油機氣缸套和活塞冷卻水腔的電化學腐蝕；排氣閥的高溫化學腐蝕等。2022-6-9武漢海事學校 楊界7斷裂性故障：船機設備因材料性質不均勻、加工工藝處理不當、承受過載或者撞擊而導致的故障。例如：地腳螺栓因緊固程度不夠而產(chǎn)生的斷裂；氣缸蓋因熱應力和機械應力周期作用引起熱疲勞或機械疲勞或高溫疲勞而產(chǎn)生的裂紋等。老化性故障：因腐蝕、磨損、疲勞等綜合因素作用于船機設備，使其性能老化所引起的故障

4、。例如：機座活動墊塊的老化等。2022-6-9武漢海事學校 楊界8(2)按故障的性質分類人為故障:管理、操作人員的行為過失或制造和安裝不良引起的故障。在船上它已占80以上，為故障的主要原因。例如：在沒有開啟主機滑油泵的情況下，起動主機，導致的軸瓦燒蝕；軸系校中不良引發(fā)的軸系振動、斷軸等事故。2022-6-9武漢海事學校 楊界9(2)按故障的性質分類自然故障:船舶機械工作環(huán)境變壞，使用條件惡劣，結構和材料的缺陷造成的故障。分為正常自然故障和異常自然故障，正常自然故障：一般具有規(guī)律性，如設備的正常磨損，老化導致的故障；異常自然故障：一般具有偶然性，如結構和材料的缺陷造成引起的故障，如船用柴油機中的

5、熱應力問題等。2022-6-9武漢海事學校 楊界10(3)按故障發(fā)生、發(fā)展的進程分類突發(fā)性故障:各種不利因素和偶然外界影響的共同作用超出了設備所能承受的限度而突然發(fā)生的故障。這類故障一般無明顯征兆，依靠事前檢查或監(jiān)視不能預知的故障。例如：螺旋槳槳葉折斷、主機自動停車、舵機轉舵突然失靈等。2022-6-9武漢海事學校 楊界11漸進性故障:在長時間的運轉過程中，由于設備中某些零件的技術指標逐漸惡化，最終超出允許范圍或極限而引發(fā)的故障。這類故障的發(fā)生與設備零件的磨損、腐蝕、疲勞等密切相關，可通過連續(xù)的狀態(tài)檢測來有效地防止故障發(fā)生。一般發(fā)生在設備零件有效壽命的后期；有規(guī)律，可預防；故障發(fā)生的概率與設備

6、運轉時間有關。例如：柴油機氣缸套與活塞環(huán)之問的磨損；管路的腐蝕穿孔；密封橡膠因老化漏氣、漏油等。2022-6-9武漢海事學校 楊界12波及性故障(二次故障):船機設備的某種故障引發(fā)的更大的故障，無法預測和防止。例如：柴油機連桿螺栓脫落或斷裂引起連桿、活塞氣缸套和氣缸蓋甚至機體的破壞，俗稱連桿蹬腿等。斷續(xù)性故障:設備在某一時間成故障狀態(tài)，而在另一時間功能又自行恢復的故障，故障反復發(fā)生。例如船上電氣設備開關接觸不良等。2022-6-9武漢海事學校 楊界13(4)按故障對船舶的營運和影響程度分類船舶不停航的局部故障局部故障導致船機設備的功能部分喪失，或船機附屬系統(tǒng)設備故障，不需要停航修理，航行中進行

7、故障處理。例如：更換主機某缸的噴油泵；對主機備用滑油泵或者淡水泵的拆卸、修理等。2022-6-9武漢海事學校 楊界14船舶短時間停航的重大事故嚴重的故障使船機設備的功能喪失，必須停航爭取短時間內船員自修，采用更換備件等措施排除故障。例如：主機某缸發(fā)生較嚴重的拉缸故障，停機檢修或者實施封缸措施，修后繼續(xù)航行。停航時間規(guī)定：貨船不超過6 h；客船不超過2 h。2022-6-9武漢海事學校 楊界15船舶長時間停航全局性異常嚴重的故障導致船機設備的功能喪失，造成船舶喪失航行的能力，需要進廠進行長時間的維修。例如：主機曲軸斷裂；艉軸或者中間軸斷裂；船舶擱淺；船體破壞等。按故障發(fā)生的時間分為早期故障、使用

8、期故障(隨機故障)和晚期故障(老化期故障)；按故障的損傷程度分為允許故障和不允許故障等。2022-6-9武漢海事學校 楊界162.故障原因及征兆故障原因分內因和外因兩種，故障的外因:工作應力、環(huán)境應力、人為因素和時間。故障的內因（故障機理）:導致機械故障的物理、化學或機械過程。一般情況下故障的原因可分為四個部分：自然損壞，使用維護不當，修理質量不高和設計、制造方面的缺陷。2022-6-9武漢海事學校 楊界17(1)自然損壞磨損、腐蝕、疲勞等因素而使設備零部件尺寸、形狀和質量發(fā)生的變化，破壞設備原有的工作狀態(tài)而導致的故障。 2022-6-9武漢海事學校 楊界18(2)使用維護不當在使用中，未嚴格

9、按照操作規(guī)程進行操作，甚至違章操作；維護不當或缺少維護而造成設備零部件的損壞，引起的船舶故障。例如：在主機備車時，對主機的預潤滑不夠；未及時地檢查、添加或更換機油，造成機油數(shù)量不符合標準、機油變質；不及時清洗滑油冷卻器、空氣濾器等，使其流通阻力增大引發(fā)故障等。2022-6-9武漢海事學校 楊界19(3)修理質量不高船用設備的零部件在維修時，從分解、清洗、檢驗、維修到裝配等各個環(huán)節(jié)，均有嚴格的技術標準和要求。如不注重維修質量，則會造成設備工作中出現(xiàn)故障，浪費物力、財力。常見的有：主機氣閥間隙過大，敲缸嚴重，噴油泵針閥的研磨等。提高維修質量的有效途徑：嚴格修理規(guī)范、改進維修設備、提高維修技能、加強

10、對維修的檢查和驗收等方法。2022-6-9武漢海事學校 楊界20(4)設計、制造方面的缺陷零部件在設計、制造方面存在缺陷，在使用過程中突然或逐漸暴露出來，造成設備的故障。例如：主要鑄件(氣缸蓋、氣缸體等)存在砂眼、細小裂紋；運動件(連桿、曲軸等)的強度和剛度過小，2022-6-9武漢海事學校 楊界21船用設備產(chǎn)生故障的征兆 :工作狀態(tài)突變。設備的工作狀態(tài)突然出現(xiàn)不正常現(xiàn)象。例如：主機轉速突然增加或減少；主機熄火后不能起動；滑油泵出口壓力突然降低等。2022-6-9武漢海事學校 楊界22異常響聲設備在運轉過程中出現(xiàn)非正常聲響，故障的“報警器”，船上管理人員應該降速或者停車檢查，切不可讓設備“帶病

11、作業(yè)”。例如:主機在運轉過程中出現(xiàn)“鐺、鐺”的異常響聲，則有可能敲缸；泵出現(xiàn)“嘩啦、嘩啦的響聲，則有可能軸套松動；增壓器出現(xiàn)刺耳的嗚叫聲等。2022-6-9武漢海事學校 楊界23排氣顏色不正常排煙的顏色變黑、變藍或變白，排煙不正常。潤滑油上竄到氣缸時，尾氣呈藍色；燃燒不完全時尾氣呈黑色；油中有水時，尾氣呈白色。2022-6-9武漢海事學校 楊界24過熱高溫通常出現(xiàn)在主機排煙管或者油泵、水泵的殼體上。例如：主機排煙溫度過高，排溫表溫度單缸過高；軸承溫度過高，可能是冷卻不良等。2022-6-9武漢海事學校 楊界25滲漏發(fā)動機的燃油、滑油以及壓縮空氣等的滲漏現(xiàn)象。燃油泄漏:主機機體上有漏油的痕跡或機

12、艙滑鐵板上有灘狀的油跡；壓縮空氣漏泄時，明顯地聽到“嘶嘶”的漏氣聲音。有特殊的氣味在主機或設備運轉過程中，聞到一股特殊的氣味，例如：離心泵填料燒焦的味道；電路短路時的焦糊味。2022-6-9武漢海事學校 楊界26(二)故障模式、故障規(guī)律1.故障模式磨損、變形、斷裂(特別是疲勞斷裂)和腐蝕。船機零件的磨損。固體摩擦表面上物質不斷損耗的過程。表現(xiàn)：物體尺寸或形狀的改變、表面質量的變化。磨損的形式：黏著磨損、磨粒磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、浸蝕磨損和微動磨損等。2022-6-9武漢海事學校 楊界27磨粒磨損：物體表面與硬質顆?；蛴操|凸出物（包括硬金屬）相互摩擦引起表面材料損失。粘著磨損：摩擦副相對運動

13、時，由于固相焊合作用的結果，造成接觸面金屬損耗。表面疲勞磨損：兩接觸表面在交變接觸壓應力的作用下，材料表面因疲勞而產(chǎn)生物質損失。腐蝕磨損：零件表面在摩擦的過程中，表面金屬與周圍介質發(fā)生化學或電化學反應，因而出現(xiàn)的物質損失。微動磨損：兩接觸表面間沒有宏觀相對運動，但在外界變動負荷影響下，有小振幅的相對振動（小于100m），此時接觸表面間產(chǎn)生大量的微小氧化物磨損粉末，因此造成的磨損稱為微動磨損2022-6-9武漢海事學校 楊界28船機零件的變形。機械設備由于工況條件惡劣，經(jīng)常滿載或超載工作，零件產(chǎn)生變形。零件形狀簡單，變形的檢查和校正較容易。最典型的例子：曲軸和連桿。氣缸體、變速箱體、機架等形狀復

14、雜、相互位置精度高、測量檢查及校正均比較困難的基礎件，2022-6-9武漢海事學校 楊界29船機零件的斷裂斷裂是指物體在機械力、熱、腐蝕等單獨或聯(lián)合作用下，使其本身連續(xù)性遭到破壞，從而發(fā)生局部開裂或分成幾部分的現(xiàn)象。疲勞斷裂：機械零件在循環(huán)應力作用下會發(fā)生；蠕變斷裂：在高溫持久應力作用下出現(xiàn)；腐蝕或腐蝕疲勞：在腐蝕環(huán)境下產(chǎn)生應力。斷裂是零件失效的重要原因之一。2022-6-9武漢海事學校 楊界30船機零件的腐蝕。腐蝕是金屬受周圍介質的作用而引起損傷的現(xiàn)象。腐蝕損傷總是從金屬表面開始，然后或快或慢地往里深入，并使表面的外形發(fā)生變化，出現(xiàn)不規(guī)則形狀的凹洞、斑點、潰瘍等破壞區(qū)域。破壞的金屬變?yōu)檠趸?/p>

15、或氫氧化物，形成腐蝕產(chǎn)物并部分地附著在表面上。鋼鐵零件生銹就是最明顯的例子。2022-6-9武漢海事學校 楊界312.故障規(guī)律故障率曲線：一般機械設備的故障率與時間相對應的壽命特征曲線。浴盆曲線：多數(shù)零件的故障率曲線具有浴盆形狀。三個階段與三種基本故障類型相對應。第一階段為早期故障期，相當于故障率減小型。磨合期：開始的故障率高，但隨著時間的推移，故障率迅速下降。此期間發(fā)生的故障主要是設計、制造上的缺陷2022-6-9武漢海事學校 楊界32圖圖7-1 7-1 常見船機零件的故障率曲線常見船機零件的故障率曲線2022-6-9武漢海事學校 楊界33第二階段為偶然故障期，相當于故障率恒定型。設備的故障

16、率最低，處于最佳工作狀態(tài)。偶然故障期時間的長短，反映了設備有效壽命的長短，故障多為設計、使用不當及維修不力產(chǎn)生的。第三階段為損耗故障期，相當于故障率增加型。設備的某些零部件已老化損耗，故障率上升。拐點P的位置：及時修復或更換，使故障率降下來，延長其有效壽命。2022-6-9武漢海事學校 楊界34圖圖7-1 7-1 常見船機零件的故障率曲線常見船機零件的故障率曲線2022-6-9武漢海事學校 楊界35其他故障率曲線圖7-2(a) 恒定的或者略增的故障率，有明顯的磨損期。圖7-2(b) 緩慢增長的故障率，但沒有明顯的磨損期。圖7-2(c) 新設備從剛出廠的低故障率，急劇地增長到一個恒定的故障率。圖

17、7-2(d) 設備的故障率為恒定值，出現(xiàn)的故障常常是偶然因素造成的。圖7-2(e) 設備開始有高的初期故障率，然后急劇下降到一個恒定的或者是增長極為緩慢的故障率。2022-6-9武漢海事學校 楊界36圖圖7_2五種故障率曲線圖五種故障率曲線圖2022-6-9武漢海事學校 楊界37設備的故障率應該是圖7-2所示的五種曲線中的一種或者幾種的合成，浴盆曲線則可看做圖7-2(a)、圖7-2(d)和圖7-2(e)的合成。設備故障率取決于設備的復雜性，設備越復雜，其故障率越是接近于圖7-2(d)和7-2(e)。2022-6-9武漢海事學校 楊界38圖圖7_2五種故障率曲線圖五種故障率曲線圖2022-6-9

18、武漢海事學校 楊界39(三)故障的影響因素1.影響磨損的因素零件材料、運轉條件、幾何因素、環(huán)境因素等，防止或減少磨損方法：選擇合適的潤滑劑，選擇正確的使用材料，在制造零件時進行表面處理和合理的結構設計，改善其工作條件，正確的使用和維護。2022-6-9武漢海事學校 楊界40表表7-1 7-1 影響磨損的因素影響磨損的因素材料材料運轉條件運轉條件幾何因素幾何因素環(huán)境因素環(huán)境因素成分成分載荷壓力載荷壓力面積面積總的潤滑劑量總的潤滑劑量組織結構組織結構速度速度形狀形狀污染情況污染情況彈性模量彈性模量滑動距離滑動距離尺寸大小尺寸大小外界溫度外界溫度硬度硬度滑動時間滑動時間表面粗糙度表面粗糙度外界壓力外

19、界壓力潤滑劑類型潤滑劑類型循環(huán)次數(shù)循環(huán)次數(shù)間隙間隙濕度濕度潤滑劑黏度潤滑劑黏度表面溫升表面溫升對中性對中性空氣成分空氣成分工作表面物理和化學性工作表面物理和化學性質質潤滑膜厚度潤滑膜厚度刀痕刀痕2022-6-9武漢海事學校 楊界412.影響變形的因素主要是零件的應力超過材料的屈服強度所致，影響因素：(1)外載荷當外載荷產(chǎn)生的應力超過材料的屈服強度時，則零件將產(chǎn)生過應力永久變形。這種現(xiàn)象在工況條件惡劣、經(jīng)常滿載或超載工作、頻繁制動、停車和起動，有振動和沖擊、結構布置不合理等情況下很容易出現(xiàn)。2022-6-9武漢海事學校 楊界42(2)溫度溫度升高，材料屈服強度降低；當溫度超過一定程度時，在一定溫

20、度和應力作用下，隨著時間的增加，金屬材料將緩慢地發(fā)生塑性變形(蠕變)；零件受熱不均，各處溫差較大，會產(chǎn)生較大的熱應力和內應力而引起零件變形。2022-6-9武漢海事學校 楊界43(3)內應力有些零件的毛坯為鑄件、鍛件或焊接件，它們都有一個從高溫冷卻下來的過程，必然會產(chǎn)生很大的內應力。在切削加工過程中，因裝夾、切削力、切削熱的作用，零件表層會發(fā)生塑性變形和冷作硬化，因而產(chǎn)生內應力，也會引起變形。2022-6-9武漢海事學校 楊界44(4)結晶缺陷產(chǎn)生變形的內在原因是材料內部缺陷，如位錯、空位等，特別是位錯及其移動和擴散，構成影響變形的主要內在因素。零件變形實際上是多次變形累積的結果。減少變形的相

21、應對策：設計、加工、修理和使用等方面。特別是在機械設備大修時，不能只檢查配合面的磨損情況，對于相互位置精度也必須認真檢查，以便修復。2022-6-9武漢海事學校 楊界453.影響斷裂的因素(1)局部應力集中絕大部分疲勞斷裂都起源于應力集中嚴重的部位。(2)殘余應力影響加工或處理時的塑性變形、熱脹冷縮以及組織轉變造成殘余應力的。殘余拉應力是有害的，殘余壓應力是有益的。滲碳、滲氮、噴丸和滾壓等工藝均可以產(chǎn)生殘余壓應力，減小斷裂可能性。2022-6-9武漢海事學校 楊界46滲碳：是對金屬表面處理的一種，采用滲碳的多為低碳鋼或低合金鋼，具體方法是將工件置入具有活性滲碳介質中，加熱到900-950攝氏度

22、的單相奧氏體區(qū)，保溫足夠時間后，使?jié)B碳介質中分解出的活性碳原子滲入鋼件表層，從而獲得表層高碳，心部仍保持原有成分。 滲碳是指使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經(jīng)過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。 2022-6-9武漢海事學校 楊界47滲氮，是在一定溫度下一定介質中使氮原子滲入工件表層的化學熱處理工藝。常見有液體滲氮、氣體滲氮、離子滲氮。傳統(tǒng)的氣體滲氮是把工件放入密封容器中，通以流動的氨氣并加熱，保溫較長時間后，氨氣熱分解產(chǎn)生活性氮原子，不斷吸附到工件表面，并擴散滲入工件表層內，從而改變表層的化學成分和組織，獲得優(yōu)良的表面性能。如

23、果在滲氮過程中同時滲入碳以促進氮的擴散，則稱為氮碳共滲。常用的是氣體滲氮和離子滲氮。 2022-6-9武漢海事學校 楊界48(3)附加載荷的影響載荷對裂紋的產(chǎn)生和擴展有直接的影響。2022-6-9武漢海事學校 楊界494.影響腐蝕的因素腐蝕的機理是化學反應或電化學作用。金屬腐蝕：化學腐蝕和電化學腐蝕兩種?；瘜W腐蝕：金屬與外部電解質作用直接產(chǎn)生化學反應的結果，腐蝕過程中不產(chǎn)生電流。外部電介質多數(shù)為非電解質物質，如干燥空氣、高溫氣體、有機液體、汽油、潤滑油等。2022-6-9武漢海事學校 楊界50電化學腐蝕：金屬與電解質物質接觸時產(chǎn)生的腐蝕。腐蝕過程中有電流產(chǎn)生。按照所接觸環(huán)境的不同，可把電化學腐

24、蝕分為：大氣腐蝕、土壤腐蝕、在電解質溶液中的腐蝕、在熔融鹽中的腐蝕。金屬腐蝕造成的損失大多數(shù)是電化學腐蝕引起的。2022-6-9武漢海事學校 楊界51(1)金屬的特性標準電位越低，化學活性就越高，越容易腐蝕。(2)金屬的成分金屬中的雜質越多，抗腐蝕性愈差(3)零件表面狀況零件的外表形狀越復雜，表面粗糙度就越大，抗腐蝕性也就越差。(4)環(huán)境2022-6-9武漢海事學校 楊界52二、可靠性與可維修性：可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的時間、規(guī)定的條件下完成規(guī)定的功能的能力。 可靠性是設計時賦予產(chǎn)品固有的特性2022-6-9武漢海事學校 楊界53可維修性：發(fā)生故障的產(chǎn)品，在規(guī)定的時間內通過維修使之保持或恢復到規(guī)定

25、使用條件下完成規(guī)定功能的能力。 可維修性是產(chǎn)品的一種固有特性，是由設計、制造等決定的。 維修的目的：是通過維修迅速而經(jīng)濟地保持或恢復產(chǎn)品的原有功能。 2022-6-9武漢海事學校 楊界54三、船舶維修方式和體系(一)現(xiàn)代船舶維修方式維修是對船舶機械和設備維護與修理的統(tǒng)稱。維護(技術保養(yǎng)):保持船舶機械和設備的技術性能正常發(fā)揮所采取的技術措施；船舶修理(修船):船舶機械和設備保持或恢復其原有的技術性能所采取的技術措施。2022-6-9武漢海事學校 楊界55現(xiàn)代船舶維修大多以預防維修為主。預防維修:防止機械和設備發(fā)生故障，在故障發(fā)生前有計劃地進行一系列的維修工作。20世紀3050年代中期是英、美等

26、西方國家廣泛地應用傳統(tǒng)預防維修的階段。20世紀50年代后期采用狀態(tài)監(jiān)控的手段防止故障的發(fā)生。自50年代中后期至今是采用現(xiàn)代預防維修的階段2022-6-9武漢海事學校 楊界56設備的維修主要的幾種方式1.事后維修事后維修是在設備發(fā)生故障后才進行的維修。在故障發(fā)生前后均連續(xù)不斷地進行狀態(tài)監(jiān)控，收集和分析設備的使用、維修的材料，以便評定和改進設備的可靠性和安全性。事后維修是一種非預防性的維修方式。2022-6-9武漢海事學校 楊界57事后維修適用于:故障不直接危害使用安全仍保持基本性能的設備采取預防維修不經(jīng)濟的損耗設備。事后維修特點:不具備預防性，且只限于修復故障。事后處理不應當是一種消極和被動的辦法，而應當主動地加以監(jiān)控。2022-6-9武漢海事學校 楊界582.定期(計劃)維修定期維修是按照規(guī)定的時限對機械、設備進行拆卸檢驗和維修，以防止故障的發(fā)生。定時維修的機械、設備應具有以下的條件：故障率曲線有明顯的磨損故障期，不適于發(fā)生偶然性故障設備。設備的無故障生存期要足夠大，即正常使用期較長；否則無維修的必要。采用其他任何維修方式均不適宜的設備。2022-6-9武漢海事學校 楊界59定期維修是現(xiàn)代預防維修中不可缺少的維修方式。定期維修的缺點：針對性和準確性不高，有時不僅無效甚至有害，可靠性不高和維修工作量大、費用高。定期維修對設備的監(jiān)控是階段性的、不連續(xù)的。2022-