船用中速柴油機(jī)曲軸磨損故障分析及預(yù)防

曲軸與連桿配合將活塞氣體的壓力轉(zhuǎn)化成為力矩，帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)部件運(yùn)行的時(shí)候，曲軸也在不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，在慣性的作用、力矩作用下，部件不斷受到彎曲、扭轉(zhuǎn)以及剪切等各種復(fù)雜的交應(yīng)變力的影響，容易出現(xiàn)彎曲與扭曲的問(wèn)題。此外，部件在高氣體壓力以及慣性的作用下對(duì)潤(rùn)滑能力要求非常高，因此，軸頸必然會(huì)出現(xiàn)磨損現(xiàn)象。進(jìn)行維修的時(shí)候還會(huì)發(fā)現(xiàn)由于曲軸安裝不達(dá)標(biāo)從而導(dǎo)致曲軸出現(xiàn)損傷。一、船舶中速柴油機(jī)曲軸的發(fā)展我國(guó)在加入WTO、提出“一帶一路”倡議的背景下，制造業(yè)與貿(mào)易逐步向國(guó)際靠攏。船舶業(yè)為制造業(yè)提供船舶、鉆井平臺(tái)等裝備。文章研究器械為中速柴油機(jī)的曲軸,目前中速柴油機(jī)的高端設(shè)計(jì)與制造都集中在美歐地區(qū),如德國(guó)曼恩、芬蘭瓦錫蘭,德國(guó)MTU,日韓國(guó)家集中在中斷品牌的制造,如洋馬與大發(fā)。我國(guó)關(guān)于柴油機(jī)的發(fā)展速度非?？?目前初具規(guī)模,是世界上最大的船舶制造國(guó)之一,但是在柴油機(jī)的生產(chǎn)裝備與工藝制造上仍舊存在差距。目前,我國(guó)在生產(chǎn)制造上的目標(biāo)是提高生產(chǎn)效率與加工質(zhì)量。柴油機(jī)分為中和低速,大缸徑、整機(jī)功率方面都進(jìn)行了改進(jìn),在使用燃油、部件上都進(jìn)行改進(jìn)。中速柴油機(jī)是四沖程柴油機(jī),特征是體積小，在科技的不斷投入下整體呈現(xiàn)出十分顯著的優(yōu)勢(shì),呈現(xiàn)出柴油機(jī)集成技術(shù)化和模塊化、排放物減少實(shí)現(xiàn)新型無(wú)污染的柴油機(jī)生產(chǎn)、故障分析智能化等趨勢(shì)。如圖1所示,件9為曲軸。圖1中速柴油機(jī)的基本構(gòu)造曲軸與連桿和氣缸套組成,功能是將氣缸內(nèi)的柴油燃爆化學(xué)性能,在動(dòng)力下將連桿傳導(dǎo)在曲軸,帶動(dòng)螺旋槳、控制系統(tǒng)的運(yùn)行,因此曲軸承受諸多的力矩"。曲軸畢竟是異形軸,加工制造復(fù)雜,使用過(guò)程中出現(xiàn)故障也很常見(jiàn),在設(shè)備使用過(guò)程中了解曲軸的故障情況,及時(shí)進(jìn)行預(yù)防也十分重要。二、中速柴油機(jī)曲軸故障情況1、曲軸銹蝕案例:該船舶機(jī)型比較舊,是我國(guó)第二臺(tái)大型主機(jī)，主機(jī)為6ESDZ76/160B型。修船計(jì)劃安排之后,因?yàn)楦鞣N原因拖延停航。之前將主機(jī)滑油的油樣送去化驗(yàn)?；?yàn)結(jié)果得知滑油之內(nèi)混合大量水分,同時(shí)被乳化,當(dāng)時(shí)技術(shù)人員建議換油,因此拖延航行時(shí)間。一個(gè)月后，船廠方拆修主機(jī)曲軸軸承,發(fā)現(xiàn)軸承嚴(yán)重銹蝕,盤(pán)車(chē)機(jī)已經(jīng)盤(pán)不動(dòng)。在這種情況下,船方提出對(duì)整船進(jìn)行檢修的建議,調(diào)試船舶的時(shí)候,發(fā)現(xiàn)曲軸箱冒煙,再次檢修，發(fā)現(xiàn)曲軸有熔鉛現(xiàn)象,拆除軸承進(jìn)行檢查,此時(shí)軸頸位置有較多的麻點(diǎn),隨即進(jìn)廠返修。在返修階段,將所有的曲軸軸承打開(kāi),發(fā)現(xiàn)都有嚴(yán)重的銹蝕,使用砂袋打光后發(fā)現(xiàn)軸頸被嚴(yán)重腐蝕,上面有橘子皮似的坑痕。2、曲軸滑移活塞桿拉長(zhǎng)某船在港口接船后裝貨,重載出港,出港之后開(kāi)啟大煙囪上轉(zhuǎn)換閥門(mén),將廢氣鍋爐接入,啟動(dòng)泛氣冷凝器，后續(xù)機(jī)匠報(bào)告煙囪上有水流出。當(dāng)時(shí),值輪機(jī)員認(rèn)為是由于廢氣鍋爐內(nèi)的管子出現(xiàn)銹蝕之后出現(xiàn)漏水,打開(kāi)之后檢查調(diào)整,但是仍舊漏水。20多分鐘后,增壓器有明顯的沉悶的聲響,車(chē)速也逐漸下降,10分鐘后停止不動(dòng)。此時(shí),值班輪機(jī)員準(zhǔn)備再次啟動(dòng),發(fā)現(xiàn)水汽較多,連續(xù)沖出,設(shè)備不能啟動(dòng)。輪機(jī)長(zhǎng)關(guān)車(chē),隨后接上盤(pán)車(chē)?？紤]到實(shí)際情況,船舶拋錨進(jìn)行檢查,進(jìn)入曲軸箱內(nèi)拆活塞桿,發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的填料函碎裂,螺帽松動(dòng),托板與導(dǎo)板之間呈現(xiàn)出異常扭曲變形,連桿也變形彎曲,底板上散落成片狀。之后檢查各個(gè)缸,發(fā)現(xiàn)主軸頸與曲柄臂呈現(xiàn)出不同程度的滑移,這種事故比較罕見(jiàn)。三、曲軸的常見(jiàn)損傷1、磨損曲軸出現(xiàn)的磨損都是不均勻磨損,呈現(xiàn)出橢圓形、錐形,軸頸的磨損大部分是由于油膜難以形成。出現(xiàn)磨損的原因很多,如轉(zhuǎn)速高、承受壓力較大,機(jī)油不干凈、長(zhǎng)時(shí)間使用沒(méi)有及時(shí)檢查、裝配的連桿質(zhì)量差等等,導(dǎo)致曲軸出現(xiàn)損傷[2]。2、裂紋裂紋通常出現(xiàn)在曲柄和軸頸之間的過(guò)渡位置,前者是徑向裂紋,產(chǎn)生的危害比較大。出現(xiàn)裂紋的原因是應(yīng)力集中,比如在軸頸和曲柄之間的圓角加工尺寸小而出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況。軸頸的表面上淬火的時(shí)候,存在疲勞而導(dǎo)致強(qiáng)度降低;或者是由于表面不夠圓滑而導(dǎo)致應(yīng)力集中。3、曲軸的扭曲變形設(shè)備在長(zhǎng)期使用中,因?yàn)槭褂没蛘呤切蘩泶嬖趩?wèn)題,導(dǎo)致設(shè)備在工作中的振動(dòng)加大而出現(xiàn)磨損的情況，若嚴(yán)重會(huì)出現(xiàn)曲軸折斷。出現(xiàn)事故的根源是因?yàn)椴裼蜋C(jī)在使用的過(guò)程中出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況,由于離合器放松過(guò)猛或者是燃燒惡化,在遭受較大沖擊的情況下發(fā)生變形。四、船用中速柴油機(jī)曲軸磨損預(yù)防1、做好曲軸的檢查首先,及時(shí)進(jìn)行對(duì)曲軸表面磨損情況的檢查,用千分尺測(cè)量軸頸的不同位置尺寸,測(cè)量好后計(jì)算出磨損度,如果超過(guò)限度就需要及時(shí)進(jìn)行修理。其次,進(jìn)行曲軸彎曲的檢查,使用磨床架起曲軸,檢查中心孔,使用測(cè)微表檢查曲軸軸頸的擺差,飛輪接盤(pán)位置標(biāo)準(zhǔn)為0.5mm,齒輪軸頸位置為0.6mm,超出尺寸都是出現(xiàn)故障,需要進(jìn)行修正。檢查中間軸頸的擺差,將測(cè)微表放置在磨床臺(tái)面上,主針觸及軸頸旋推一周,將指針搖擺的最大指數(shù)減去最小數(shù)的一半,即可得到彎曲度。在檢查過(guò)程中，還要注意曲軸相關(guān)部件的機(jī)械損傷檢查。2、重視對(duì)曲軸的管理結(jié)合事故來(lái)看,這是由于主滑油泵跳電停轉(zhuǎn)所導(dǎo)致的,根源是滑油泵控制系統(tǒng)沒(méi)有安置單獨(dú)的啟動(dòng)箱,啟動(dòng)接觸器通常安置在集控系統(tǒng)的主配電板右側(cè),所處位置十分狹窄,主機(jī)作為船舶前進(jìn)的動(dòng)力,運(yùn)行中各個(gè)摩擦部位都承受巨大的應(yīng)力,軸承位置承受船舶螺旋槳產(chǎn)生的推力[4]。在滑油泵斷電后,油膜也會(huì)消失,主機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)在合金的表面出現(xiàn)輕微的瑕疵,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后接觸面擴(kuò)大,進(jìn)而破壞油膜,因?yàn)檫^(guò)熱而出現(xiàn)熔化現(xiàn)象。所以滑油泵在停止運(yùn)轉(zhuǎn)之后,并沒(méi)有立即采取措施處理,為后續(xù)使用埋下隱患。由于海上風(fēng)浪大,導(dǎo)致滑油濾器堵塞,這只是驗(yàn)證的一部分,但是當(dāng)油溫上升后,應(yīng)與滑油泵的啟停聯(lián)系起來(lái),應(yīng)拋錨停機(jī)檢查。在接駁的過(guò)程中,要及時(shí)檢查主機(jī)滑油液位,仔細(xì)查看軸承的運(yùn)行情況,減少事故的發(fā)生。3、做好設(shè)備滑移的檢查根據(jù)本次滑移事故分析,技術(shù)人員判斷事故發(fā)生主要是船舶啟動(dòng)之后,使用乏氣冷凝器中的海水冷卻泵，其中的冷卻水要排出舷外,但是由于船的排出閥與閥口部位被海蠣子堵塞,出口通道十分阻塞,這也導(dǎo)致船舷之外的水受到阻力,因此,只有一部分水被倒灌在煙囪上,最后上升到泄水托盤(pán)當(dāng)中,順著煙囪的內(nèi)壁流入到增壓器的透明轉(zhuǎn)子當(dāng)中,從而發(fā)出沉悶的聲響。根據(jù)缸的排列位置知道哪一口缸最先進(jìn)入水,同時(shí)受到樁基也最嚴(yán)重。停車(chē)之后再啟動(dòng)十分困難,此時(shí)打足空氣瓶氣壓,需要半個(gè)小時(shí)。在給足氣壓的時(shí)候設(shè)備處于不斷運(yùn)轉(zhuǎn)中,海水進(jìn)入到設(shè)備之內(nèi),不斷震蕩,缸內(nèi)的水隨著設(shè)備振動(dòng)不斷運(yùn)轉(zhuǎn)。在氣壓給足后,缸中的水杯不斷沖擊,曲軸就會(huì)出現(xiàn)滑移情況,活塞的行動(dòng)軌跡因此被改變,拖板和導(dǎo)板也受到不同程度的磨損。從本次事故來(lái)看,可發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)上存在失誤。如果在大煙囪的滅火泄水管道上設(shè)置了單向回截止閥,本次事故就不會(huì)發(fā)生。這是因?yàn)榻刂归y可以很好阻止水流，減少倒流現(xiàn)象的存在。船舶的殼體上存在海生物則說(shuō)明在停船靠岸之后的很長(zhǎng)一段時(shí)間之內(nèi),沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行檢查。因此后續(xù)的使用應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行檢查與處理。增壓器出現(xiàn)喘振而導(dǎo)致機(jī)車(chē)運(yùn)行速度下降,甚至出現(xiàn)停車(chē)的時(shí)候,需要引起相關(guān)部門(mén)的重視,主要是及時(shí)檢查原因,比如,在發(fā)現(xiàn)有水沖出的時(shí)候就進(jìn)行檢查,比如缸套是否有泄漏、冷卻壓力表是否存在波動(dòng)等,前期如果按照事故的實(shí)際情況進(jìn)行不斷排除,也就不會(huì)讓所有的缸都灌進(jìn)海水。在發(fā)現(xiàn)煙囪轉(zhuǎn)換閥位置漏水的時(shí)候,開(kāi)啟廢氣鍋爐來(lái)判斷鍋爐爐管是否存在泄漏的方法是不對(duì)的。本次事故的發(fā)生,需要船上的所有領(lǐng)導(dǎo)反思決策和管理方面的問(wèn)題,在派遣接船班子成員的時(shí)候,盡量派遣有資歷的經(jīng)驗(yàn)的工程人員。需要派遣人員具備足夠的應(yīng)變能力,可以處理突發(fā)情況,讓有經(jīng)驗(yàn)的人來(lái)接船最為妥當(dāng)。若無(wú)這種人員,外聘專(zhuān)業(yè)人員也可以避免很多事故的發(fā)生。4、其它曲軸是異形件,在運(yùn)行中很容易被磨損出現(xiàn)問(wèn)題，在實(shí)際運(yùn)用中需要關(guān)注幾個(gè)方面,重視對(duì)設(shè)備故障的預(yù)防:比如及時(shí)保養(yǎng)來(lái)保證潤(rùn)滑油的質(zhì)量,在裝配的時(shí)候檢查軸頸之間的間隙[5]，避免發(fā)動(dòng)機(jī)處于長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。在檢查發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)候要及時(shí)檢查曲軸的