船用中速柴油機曲軸磨損故障分析及預防

曲軸與連桿配合將活塞氣體的壓力轉化成為力矩，帶動機械運轉。整個發(fā)動機部件運行的時候，曲軸也在不斷運轉，在慣性的作用、力矩作用下，部件不斷受到彎曲、扭轉以及剪切等各種復雜的交應變力的影響，容易出現(xiàn)彎曲與扭曲的問題。此外，部件在高氣體壓力以及慣性的作用下對潤滑能力要求非常高，因此，軸頸必然會出現(xiàn)磨損現(xiàn)象。進行維修的時候還會發(fā)現(xiàn)由于曲軸安裝不達標從而導致曲軸出現(xiàn)損傷。一、船舶中速柴油機曲軸的發(fā)展我國在加入WTO、提出“一帶一路”倡議的背景下，制造業(yè)與貿(mào)易逐步向國際靠攏。船舶業(yè)為制造業(yè)提供船舶、鉆井平臺等裝備。文章研究器械為中速柴油機的曲軸,目前中速柴油機的高端設計與制造都集中在美歐地區(qū),如德國曼恩、芬蘭瓦錫蘭,德國MTU,日韓國家集中在中斷品牌的制造,如洋馬與大發(fā)。我國關于柴油機的發(fā)展速度非?？?目前初具規(guī)模,是世界上最大的船舶制造國之一,但是在柴油機的生產(chǎn)裝備與工藝制造上仍舊存在差距。目前,我國在生產(chǎn)制造上的目標是提高生產(chǎn)效率與加工質(zhì)量。柴油機分為中和低速,大缸徑、整機功率方面都進行了改進,在使用燃油、部件上都進行改進。中速柴油機是四沖程柴油機,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,呈現(xiàn)出柴油機集成技術化和模塊化、排放物減少實現(xiàn)新型無污染的柴油機生產(chǎn)、故障分析智能化等趨勢。如圖1所示,件9為曲軸。圖1中速柴油機的基本構造曲軸與連桿和氣缸套組成,功能是將氣缸內(nèi)的柴油燃爆化學性能,在動力下將連桿傳導在曲軸,帶動螺旋槳、控制系統(tǒng)的運行,因此曲軸承受諸多的力矩"。曲軸畢竟是異形軸,加工制造復雜,使用過程中出現(xiàn)故障也很常見,在設備使用過程中了解曲軸的故障情況,及時進行預防也十分重要。二、中速柴油機曲軸故障情況1、曲軸銹蝕案例:該船舶機型比較舊,是我國第二臺大型主機，主機為6ESDZ76/160B型。修船計劃安排之后,因為各種原因拖延停航。之前將主機滑油的油樣送去化驗?；灲Y果得知滑油之內(nèi)混合大量水分,同時被乳化,當時技術人員建議換油,因此拖延航行時間。一個月后，船廠方拆修主機曲軸軸承,發(fā)現(xiàn)軸承嚴重銹蝕,盤車機已經(jīng)盤不動。在這種情況下,船方提出對整船進行檢修的建議,調(diào)試船舶的時候,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,拆除軸承進行檢查,此時軸頸位置有較多的麻點,隨即進廠返修。在返修階段,將所有的曲軸軸承打開,發(fā)現(xiàn)都有嚴重的銹蝕,使用砂袋打光后發(fā)現(xiàn)軸頸被嚴重腐蝕,上面有橘子皮似的坑痕。2、曲軸滑移活塞桿拉長某船在港口接船后裝貨,重載出港,出港之后開啟大煙囪上轉換閥門,將廢氣鍋爐接入,啟動泛氣冷凝器，后續(xù)機匠報告煙囪上有水流出。當時,值輪機員認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,車速也逐漸下降,10分鐘后停止不動。此時,值班輪機員準備再次啟動,發(fā)現(xiàn)水汽較多,連續(xù)沖出,設備不能啟動。輪機長關車,隨后接上盤車。考慮到實際情況,船舶拋錨進行檢查,進入曲軸箱內(nèi)拆活塞桿,發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的填料函碎裂,螺帽松動,托板與導板之間呈現(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。三、曲軸的常見損傷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,如轉速高、承受壓力較大,機油不干凈、長時間使用沒有及時檢查、裝配的連桿質(zhì)量差等等,導致曲軸出現(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)應力集中的情況。軸頸的表面上淬火的時候,存在疲勞而導致強度降低;或者是由于表面不夠圓滑而導致應力集中。3、曲軸的扭曲變形設備在長期使用中,因為使用或者是修理存在問題,導致設備在工作中的振動加大而出現(xiàn)磨損的情況，若嚴重會出現(xiàn)曲軸折斷。出現(xiàn)事故的根源是因為柴油機在使用的過程中出現(xiàn)超負荷運轉的情況,由于離合器放松過猛或者是燃燒惡化,在遭受較大沖擊的情況下發(fā)生變形。四、船用中速柴油機曲軸磨損預防1、做好曲軸的檢查首先,及時進行對曲軸表面磨損情況的檢查,用千分尺測量軸頸的不同位置尺寸,測量好后計算出磨損度,如果超過限度就需要及時進行修理。其次,進行曲軸彎曲的檢查,使用磨床架起曲軸,檢查中心孔,使用測微表檢查曲軸軸頸的擺差,飛輪接盤位置標準為0.5mm,齒輪軸頸位置為0.6mm,超出尺寸都是出現(xiàn)故障,需要進行修正。檢查中間軸頸的擺差,將測微表放置在磨床臺面上,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。在檢查過程中，還要注意曲軸相關部件的機械損傷檢查。2、重視對曲軸的管理結合事故來看,這是由于主滑油泵跳電停轉所導致的,根源是滑油泵控制系統(tǒng)沒有安置單獨的啟動箱,啟動接觸器通常安置在集控系統(tǒng)的主配電板右側,所處位置十分狹窄,主機作為船舶前進的動力,運行中各個摩擦部位都承受巨大的應力,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,油膜也會消失,主機繼續(xù)運轉會在合金的表面出現(xiàn)輕微的瑕疵,經(jīng)過一段時間運轉后接觸面擴大,進而破壞油膜,因為過熱而出現(xiàn)熔化現(xiàn)象。所以滑油泵在停止運轉之后,并沒有立即采取措施處理,為后續(xù)使用埋下隱患。由于海上風浪大,導致滑油濾器堵塞,這只是驗證的一部分,但是當油溫上升后,應與滑油泵的啟停聯(lián)系起來,應拋錨停機檢查。在接駁的過程中,要及時檢查主機滑油液位,仔細查看軸承的運行情況,減少事故的發(fā)生。3、做好設備滑移的檢查根據(jù)本次滑移事故分析,技術人員判斷事故發(fā)生主要是船舶啟動之后,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當中,順著煙囪的內(nèi)壁流入到增壓器的透明轉子當中,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入水,同時受到樁基也最嚴重。停車之后再啟動十分困難,此時打足空氣瓶氣壓,需要半個小時。在給足氣壓的時候設備處于不斷運轉中,海水進入到設備之內(nèi),不斷震蕩,缸內(nèi)的水隨著設備振動不斷運轉。在氣壓給足后,缸中的水杯不斷沖擊,曲軸就會出現(xiàn)滑移情況,活塞的行動軌跡因此被改變,拖板和導板也受到不同程度的磨損。從本次事故來看,可發(fā)現(xiàn)在設計上存在失誤。如果在大煙囪的滅火泄水管道上設置了單向回截止閥,本次事故就不會發(fā)生。這是因為截止閥可以很好阻止水流，減少倒流現(xiàn)象的存在。船舶的殼體上存在海生物則說明在停船靠岸之后的很長一段時間之內(nèi),沒有及時進行檢查。因此后續(xù)的使用應該及時進行檢查與處理。增壓器出現(xiàn)喘振而導致機車運行速度下降,甚至出現(xiàn)停車的時候,需要引起相關部門的重視,主要是及時檢查原因,比如,在發(fā)現(xiàn)有水沖出的時候就進行檢查,比如缸套是否有泄漏、冷卻壓力表是否存在波動等,前期如果按照事故的實際情況進行不斷排除,也就不會讓所有的缸都灌進海水。在發(fā)現(xiàn)煙囪轉換閥位置漏水的時候,開啟廢氣鍋爐來判斷鍋爐爐管是否存在泄漏的方法是不對的。本次事故的發(fā)生,需要船上的所有領導反思決策和管理方面的問題,在派遣接船班子成員的時候,盡量派遣有資歷的經(jīng)驗的工程人員。需要派遣人員具備足夠的應變能力,可以處理突發(fā)情況,讓有經(jīng)驗的人來接船最為妥當。若無這種人員,外聘專業(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,在運行中很容易被磨損出現(xiàn)問題，在實際運用中需要關注幾個方面,重視對設備故障的預防:比如及時保養(yǎng)來保證潤滑油的質(zhì)量,在裝配的時候檢查軸頸之間的間隙[5]，避免發(fā)動機處于長期超負荷運轉的狀態(tài)。在檢查發(fā)動機的時候要及時檢查曲軸的