8DK28 柴油機活塞碎裂原因分析

導讀8DK28柴油機廣泛用于船舶主機、輔機、負荷電站，單機功率為2500kW/750(r.min-1)。但是在運行過程中，頻繁出現(xiàn)活塞碎裂、裂紋現(xiàn)象，造成了嚴重的經(jīng)濟損失和名譽損失，我們就該型機活塞碎裂、缸套異常磨損故障的現(xiàn)象產(chǎn)生原因具體分析，并給出相應的對策。一、事故的現(xiàn)象描述首例事故出現(xiàn)在天津福盛9號9000t散貨船上。2005年1月25日，當該船行駛到距廈門港3海里時，船員發(fā)現(xiàn)8DKM-28柴油機第8缸檢查孔蓋被擊穿1個洞。輪機長下令停機檢查，發(fā)現(xiàn)第8缸活塞碎裂、表面異常磨損;活塞銷異常磨損;曲柄銷軸承上有許多鐵末;滑油濾器也有鐵末存在。該船從交船到出現(xiàn)時僅僅運行了1700多個小時。在隨后的3年時間里又先后有180件出現(xiàn)此類情況，造成直接經(jīng)濟損失近200萬元。二、故障原因分析為了查明事故真相，避免此類故障的再次發(fā)生，本公司服務人員于2005年1月27日對該臺柴油機所有活塞、連桿、缸套、主軸承、連桿軸承、活塞銷都進行了全面檢查，發(fā)現(xiàn)1~8缸活塞都有不同程度的裂紋。其中第8缸活塞在活塞銷座全部碎裂;對曲柄銷軸瓦拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)軸瓦上有金屬末,濾器濾芯上也有大量金屬末出現(xiàn)，活塞銷、活塞環(huán)有積碳并且出現(xiàn)異常磨損。經(jīng)分析，活塞出現(xiàn)裂紋、碎裂、活塞銷異常磨損原因如下。1、滑油品質(zhì)不良統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，凡是出現(xiàn)此類事故的船的滑油品質(zhì)均未達到規(guī)定要求，鋁、釩等雜質(zhì)嚴重超標。鋁、釩等雜質(zhì)顆粒進入曲柄銷襯套與活塞銷之間的間隙中，在外力作用下，最終導致軸活塞銷襯套、活塞銷異常磨損。2、活塞結(jié)構(gòu)不合理，制造質(zhì)量不合格a.自8DKM-28柴油機交貨運行以來，共有180多件活塞出現(xiàn)裂紋或碎裂現(xiàn)象，由斷裂及出現(xiàn)裂紋情況觀察，均出現(xiàn)在活塞銷座彈性支撐部位。該部位理論壁厚較薄，只有3.5mm;鑄造后毛坯壁厚不均勻，經(jīng)解剖發(fā)現(xiàn)最薄處只有3mm左右，在側(cè)推力作用下導致活塞出現(xiàn)裂紋或斷裂。這是活塞碎裂的原因之一。b.按照圖紙規(guī)定活塞應該是錐形的，可是經(jīng)過上船測量發(fā)現(xiàn)，第7、第8缸活塞都是上下一般粗，是典型的直筒形活塞。3、燃油管系未包扎隔熱層按照規(guī)定，燃用重油時，機外燃油管系應該包扎隔熱層?？墒墙?jīng)服務人員檢查，該船從燃油供應單元到主機燃油進口大約35m的燃油管系竟然未包扎隔熱層，造成重油進入柴油機時的溫度降低(只有103℃，規(guī)定130℃)，粘度偏高，達到18ct(規(guī)定燃油進機粘度為13~14t)。這樣柴油機工作時，燃油霧化不良，燃燒惡化，導致活塞、活塞環(huán)積碳，進而燒頂;造成活塞環(huán)漏氣，使活塞與缸套之間的滑油分解，油膜不易形成，造成活塞與缸套干摩擦，繼而使活塞、缸套異常磨損，在側(cè)推力作用下最終使活塞發(fā)生裂紋和碎裂。這是活塞碎裂的主要原因。4、未配置預熱單元未配置預熱單元的后果會使柴油機在啟動時（特別是在低溫啟動時)，造成滑油溫度偏低，流動不暢,粘度過高,供油量相對減少，缸套內(nèi)表面供油不足，缸套與活塞形成干摩擦，出現(xiàn)缸套、活塞異常磨損。隨著磨損的加劇，在熱應力和機械應力作用下，活塞開始出現(xiàn)裂紋，最終在壁厚最薄弱的活塞銷座處發(fā)生碎裂。5、滑油、燃油管系對接前未沖洗根據(jù)規(guī)定船上的滑油、燃油管系與柴油機對接前必須沖洗。可是船廠為了節(jié)約成本，在對接前未對船上的滑油、燃油管系進行充分沖洗，在滑油、燃油的沖刷下，使管路內(nèi)的焊渣、污物等逐漸剝離，而進入柴油機，導致缸套、活塞環(huán)異常磨損，最終導致活塞過熱而碎裂。6、活塞環(huán)嚴重漏光，鍍層不牢固若活塞環(huán)存在漏光、鍍層脫落現(xiàn)象，造成密封不嚴，使高壓燃氣串入缸套與活塞之間，破壞潤滑油膜，造成氣缸套粘著磨損，導致缸套、活塞環(huán)異常磨損，最終導致活塞過熱而碎裂。三、采取的措施a.督促船東根據(jù)柴油機說明書采購合格的潤滑油，保證鈉、釩含量在規(guī)定范圍內(nèi)。b.改進活塞結(jié)構(gòu)，將活塞壁厚由3.5mm改為5.5mm，提高活塞強度，杜絕由于活塞強度不足而出現(xiàn)的斷裂現(xiàn)象;改整體使活塞為分體式活塞，其活塞頂為高強度耐熱鋼，活塞裙為高強度球墨鑄鐵，可以避免活塞燒頂而斷裂。c.督促船廠、船東對從燃油供應單元到柴油機燃油進口近35m長的燃油管系包扎25mm厚的隔熱層，保證柴油機進口燃油溫度保持在130℃，粘度保持在12~14cst，以解決燃油霧化不良，燃燒惡化問題，以免活塞碎裂事故的再次發(fā)生。d.督促船東解決置預熱單元配置問題，以便使柴油機低溫啟動時，將滑油溫度保持在50~60℃，以提高滑油相對供應量，解決活塞缸套的干摩擦問題，杜絕缸套拉缸、活塞碎裂。e.督促船東按照《DK28柴油機外設備沖洗規(guī)范》對船上滑油、燃油管系進行重新沖洗，杜絕焊渣、鐵銹顆粒進人柴油機，以免再次造成缸套拉傷，活塞環(huán)異常磨損，活塞碎裂的事故。f.嚴格控制活塞環(huán)制造質(zhì)量，對進廠的活塞環(huán)進行嚴格檢查，保證每個活塞環(huán)不漏光、鍍層不脫落，漏光、鍍層脫落的活塞環(huán)不得進人裝配線。四、結(jié)論a.督促船東根據(jù)柴油機說明書采購合格的潤滑油，保證鈉、釩含量在規(guī)定范圍內(nèi)?？梢远沤^滑油中的鈉、釩顆粒進入缸套與活塞之間，而造成活塞、缸套異常磨損。b.將活塞壁厚由3.5mm改為5.5mm，提高了活塞強度，避免由于強度不足而出現(xiàn)碎裂;改整體式球墨鑄鐵活塞為高強度耐熱鋼頂、球墨鑄鐵活塞裙分體式活塞，提高了活塞的耐熱強度，避免了活塞由于積碳而燒頂，繼而造成活塞碎裂現(xiàn)象的發(fā)生。c.督促船廠對燃油管系包扎25mm厚隔熱層，燃油進口溫度始終保持在（130±1)℃，粘度保持在（13±1)cst范圍內(nèi)，杜絕了燃油霧化不良，燃燒惡化現(xiàn)象的出現(xiàn);使活塞頂部、第一、二道活塞環(huán)嚴重積碳,密封不良，使高溫高壓燃氣進入氣缸的現(xiàn)象得到根治，繼而杜絕了缸套、活塞異常磨損，活塞碎裂。d.督促船東解決預熱單元配置問題，解決了柴油機低溫啟動時，滑油溫度過低，粘度高，流動不暢的問題，