TY輪 4沖程主機曲軸及主軸承燒損事故分析

仉大志

(大連海事大學,遼寧大連 116001)

在船用柴油機中,4沖程中速機相比 2沖程低速機,由于轉速高、滑油容易污染及工作條件差,曲軸、主軸承和連桿大端軸承更容易出現故障。據勞氏船級社統計,中速機各部件故障占柴油機總故障比例中,曲軸及主軸承的故障率最高,高達13.4%。因此,對于 4沖程中速柴油機的曲軸及軸承,在運行管理中應作為重要對象予以關注。

4沖程中速柴油機的曲軸及軸承故障中,其中一個嚴重故障是曲軸及主軸承燒損事故。主機曲軸軸承燒損,導致曲軸粘著磨損,曲軸硬度增大,甚至出現裂紋。一旦發生曲軸燒損事故,由于船上無法自行修理,給航行安全帶來極大的威脅,同時由于船舶停航、需要請專業公司進行磨軸,而給船東造成極大的經濟損失。

下文將通過對 TY輪 4沖程主機曲軸及主軸承燒損的事故分析,就如何防止這類事故的發生談點建議,敬請有關專家和同行指正。

1 事故經過及處理

1.1 事故經過

TY輪主機是 MAN 7L 52/55A 4沖程柴油機,輸出功率 5 425 kW,額定轉速為 450 r/min,為日本川崎重工設計制造。主機通過減速比 1∶3.36的減速齒輪箱驅動調距槳及軸帶發電機。

2008年某日晚 22∶00,駕駛臺通知備車離港,22∶20沖車后起車,22∶40加到額定轉速后轉到駕控,運轉幾分鐘后,突然主機 4號主軸承高溫報警,不能判斷是否是異常報警,到機旁發現從曲軸輸出端有大量濃煙竄出,立即轉到機控,降速停車。

停車后立即進行搶修,打開機體兩端道門,發現在曲軸箱內有大量的金屬粉末和碎片,判定是 4號主軸承故障。向公司匯報后,開始拆卸 4號主軸承。拆下 4號主軸承上瓦和下瓦后,發現主軸承上下瓦均嚴重燒損,合金層幾乎全部脫落,主軸頸有多處拉痕,表面沾有大量軸承合金,兩側因發熱成褐色。因軸頸嚴重燒損,船上無法自修,只能等專業廠家進行檢查修理。

1.2 事故處理

事故發生后,新加坡高登公司技術人員登輪進行檢查。測量了 3號主軸頸跳動量并做了硬度測量及磁力探傷,同時測量了 1號、2號、4號主軸頸跳動量。結果 2號主軸頸跳動量最大處為 0.28 mm,1號正常、4號主軸頸跳動量為 0.08 mm,3號主軸頸跳動量為 0.10mm,軸頸表面有 40 mm×50mm面積硬度過大,表面不存在裂紋。由于 2號主軸頸跳動量過大,軸頸直徑需要磨掉1 mm,3號主軸頸可能要磨掉 1～2mm,以消除硬度減小跳動量。方案定下來后,先由船上人員將 1、2、3號缸活塞吊出,其余 4個缸活塞用專用工具頂升,然后由磨軸人員安裝氣動磨軸工具,用盤車機一邊盤車一邊空轉磨軸。最終,3號主軸頸直徑磨掉 2 mm,2號主軸頸直徑磨掉 1 mm,安裝加厚瓦裝復。后經試車,正常。此次事故前后歷時 20余天,停航及修理費用損失近 50萬元。

2 事故分析

TY輪是 1981年投入營運的,自營運以來,主機曲軸曾發生過多次事故。上世紀 90年代,發生過 3起曲柄銷燒損故障。2004年,主機 4號主軸頸及軸瓦燒損,結果 4號主軸頸磨掉 1 mm。前幾次的曲軸故障,由于船舶多次易手,沒有可參考的事故報告。時隔 4年后,再次發生了曲軸故障。

這次 TY輪主軸頸及軸承燒損事故,綜合磨軸公司技術人員的檢查、船員的自檢及主機的狀況,分析有如下原因。

1)曲軸軸線不正。磨軸公司技術人員測量了幾道主軸頸跳動量,船員在拆檢各道主軸承時也測量了軸頸跳動量,其中 2、3、4、6號主軸頸都超過了 0.05 mm,2、3號軸頸跳動量嚴重超標。據磨軸人員介紹,TY輪 2004年磨軸也是他們做的(由于 TY輪是 2007年現在的船東購入的,并不了解當時的情況)。當時磨軸檢查測量時,發現 2、3號主軸頸跳動量過大,曾向當時的船東建議進行抽軸校正,但因費用過高船東沒有采納,可以說 TY輪主機一直是帶病運行。

曲軸跳動量過大,意味著軸頸在軸承中偏心,曲軸在運轉過程中與主軸承間隙忽大忽小,破壞軸承間的動力潤滑,而且軸承負荷不均。在拆檢主軸承時,發現 2號主軸承上瓦見銅。安裝主軸承時,測量下瓦剖面左右兩側距離軸頸間隙,發現幾道跳動量的主軸頸主軸承左右間隙不等,甚至主軸頸轉到一定角度時間隙為 0,這些都是軸頸跳動量過大的例證和惡果。3號主軸承故障,不能進行準確的測量,但毫無疑問,軸線不正是 3號主軸頸和軸承燒損的一大因素。

2)滑油不干凈。進行拆檢各道主軸承和曲柄銷軸承時,發現幾道軸頸和軸承周向不同程度地出現了拉痕,雖然不很嚴重,但明顯看出是硬質顆粒進入到軸頸軸承中。主機系統油理化性能是正常的,20天前由 BP公司人員上船取樣化驗,化驗顯示各項指標均正常。經事后檢查,硬質顆粒可能是由破損的滑油濾芯進入到主機的。檢查時發現滑油進機細濾器及滑油自清濾器柱形濾芯,有幾根出現濾網開裂、破損現象。主機滑油系統有兩道細濾器,從油泵出來的壓力油先經過滑油自清濾器,再經過滑油進機細濾器。這兩種濾器都采用柱形濾芯。長期以來,進機細濾器每天清洗一次,自清濾器大概每 7天拆洗一次,這樣頻繁的清洗濾器,導致濾芯破損,硬質顆粒可能是在清洗濾芯時進入系統的。

3)主軸承狀態不佳。主軸承使用時間都超過了 20 000 h,按要求應該進行拆檢,但由于船期比較緊,一直沒有進行檢查。事故后,為了解其他主軸承狀態,都進行了拆檢,結果發現主軸承狀態不佳。其中 4號主軸承下瓦 80%面積見銅,有縱向拉痕,軸頸也出現輕微拉痕。2號主軸承下瓦 50%面積見銅,有縱向拉痕,上瓦也有磨損,小部分見銅。

3號主軸承因破壞無法得知故障前的狀態,但從拆檢的其他幾道主軸承看,也極有可能過度磨損。

3 管理對策

TY輪這次曲軸故障事故損失慘重,教訓深刻。事故起因一方面是曲軸長期帶病運行,另一方面是對滑油系統、軸承管理不善所致。為了防止發生類似事故,須注意以下事項。

1)公司機務主管須制定有針對性的管理方案。TY輪是公司購入的二手船,目前營運不到 1年。該船是 1980年臺灣中華船廠建造的,船齡比較大,主機曲軸多處受傷。公司機務針對這種情況,只是強調主機不能超負荷,排溫不能超過 470℃。輪機管理人員往往缺乏對曲軸及主軸承的管理經驗,加之集裝箱船航期緊張,未能針對性地進行保養。公司機務需要制定針對曲軸及軸承的管理方案,利用輪機長、大管輪接班前的體系培訓機會重點予以培訓,并在以后的工作中進行指導監督,保證維護保養工作能夠落實。

2)滑油系統的管理。4沖程主機滑油易受污染,對滑油的管理,保證滑油的清凈性,減少滑油的消耗是日常管理的一大重點。為此,需要注意以下幾點。

(1)滑油循環柜中的油量應保持一定數量,循環倍率保持在 15～18(即滑油泵的排量除以油柜油量等于 15～18)。滑油分油機要保持連續工作,只有在維修保養時才停止工作。分油機加熱油溫控制在 85℃左右,不能過低。分離流量不要太高,控制在分油機額定流量的 25%～30%。

(2)注意滑油自清濾器的自動清洗工作次數,如工作次數增多,說明滑油質量惡化,要查找原因,并予排除。拆洗滑油濾器時,主管輪機員最好在場檢查濾芯內是否有金屬顆粒或粉末,濾芯如有破損,必須馬上更換。

(3)滑油消耗如異常增加,原因多是活塞環故障或缸套磨損量增大。吊缸時,一定要準確測量缸套內徑,缸套磨損到一定時要換新,不要等到磨損極限時再換新。這是由于缸套磨損到一定值后,雖然按照說明書的要求,可以理論上繼續使用,但活塞缸套間隙變大,導致燃燒產物漏入曲拐箱增加,滑油消耗增加,污染加重。嚴重時,會引起軸瓦異常磨損、燒瓦。

(4)適當縮短滑油化驗時間,當滑油受到嚴重污染,一時又查找不到原因,應即時送檢。

3)曲拐箱的監控。定期打開曲拐箱,檢查油流情況,以及是否存在金屬屑。對曲拐箱油霧濃度檢測裝置及主軸承溫度監測裝置加強維護保養,保證功能正常,警報及主機降速連鎖有效。

4)曲軸及主軸承的檢查。定期測量主軸承間隙及下瓦磨損量,測量軸承間隙時注意從前后兩端測量。定期測量曲軸拐檔差。適當縮短主軸承拆檢周期,拆檢時注意拍照存檔,在拆檢主軸承時,要檢查軸頸跳動量及下瓦剖分面處與軸頸兩側間隙,做到心中有數。

總之,針對 TY輪曲軸多處受傷的情況,只有在管理上下功夫,才能避免發生類似的惡性事故。