某艇TBD620柴油機(jī)拉缸故障原因分析及排除措施

曾智生

（廣州華南船舶修造廠，廣州510715）

1 概述

TBD620系列柴油機(jī)是引進(jìn)德國(guó)技術(shù)生產(chǎn)的高速柴油機(jī)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)速高、油耗低、功率大、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，自動(dòng)化程度高，運(yùn)行時(shí)能對(duì)各種技術(shù)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并根據(jù)所設(shè)定范圍進(jìn)行報(bào)警或停機(jī)。但作為大功率柴油機(jī)，高壓泵采用組合式，各缸的排氣溫度不能監(jiān)測(cè)，油底殼壓力高時(shí)僅作聲光報(bào)警。

該系列柴油機(jī)較好地補(bǔ)充了國(guó)產(chǎn)大功率高速柴油機(jī)功率在1 000～20 00 kW的設(shè)計(jì)選擇，已大量在船舶上使用，大型艦船上作為柴油發(fā)電機(jī)組的動(dòng)力機(jī)械，中小型快艇上作為推進(jìn)動(dòng)力。但此機(jī)型在使用過程中，較為頻繁的發(fā)生拉缸故障。

2 拉缸現(xiàn)象及原因分析

2.1 拉缸現(xiàn)象

拉缸指活塞環(huán)或活塞裙與氣缸套之間直接接觸，由于兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面的相互作用而發(fā)生的表面損傷、劃痕甚至咬死。根據(jù)損傷按程度不同，可分為劃傷、拉缸和咬缸，在廣義上統(tǒng)稱為拉缸。

通常活塞環(huán)與缸套之間的拉缸限于運(yùn)轉(zhuǎn)初期，即臺(tái)架試驗(yàn)、航行試驗(yàn)或使用初期，一旦磨合完畢幾乎不再發(fā)生拉缸現(xiàn)象。而活塞裙與缸套之間的拉缸，則往往發(fā)生在磨合完畢后穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的數(shù)千小時(shí)內(nèi)。

拉缸損傷的機(jī)理大多是由于滑動(dòng)表面的潤(rùn)滑油膜受到局部損壞，兩種金屬的接觸表面在高溫、高壓下相互滑動(dòng)，產(chǎn)生摩擦熱，如不及時(shí)排除就會(huì)使局部金屬表面溫度急劇上升，當(dāng)溫度增至熔點(diǎn)時(shí)，就會(huì)引起金屬表面局部熔化，產(chǎn)生擦痕；若這種擦痕不及時(shí)排除，就會(huì)逐漸蔓延擴(kuò)大，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致金屬表面的晶格變形、晶格斷裂或被撕下，這就是熔著磨損；被腐蝕下來的金屬微粒沿著缸壁往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將熔著擦傷區(qū)域拉成平行的細(xì)紋或微小的溝槽，嚴(yán)重時(shí)滑動(dòng)部位完全粘著或卡住，甚至?xí)趦蓚€(gè)表面薄弱部位產(chǎn)生裂紋，即咬缸，最后迫使發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作，造成拉缸事故，因此在使用過程中必須采取有效措施進(jìn)行預(yù)防。

2.2 拉缸原因

（1）柴油機(jī)溫度高

柴油機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中經(jīng)常處在超負(fù)荷下作業(yè)，有的柴油機(jī)因水垢過多，散熱不好，長(zhǎng)期處于高溫下工作。當(dāng)柴油機(jī)超過正常溫度時(shí)，潤(rùn)滑油變稀，油膜不易形成，導(dǎo)致加速磨損。當(dāng)缸套部位滑油溫度增高至200 ℃時(shí)，吸附性變差，金屬表面就會(huì)充分暴露，給熔著磨損造成有利條件。

（2）個(gè)別氣缸負(fù)荷大

由于多缸柴油機(jī)采用組合式高壓泵，操縱拉桿拉動(dòng)調(diào)速器改變彈簧的壓力來控制柴油機(jī)轉(zhuǎn)速（作為主機(jī)通常采用液壓調(diào)速器），調(diào)速器拉桿拉動(dòng)高壓泵柱塞桿轉(zhuǎn)動(dòng)，增減供給燃燒的油量達(dá)到轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。如某缸的噴油量過多，將造成該缸的熱負(fù)荷增大、溫度過高甚至使得活塞熔化，出現(xiàn)拉缸故障。

（3）柴油機(jī)結(jié)構(gòu)

柴油機(jī)活塞冷卻由主潤(rùn)滑油道的潤(rùn)滑油提供，通過噴嘴噴射到活塞油孔內(nèi)，活塞運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)，噴嘴插入到油孔內(nèi)，邊隙僅有2 mm，一但噴嘴油桿變形，活塞與噴嘴相碰撞，油桿在高頻沖擊下很快便會(huì)斷裂，活塞失去潤(rùn)滑油冷卻，活塞溫度升高導(dǎo)致拉缸故障。噴油嘴孔徑較小當(dāng)潤(rùn)滑油道內(nèi)有雜物卡在噴嘴上，潤(rùn)滑油無(wú)法噴射到活塞冷卻孔，也會(huì)導(dǎo)致拉缸故障。

3 某艇柴油機(jī)故障現(xiàn)象及原因分析

3.1 故障現(xiàn)象

某醫(yī)療救護(hù)快艇，設(shè)前、后兩個(gè)機(jī)艙，每個(gè)機(jī)艙各安裝2臺(tái)主機(jī)及其它輔機(jī)。主機(jī)為4臺(tái)TBD620V16型柴油機(jī)，額定轉(zhuǎn)速1800 r/min 、額定功率2 030 kW。在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，4臺(tái)主機(jī)同時(shí)在1 700 r/min的工況下運(yùn)行，其中1#主機(jī)在柴油機(jī)曲軸箱壓力高報(bào)警且隨后潤(rùn)滑油壓力低同時(shí)報(bào)警，經(jīng)人工緊急停機(jī)。停機(jī)后馬上做檢查已無(wú)法盤車，打開曲軸檢查窗，撬動(dòng)連桿軸承蓋，有6個(gè)連桿軸承蓋不能軸向移動(dòng)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)油底殼機(jī)油進(jìn)水，底部有較多軸瓦熔屑。

經(jīng)對(duì)柴油機(jī)拆檢，發(fā)現(xiàn)的故障部位主要有：

（1）拆出氣缸蓋發(fā)現(xiàn)B7缸套有拉缸現(xiàn)象，缸套燃燒室靠橡膠密封圈處有一圈的裂紋，活塞頂損壞嚴(yán)重并有一個(gè)燒熔的洞，活塞環(huán)斷裂，缸蓋燃燒室平面撞擊出較多凹陷痕跡，氣閥被打歪；B1缸活塞頂上粘結(jié)有鐵質(zhì)碎片，活塞頂、缸蓋燃燒室平面有輕微凹陷痕跡；

（2）拆卸連桿發(fā)現(xiàn)B7缸的連桿軸瓦的軸承合金燒結(jié)在連桿軸頸上，連桿軸承蓋變色（藍(lán)色）；A7連桿彎曲變形；連桿軸瓦全部都有較深的磨痕，無(wú)開口張彈力，連桿軸頸劃痕明顯；

（3）拆卸9副主軸瓦檢查，曲軸主軸頸較光滑，沒有明顯的磨損痕跡，主軸表面均有較深的磨損痕跡；

（4）曲軸進(jìn)行著色探傷檢查，發(fā)現(xiàn)1～7缸的連桿軸頸有較多長(zhǎng)約15 mm的縱向裂紋，第7缸B7連桿軸頸有一條長(zhǎng)約25 mm的縱向裂紋；

（5）B列渦輪增壓器拆卸后發(fā)現(xiàn)有金屬屑，渦輪葉輪有較深的撞擊麻點(diǎn)，葉片變形，一片葉上有約10 mm缺口，轉(zhuǎn)子軸靠渦輪一側(cè)燒蝕變黑；

（6）A列渦輪增壓器轉(zhuǎn)子靠渦輪一側(cè)燒蝕變黑；

（7）滑油齒輪泵拆下不能用手轉(zhuǎn)動(dòng)，拆解發(fā)現(xiàn)4個(gè)軸承被套燒結(jié)在軸上，泵殼體的齒輪端面磨損嚴(yán)重；

（8）抽出油底殼滑油時(shí)，滑油有大量的水；油底殼拆出發(fā)現(xiàn)有很多的軸瓦熔屑散落底部；

（9）B7缸氣閥頂桿彎曲變形；

（10）缸蓋水壓力試驗(yàn)，A2缸蓋的進(jìn)氣口部位漏水。

3.2 原因分析

（1）該系列柴油機(jī)制造工藝可能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求是造成本次事故直接原因，現(xiàn)使用的TBD620V12型柴油機(jī)，已多次出現(xiàn)拉缸的故障。這次出現(xiàn)故障的醫(yī)療快艇使用時(shí)間短，柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)間少（不足2 000小時(shí)），缸蓋和運(yùn)動(dòng)部件沒有拆卸修理過；

（2）前機(jī)艙左主機(jī)事故判斷：柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)B7缸負(fù)荷過大，活塞冷卻不良造成拉缸，繼續(xù)運(yùn)行時(shí)活塞溫度過高而熔化穿孔，燃?xì)饴┑角S箱引起油底殼壓力高報(bào)警；同時(shí)，拉缸的缸套溫度升高導(dǎo)致缸套在密封膠圈部位的薄弱位置出現(xiàn)整圈的裂紋，大量的冷卻水漏到機(jī)油中，當(dāng)水被抽到滑油系統(tǒng)中，由于水粘度低便引起滑油壓力低，安保系統(tǒng)的滑油壓力低報(bào)警，連桿軸瓦和主軸瓦潤(rùn)滑不良做成磨損嚴(yán)重并燒蝕；

（3）曲軸1～7缸的連桿軸頸有較多長(zhǎng)約15 mm的縱向裂紋，第7缸B7連桿軸頸有一條長(zhǎng)約25 mm的縱向裂紋，主軸頸卻光順無(wú)異常，可能是該柴油機(jī)在本次故障停機(jī)前由于機(jī)油含有大量水份潤(rùn)滑效果差，連桿軸瓦磨損至表面劃痕嚴(yán)重，加速裂紋的擴(kuò)大；

（4）B列增壓器損壞是由于B7缸的拉缸、活塞溫度高熔化，損壞的活塞、活塞環(huán)碎片通過排氣管吹入增壓器，打爛噴嘴環(huán)和渦輪；由于滑油中含大量水份，潤(rùn)滑不良引起渦輪軸高溫變黑；A列增壓器渦輪軸高溫變黑原因如前述；

（5）機(jī)油泵4個(gè)軸承被套全部燒蝕結(jié)在軸頸上，泵殼體的齒輪端面磨損嚴(yán)重，可判斷是由于滑油中含大量水份，潤(rùn)滑不良引起。

4 故障排除

據(jù)其它柴油機(jī)修理廠反映，此機(jī)型的拉缸現(xiàn)象按常規(guī)的修理方法效果不佳，往往修理后在試航或負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)再次出現(xiàn)拉缸。對(duì)此，關(guān)鍵是查明原因，按柴油機(jī)拉缸故障的判斷，對(duì)可能發(fā)生故障部位重點(diǎn)修理。

（1）由于整機(jī)出艙修理工程太大，在機(jī)艙內(nèi)對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行零部件分解，零部件（除機(jī)架及機(jī)架上不需修理的附件）全部拆回車間修理，機(jī)架在機(jī)艙進(jìn)行清潔修理。拆下滑油噴嘴組件進(jìn)行清潔、檢修；機(jī)體主油道清潔干凈，采用油泵將干凈的柴油連續(xù)沖洗一天，再用壓縮空氣吹洗；

（2）組合高壓泵檢修，油量均勻度調(diào)整至規(guī)定要求；

（3）曲軸、增壓器、機(jī)油泵及損壞件換新，其它零件修復(fù)；

（4）潤(rùn)滑油冷卻噴嘴安裝后進(jìn)行檢查，將每缸活塞盤至下止點(diǎn)，觀察噴嘴應(yīng)準(zhǔn)確插入活塞的油孔且不能與油孔邊緣相碰；

（5）監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)，效用（模擬）試驗(yàn)，尤其是曲軸箱壓力高的報(bào)警裝置反復(fù)多次試驗(yàn)，以確保該報(bào)警裝置可靠準(zhǔn)確。

5 預(yù)防措施

5.1 運(yùn)行時(shí)的管理

柴油機(jī)修理后磨合時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，空車在各檔轉(zhuǎn)速內(nèi)來回磨合3 小時(shí)（較常規(guī)修理要求為1小時(shí)），航行試驗(yàn)時(shí)間增加，將低負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)間延長(zhǎng)，使柴油機(jī)各部件盡可能磨合完好；驗(yàn)收交付后使用初期，派專人重點(diǎn)監(jiān)測(cè)曾經(jīng)發(fā)生事故的柴油機(jī)工況，發(fā)現(xiàn)異常可作緊急處理。

5.2 監(jiān)控系統(tǒng)改進(jìn)

（1）該系列柴油機(jī)監(jiān)控能對(duì)曲軸箱的壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)壓力增加至設(shè)定值時(shí)，報(bào)警裝置發(fā)出聲光報(bào)警訊號(hào)，但機(jī)艙內(nèi)兩臺(tái)柴油機(jī)（或加上柴油發(fā)電機(jī)）的噪聲大，容易忽略了報(bào)警聲響。值班人員收到訊號(hào)后，需到機(jī)旁控制箱（或集控室操縱臺(tái)）查看報(bào)警的部位，再作出處理的反應(yīng)，以防故障擴(kuò)大。

（3）增加一個(gè)曲軸箱的壓力傳感器，壓力值比報(bào)警傳感器高50 Pa，當(dāng)出現(xiàn)輕微拉缸故障時(shí)，大量的燃?xì)飧Z入曲軸箱內(nèi)壓力高于報(bào)警傳感器設(shè)定的壓力，發(fā)出聲光報(bào)警，值班人員人工停機(jī)處理；當(dāng)拉缸故障嚴(yán)重時(shí)，曲軸箱壓力高于停機(jī)傳感器設(shè)定的壓力，直接由控制器自動(dòng)緊急停機(jī)，使拉缸故障發(fā)生初期能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，故障較嚴(yán)重時(shí)自動(dòng)停機(jī)，避免故障的惡化引起機(jī)器其它零部件的損壞。

6 追蹤

經(jīng)修理的柴油機(jī)頻繁使用在一年半時(shí)間沒有出現(xiàn)機(jī)械故障。執(zhí)行任務(wù)過程中，另一臺(tái)柴油機(jī)曾經(jīng)因曲軸箱壓力高緊急停機(jī)，由于故障發(fā)生初期便停止運(yùn)行，將損壞的缸套和活塞更換后，重新繼續(xù)使用，避免了故障的擴(kuò)大。

[1]錢耀南.船舶柴油機(jī)[M].大連：大連海事大學(xué)出版社, 2003.