MAN 5L20/27型主發電機拉缸機損原因分析

林建偉

摘? ? 要：本文通過對船用主發電機（MAN 5L20/27）的結構及原理的學習和了解，結合柴油機MAN 5L20/27修理過程的實例，介紹活塞潤滑特點和工作原理，用列舉法分析發電機產生拉缸機損的原因，并通過試驗印證了由于活塞潤滑的缺陷導致了發電機拉缸的機損事件，為今后同機型的發電機維護保養方面提供了可借鑒的經驗，避免同類型機損事件的發生。同時，也提出了在修理過程中需要注意的一些事項，供今后類似的柴油機修理積累經驗和參考。

關鍵詞：柴油機;活塞;潤滑系統;拉缸

中圖分類號：U665.11 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract：? By studying and understanding the structure and principle of MAN 5L20/27 marine main generator， combined with the example of the MAN 5L20/27 diesel engine repair process， this paper introduces the characteristics and working principle of piston lubrication， analyzes the cause of the scuffing of cylinder bore by enumeration method， and proves that the failure of piston lubrication causes the scuffing of cylinder bore of the generator. Some matters that need attention in the repair process for the scuffing are also put forward for the future similar diesel engine repair to accumulate experience and reference.

Key words： Diesel engine; Piston; Lubrication system; Scuffing of cylinder bore

1? ? ?前言

某大型航運公司57 000 DWT散貨船于2005年在上海某船廠交船并投入營運。該輪#2發電機曾發生過拉缸的現象，在日常運行中減負荷使用。2017年進廠修理時，船東決定對該輪進行常規拆檢修理;缸頭、活塞、連桿吊廠修理，缸套原地清潔測量;主軸承全部拆檢。各測量數據、各運動部件均未發現重大的技術缺陷，繼續使用原活塞沒有換新，連桿活塞在車間組裝后上船裝復，壓油壓水正常后啟動發電機進行第一次負荷試驗。

2? ? ? 各項負荷試驗機損現象

該輪主發電機組基本參數如下：機型MAN 5L20/27;額定功率320 kW;額定轉速750 r/min;缸徑200mm;行程270 mm。

2.1? 第一次負荷試驗

整機裝復后進行第一次負荷試驗：空車運行了4小時后，各運動部件及軸承溫度、排氣溫度正常，未發現明顯的異常;當負荷加至100 kW左右時，運行了1個小時，各運動部件及軸承溫度、排氣溫度正常，也未發現明顯的異常;但當負荷加至試驗最高負荷240 kW（75%額定功率）時，發電機運行了約15分鐘，突然“砰”的一聲巨響，現場操作人員手動緊急停車。打開道門檢查，發現#5缸嚴重拉缸，活塞在活塞銷位置被拉斷，活塞頭仍留在缸套頂部，活塞裙部碰撞變形;缸套嚴重燒蝕拉傷，缸套左下部（從自由端往電球方向看，以下相同）被連桿碰撞斷裂開了一個缺口。

現場人員進一步檢查，發現各曲拐及連桿大端瓦完好無損。于是現場人員重新換新了#5缸的缸套、改進型活塞（改進型只有一個供滑油進的邊小孔，對準噴射油管）、連桿及軸瓦后，整機裝復進行第二次負荷試驗。

2.2? 第二次負荷試驗

經壓油、壓水檢驗無誤后進行第二次負荷試驗：發電機空車運行了4小時后，各運動部件及軸承溫度、排氣溫度正常，無發現明顯的異常;當負荷加至100 kW左右時，運行了4小時，各運動部件及軸承溫度、排氣溫度正常，也無發現明顯的異常;同樣，當負荷加至試驗最高負荷240 kW（75%額定功率）運行了約30分鐘后，發現機油溫度比第一次試驗時高了10 ℃不正常，現場人員馬上手動停車進行檢查。打開道門用點溫計測量各軸承的溫度，發現#3缸的連桿大端軸承溫度異常，達到83 ℃。于是現場人員對#3缸缸套、活塞、連桿、曲拐銷進行了拆檢，發現#3缸連桿大端軸瓦嚴重燒蝕白合金脫落，缸曲拐銷粘滿燒蝕的白合金并拉傷，但缸套、活塞等未見明顯的異常;檢查其他各缸，均發現連桿軸瓦、主軸瓦有一定程度的輕微白合金磨合層壓離的現象，但并未有燒毀，缸套、活塞等部件未見明顯的異常。因#3缸的曲拐銷粘滿燒蝕的白合金并拉傷，決定將曲軸拉出吊廠進行了修復。

3? ? 拉缸機損現象技術成因分析

連續2次負荷試驗拉缸機損后，船廠組織技術中心、質檢部、機電車間等部門的工程技術人員和船公司相關技術部門對工程修理、測量數據、質量監控、船上的反映、柴油機的結構、備配件的結構差異等進行了綜合的分析：

（1）軸瓦的質量

除了#3缸連桿軸瓦燒毀外，其他各缸的連桿軸瓦、主軸瓦均有一定程度的白合金磨合層的壓離現象，但未見燒毀。所以，軸瓦質量的好壞與#3缸連桿軸瓦的燒毀沒有直接關系;

（2）滑油的油品質量

無發現滑油有水、油質明顯變化的現象，所以滑油的油品質量應與本次的機損現象沒有直接關系;

（3）潤滑系統

尚未發現該機的滑油潤滑系統及部件有明顯的異常，所以該機的滑油潤滑系統應與本次的機損現象沒有直接的關系。

（4）修理安裝質量

暫無發現清潔、安裝等有違工藝技術和工藝流程的現象，所以本次的機損事件與修理安裝質量沒有直接關系;

（5）試驗、油水的壓力溫度與控制

試驗按照試驗大綱要求進行，試驗起始轉速和時間的長短、負荷加速的快慢和大小、滑油的壓力大小與溫度控制、冷卻淡水的壓力大小與溫度控制等，與拉缸和軸瓦的燒蝕沒有直接關系;

（6）冷卻油管的構造

該機型活塞頂部的冷卻、活塞頭部的冷卻、活塞銷的潤滑和冷卻、缸套的潤滑和冷卻，僅由缸套底部（靠后方）的唯一一根油管向上噴油來滿足。如果該油管噴油到活塞底部的其中一個上油孔，而后通過活塞內部到達冷卻腔，從而達到對活塞頂部、活塞頭部的冷卻、活塞銷的潤滑和冷卻，但無法對缸套進行潤滑和冷卻;同樣，如果該油管沒有直接噴油到活塞底部的其中一個上油孔，噴油將為散狀，可直接噴油對缸套進行潤滑和冷卻，但會影響到上活塞冷卻腔的油量，無法滿足活塞頂部的冷卻、活塞頭部的冷卻、活塞銷的潤滑和冷卻。由此可知，這樣的設計存在缺陷，無法同時滿足活塞、缸套的冷卻和潤滑功能，活塞的過熱、拉缸也就成為了必然。

（7）兩孔活塞結構

該機型活塞底部有兩個供滑油進出的邊小孔，其中一個供滑油進，另一個供滑油出;但同時在活塞的中部還有一個孔，是使活塞腔中的滑油流出去潤滑活塞銷的（見圖1）。

現場人員在現場時，發現了該機型的改進型活塞（見圖2）。該活塞只有一個供滑油進的邊小孔（對準噴射油管），活塞的中部同樣有一個孔，是供潤滑活塞銷的。該改進型活塞是廠家對原設計的改進，目的是保證活塞銷的潤滑和冷卻，但本機卻無使用。

顯而易見，兩孔活塞對活塞銷的潤滑和冷卻比改進型一孔活塞的效果差。兩個孔活塞的潤滑和冷卻，在柴油機空車運轉或低負荷時尚能滿足，但當柴油機在高負荷運轉或加速太快時，活塞銷的潤滑和冷卻就無法保證，活塞的過熱也就成為了必然，這也是活塞的過熱的主因。

（8）非飛濺潤滑方式

傳統的桶型活塞柴油機，特別是國外成熟的機型均采用飛濺潤滑方式來滿足活塞和缸套的冷卻和潤滑，實踐證明效果良好、結構簡單、維護方便，拉缸現象不常發生。而本機型由于采用干式油底殼設計，曲拐和連桿大端及軸承不能浸泡在滑油中，回到油底殼的滑油迅速又回到循環柜，故不具備飛濺潤滑的條件，所以2#發電機機型只能采用圖2所示的桶型活塞，無法使用飛濺潤滑構造的活塞。

在第一次拉缸機損事件中，由于活塞是非飛濺潤滑構造，當#5缸發生拉缸現象時，勢必會加大其它缸連桿大端軸承的負荷，連桿大端軸瓦的白合金已經部分燒蝕或部分粘貼在曲拐上，只是尚未完全抱死還可以轉車，這樣就埋下了機損再次發生的隱患和缺陷;而#3缸的連桿大端軸承，是燒蝕較嚴重的一個。所以軸瓦的燒毀、曲拐的損傷也就成為了必然。

綜上所述，由于該機型活塞存在的設計缺陷與不足，活塞、活塞銷、缸套無法同時得到潤滑和冷卻，是造成本次#2發電機拉缸機損事故的真正原因。

4? ? 結束語

通過上述的技術分析，全部換新成只有一個供滑油進的邊小孔的改進型活塞，見圖2，在曲軸修復后整機裝復進行第三次試驗。在各種工況下、各運動部件及軸承溫度，排氣溫度正常，#2發電機運行狀況參數指標正常。由此印證了機損現象技術成因分析的準確性，從而徹底消除了#2發電機存在拉缸的隱患。通過此次的實際案例分析，發現了該機型活塞潤滑設計存在缺陷和不足，希望能夠給廠家提供改進設計幫助，同時也給同機型的船舶管理和修理工作提供經驗教訓，防止此類機損事故再次發生。

參考文獻

[1] MAN 5L20/27柴油機說明書.

[2] 韓雪峰，修長發.船舶柴油機[M]. 北京：人民交通出版社.