船用柴油機拉缸故障分析

張立平

摘 要：船用柴油機被用作船舶推進動力，具有熱效率高、經濟性好、啟動容易等優勢，對各類船舶有很大的適應性。本文分析船用柴油機在運轉過程中出現拉缸故障的原因，并提出了拉缸故障的預防和處理措施，以期實現船用柴油機的長期安全穩定運行。

關鍵詞：柴油機;拉缸;處理

中圖分類號：U664.121文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）14-0053-03

Failure Analysis of Cylinder Scoring of Marine Diesel Engine

ZHANG Liping

（Xiamen Tonghai Shunda Shipping Engineering Co.， Ltd.，Xiamen Fujian 361000）

Abstract： Marine diesel engines are used as propulsion power for ships， which have the advantages of high thermal efficiency， good economy， and easy start-up， and have great adaptability to various types of ships. This paper analyzed the causes of cylinder pull failures during operation of marine diesel engines， and put forward the prevention and treatment measures of cylinder pull failures in order to achieve long-term safe and stable operation of marine diesel engines.

Keywords： diesel engine;cylinder scoring;treatment

船用柴油機是民用船舶、中小型艦艇和常規潛艇的主要動力，其在運轉過程中會出現拉缸故障。拉缸現象持續發展，會導致活塞和氣缸壁之間的黏著，輕則危害活塞和氣缸，重則卡住活塞并卡在缸套里，使得主機停轉而曲軸不動，引發活塞和連桿斷裂，損壞機器部件，造成重大事故。假如能及時發現問題，排除故障，則可以避免更大的危害和損失。因此，有必要研究主機拉缸事故的形成原因，尋找初期征兆，采取正確的處理辦法，加強柴油機操作管理，提高柴油機安全運行的可靠性和使用年限，增強輪機人員的故障診斷能力。

1 拉缸現象和形成機理

1.1 常見的柴油機拉缸現象

拉缸是指活塞裙、環、缸套三者往復運動而形成的表面摩擦損壞。此時，運動部位的潤滑油膜受到局部破壞，柴油機多會出現劃傷、拉缸和咬缸等現象。從廣義看，三者均屬于拉缸故障[1]。

船用柴油機出現拉缸現象時，無論是外部還是內部都會有一些異常的跡象，人們可以通過聽、觸、嗅、看等方法來觀察[2]。例如，氣缸冷卻水出口溫度和活塞冷卻液出口溫度明顯升高;可以聽到活塞環與氣缸壁間干摩擦的異常聲響，發動機聲音悶沉，有嗒嗒或吭吭的異常響聲;曲軸箱和掃氣箱的溫度會升高，嚴重的甚至會有煙氣產生。壓縮和做功的行程中會發生串氣或串機油的現象，使得耗油量增加;排氣溫度和潤滑油的溫度明顯提高，轉速不穩定，功率下降。

1.2 發生拉缸現象的機理

活塞、氣缸、氣缸蓋等部件組成封閉的燃燒室[3]。其工作環境極為惡劣，受到高溫、高壓、化學腐蝕和燒蝕的作用，高速運轉，承受著燃氣壓力和往復力所帶來的負荷。如果保養不好，拉缸故障的出現可能沒有預兆。研究表明，在混合潤滑模型的狀態下，柴油發動機的活塞和氣缸有時處在流體潤滑狀態，有時處在邊界潤滑狀態。拉缸故障的內部成因是活塞環、壁和環三者互相作用，受某種因素影響，潤滑油膜變稀薄或受到破壞，如果潤滑條件不好，其會出現干摩擦或半干摩擦，將會形成高溫黏著磨損。

氣缸套和活塞兩者間的潤滑油膜惡化斷絕是形成拉缸的必要條件。氣缸套和活塞間的油膜萬一斷絕，二者間表層的金屬由原本的液體摩擦變為固體干摩擦或半干摩擦，這是因為摩擦副表面的快速運轉產生熱量，這些熱量不斷累積，形成的溫度會高出金屬熔點，引發三者表面產生細微熔化，劃落并最后連接在一塊。假如油膜能及時修復，進行清洗和冷卻，溫度下降后，細小的部分熔著不會因脫落而擴展。假如油膜恢復緩慢，那擴展的部分將導致大規模的異常磨損，而缸壁、活塞、活塞環迅速遭受嚴重損壞，缸體表面出現流動形態的熔融，呈現不均勻、又無規律的邊緣紋痕和褶皺，如果不加以控制而任其繼續發展，將會產生拉缸[4]。

2 預防和處理措施

2.1 拉缸時的征兆

氣缸冷卻水出口溫度和活塞冷卻液出口溫度明顯升高;可以聽到活塞環與氣缸壁間的干摩擦的異常聲響;曲軸箱和掃氣箱溫度升高，甚至有煙氣冒出;當曲柄上升到上止點位置時，如果發生拉缸，所在的氣缸會有敲擊聲出現，并且主機的轉速會下降或自行停車。

2.2 影響柴油機拉缸的原因

形成拉缸的緣故非常多，如布局設計、生產工藝、材料選取、運行管理等。實踐證明，拉缸多為維修不當所致。具體地說，以下情況均有可能導致拉缸故障。

2.2.1 氣缸潤滑不良。氣缸注油器供油量調節過小;注油管內壁因結炭嚴重而堵塞;注油管接頭漏油;氣缸套注油孔或布油槽堵塞;注油器出現故障;氣缸油規格選擇不當或與其他不同型號的潤滑油混合;氣缸油變質。

2.2.2 磨合不充分。沒達到規定的磨合期，過早投入營運;磨合期，各缸柴油機的氣缸各負荷分配時間長短不合理，忙于增加更大的負荷;磨合期運行時，注油器供油量不足。

2.2.3 冷卻不良。冷卻水泵供水不足或中斷;冷卻水腔銹蝕或臟污;冷卻水沒有及時化驗、投藥，水質差;冷卻水溫過高;冷卻水中含有大量氣體。

2.2.4 活塞環斷裂。活塞環的搭口間隙過小，使活塞環斷裂[5];天地間隙過小，活塞環卡死斷裂;搭口間隙過大或磨損嚴重;環槽內結炭較多，使活塞環黏著。

2.2.5 燃用劣質油。不完全燃燒致使殘炭增多;后燃燒使排氣溫度升高，沒有及時采取正確的技術措施;氣缸潤滑油堿性不合適。

2.2.6 長期超負荷。柴油機長時間過負荷運行，熱負荷增加令機件過熱。

2.2.7 油底殼大量進柴油。唇形密封圈磨損或老化，柴油進入齒輪箱轉而進入油底殼內，使油變稀，造成壓力低，從而使活塞和氣缸的冷卻效果和潤滑效果都受到影響，嚴重時甚至會造成拉缸故障。

2.2.8 氣缸套與支承孔配合不當。以康明斯6BB1型柴油機為例，其氣缸套與機體氣缸孔之間應該是過盈配合。安裝時，應該采取熱入氣缸套的方式，即將機體加熱，使其保持在280～290 ℃，把氣缸套有倒角的一端朝向氣缸孔，并插入氣缸孔內。這是由于這種筒干式缸套冷卻水腔孔在壁外，冷卻水可以冷卻氣缸孔壁，而剩余的熱量首先通過外壁傳到內壁，然后被冷卻水帶走。如果使用外徑尺寸偏小的氣缸套，會造成氣缸套表面溫度過高，導致短時間內發生拉缸事故。

2.2.9 活塞環選取不當。假如選擇的搭扣間隙尺寸過小，受缸內高溫氣體膨脹的影響，活塞環會受熱膨脹，但又被氣缸限制不能自由伸展，只能向開口間隙處蔓延[6]。假如開口沒有間隙，同時繼續擴大，將會出現壓碎破壞或斷環，最終造成拉缸現象。

2.2.10 潤滑油冷卻器工作狀況不良。例如，滑油冷卻器墊破裂后，進油通道和回油通道連通，油壓低，活塞不能有效冷卻和潤滑，造成拉缸。

2.2.11 冷卻液的添加不符合要求。以康明斯6BT5.9型柴油機為例，根據使用規定，冷卻液應使用長效防凍液。但此液長期使用也會使水分散失，這時應按要求添加蒸餾水，不能用自來水或含有其他雜質成分的水來代替。否則，柴油機冷卻水道會堆積雜質，形成水垢[7]。水道積垢后會變窄，影響柴油機冷卻水的循環效果，降低柴油機的冷卻性能，致使柴油機溫度偏高而造成拉缸。

2.2.12 忘記安裝活塞銷卡簧或者卡簧的彈性不夠。卡簧的作用是卡住活塞銷，預防活塞銷沿其軸向竄動。若維修時忽略安裝卡簧，活塞銷將會因軸向位移劃傷氣缸壁，進而造成拉缸。此外，假如活塞銷卡簧失去彈性或彈性不足，同時繼續使用該卡簧，很可能因卡簧脫落而導致活塞銷刮傷氣缸壁。

2.2.13 活塞銷與活塞銷座孔配合太緊。造成活塞軸向變形，使平行于活塞銷方向的直徑增大，垂直于活塞銷方向的直徑減小，也易導致拉缸事故的出現。

2.2.14 連桿螺栓松動。柴油機連桿和活塞之間出現缺口松動后，會形成沖擊載荷和塑形變型連桿彎曲引起的氣缸拉缸。

2.2.15 沒有按照操作規程辦事。柴油機未經過預熱，在冷卻狀態即強行啟動并立即高速運轉，也易引起拉缸。

2.3 預防拉缸的措施

在值勤過程中，值班輪機員應該首先加強對柴油機的管理，特別是檢查主機的排氣溫度、壓力、油位、水位是否正常。如果發現異常現象，應及時恢復調整。啟動新的或經過大修后的柴油機時，首先要進行磨合，維持良好的潤滑條件，并根據主機轉速由低速到高速、負荷從小到大的漸進原則，投入正常的運行狀態。要根據制造商提供的說明書，正確選用活塞裙部與氣缸套之間的間隙、活塞環的開口間隙、搭扣間隙等。在修理時，要確保活塞不偏缸，同時確保氣缸套尺寸的精度[8]。

加大對冷卻系統的日常維護保養力度，保證柴油機在合適的溫度環境下工作。在柴油機運行的過程中，人們應當隨時觀察冷卻水的溫度及冷卻效果，及時發現和處理問題，同時使冷卻水的液位保持在一定范圍內。液位不足時，應立即添加，必要時可投入添加劑而使水質軟化，減少發動機機件上有害物質和水垢的形成、中和酸性物質、減少腐蝕、改善水質，確保冷卻水的質量。要按期對冷卻器和海底門的濾網進行維護保養。

潤滑系統保持良好，可有效地防止積炭和機械雜質對氣缸套的磨損。人們要加強燃油系統管理，定期檢查油位和日用油箱的排泄放殘，合理使用燃料添加劑，減少燃料殘渣，確保柴油機運行正常。同時，要合理調整柴油機供油提前角和噴油提前角，防止過早噴油而導致燃燒異常，避免氣缸壁有不完全燃燒產物混入潤滑油膜，減少缸壁磨損。

人們要合理使用和操作柴油機，避免使其長期超負荷運行或怠機運行。柴油機在啟動時必須暖機一段時間，當溫度上升到額定溫度時才可以加大負荷運行，否則很容易出現事故。柴油機長時間超負荷運行時，油溫不斷上升，潤滑油的黏度降低，油膜難以形成，最終可能導致氣缸拉缸。如果空閑時間太長，柴油機轉速下降，溫度偏低，容易造成低溫腐蝕，加快氣缸套的磨損。在冷機啟動時，禁止猛然增大柴油供應量，避免柴油機剛剛啟動就馬上全負荷運行。

2.4 拉缸的應急處理措施

初期檢測到拉缸的征兆時，值班輪機員要先增大氣缸的注油量。假如溫度沒有明顯下降，則可以選擇封缸運行，同時增大活塞的冷卻，主機降速運行，直到溫度下降到正常水平。當發生拉缸故障時，要立即降低柴油機的運行速度，怠速運轉，然后停止，并立刻轉車。此時，應增加活塞的冷卻，增大冷卻液的流量，但不能同時提高缸套冷卻水的流量。

假如發現活塞發生咬死現象而短時間內不能轉車，可以冷卻活塞一段時間后再對發動機進行轉車操作。如果采取上面說明的方法還不能繼續轉車，可將煤油注入活塞和氣缸壁之間，等過段時間煤油滲透充分后再進行轉車[9]。如果仍然沒有效果，可用專門配備的專用工具拆卸出海底螺帽或曲軸銷軸承蓋，并用起重機把活塞吊出來，同時持續加注煤油。

當活塞被吊出來后，認真檢查活塞環有無損壞，如果發現損壞，應及時將其更換，同時將受損氣缸套出現的拉痕進行修復，用油石進行磨光[10]。在重新安裝時，特別要注意管與接頭或孔之間的密封。如果更換了新部件，首先要對其進行拋光磨合。對無法修復的拉缸故障，可采取封缸運行的方法進行處理。

3 結論

柴油機是船舶的動力裝置，是船舶最重要的部位，它的運行性能和工作環境都直接影響船舶的機動性、經濟性和安全性。而引起拉缸的因素眾多，有些簡單，有些比較復雜，如果處理不當或不及時，將會加深部件的損壞，甚至影響船舶的安全。因此，在船舶航行中，如果船用柴油機出現拉缸故障，人們要注意其所產生的現象及征兆，迅速并冷靜地做出決定，制定出合理有效的措施。

參考文獻：

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[4]陳永世，鄭軍，邵利民.某型柴油機拉缸故障原因分析與處理[J].裝備制造技術，2013（12）：41-42.

[5]蔣世明，何果龍，王小偉，等.某船用主機連續拉缸的故障分析及預防措施[J].中國修船，2009（3）：17-19.

[6]陳永世，鄭軍，邵利民.某型柴油機拉缸故障原因分析與處理[J].裝備制造技術，2013（12）：41-42.

[7]劉誼信.柴油機拉缸的原因分析和預防[J].中國科技財富，2009（8）：86.

[8]蔣世明，何果龍，王小偉，等.某船用主機連續拉缸的故障分析及預防措施[J].中國修船，2009（3）：17-19.

[9]陳平.淺析柴油機拉缸的成因及預防措施[J].南通航運職業技術學院學報，2009（2）：59-62.

[10]李志勇.柴油機拉缸原因分析及預防[J].柴油機，2000（3）：40-42.