某船MTU956V20型主柴油機(jī)故障原因分析

孫現(xiàn)有 楊曉威

摘? ? 要：本文針對某型主推進(jìn)柴油機(jī)完成修理后在臺架試驗(yàn)中發(fā)生連桿軸承燒蝕故障，詳細(xì)對故障原因進(jìn)行排查和分析，提出針對性質(zhì)量改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；活塞冷卻油壓；連桿軸瓦；潤滑；質(zhì)量改進(jìn)

中圖分類號：U664.12 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Failure Cause Analysis Of A Ship's MTU956V20 Main Diesel Engine

SUN Xianyou1， YANG Xiaowei2

（ 1.The Military Representative Office of the Naval Department in Guangzhou， Guangzhou 510656;

2.Guangzhou Marine Engineering Corporation，Guangzhou 510250 ）

Abstract： With regards to the ablative failure of connecting rod bearing occurred in the bench test after completion of the repair of a type of main propulsion diesel engine， this paper investigates and analyzes in detail the fault cause， and puts forward some measures for improving the quality.

Key words： Diesel Engine; Piston Cooling Oil Pressure; Connecting Rod Bearing; Lubrication; Quality Improvement

1? ? ?前言

MTU956V20型柴油機(jī)是四沖程、單作用、水冷、V型60°、直接噴射、廢氣渦輪增壓、增壓空氣中間冷卻、不可逆轉(zhuǎn)、額定轉(zhuǎn)速1 455 r/min、壓縮空氣起動的柴油機(jī)。該型柴油機(jī)是由國內(nèi)某柴油機(jī)廠從德國引進(jìn)專利生產(chǎn)的產(chǎn)品，具有功率大、體積小、重量輕的特點(diǎn)。某船該機(jī)型在近期進(jìn)行的一次W6級修理后的臺架試驗(yàn)中，發(fā)生了連桿軸承燒蝕的故障，經(jīng)拆檢相關(guān)零部件和輔助系統(tǒng)，開展了故障原因排查和機(jī)理分析，提出了針對性質(zhì)量改進(jìn)措施。

2? ? ?故障情況

某修理廠承接了某船MTU956V20型主推進(jìn)柴油機(jī)W6級修理任務(wù)，按W6級修理標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行拆卸、分解、換件、組裝、調(diào)試，修理過程受控，出廠前在柴油機(jī)試車車間進(jìn)行臺架負(fù)荷性能試驗(yàn)時(shí)，僅運(yùn)行2小時(shí)即發(fā)生監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出活塞冷卻油壓力低報(bào)警，隨后自動停機(jī)。試驗(yàn)情況，見表1。

3? ? ? 拆檢情況

（1）拆檢A6、B6缸活塞連桿組，發(fā)現(xiàn)A6、B6缸連桿軸瓦磨損發(fā)黑、瓦背局部變藍(lán)；

（2）A6、B6缸連桿大端軸窩有磨損變黑變藍(lán)現(xiàn)象；

（3）曲軸6#連桿軸頸有磨損、軸瓦粘著現(xiàn)象，觀察連桿軸頸油孔無堵塞現(xiàn)象；拋光后對6#連桿軸頸著色探傷檢測，表面有裂紋，軸頸直徑最大磨損0.12 mm；曲軸7#主軸頸有較深的劃痕；

（4）拆檢曲軸油道的密封蓋，在2#連桿軸頸油道中發(fā)現(xiàn)有一片3.5 mm×1.4 mm×0.2 mm金屬薄片，其余連桿軸頸油道中未發(fā)現(xiàn)異物；

（5）拆卸主軸承，發(fā)現(xiàn)第7#主軸承下瓦已異常磨損，第8#、10#兩副主軸承下瓦有劃痕見銅現(xiàn)象，其余主軸承下瓦有輕微的劃痕；

（6）拆卸所有活塞連桿組，發(fā)現(xiàn)部分連桿軸瓦出現(xiàn)圓周劃痕，如A3、A10、B8連桿軸瓦；

（7）檢查所有活塞和氣缸套表面，均無磨損劃痕；

（8）拆卸分解滑油濾器，活塞冷卻油的縫隙式濾器中發(fā)現(xiàn)有大量金屬屑，進(jìn)入主油道的第一道紙質(zhì)精濾器（過濾精度為15 μm）有大量金屬粉，第二道縫隙式濾器（過濾精度為50 μm）中無金屬粉；

（9）檢查油底殼，滑油吸入口法蘭上有大量金屬屑；

（10）抽檢A4、B7連桿進(jìn)行不帶瓦安裝，按工藝要求擰緊螺栓伸長0.70 mm，擰緊后檢查螺母和螺栓記號基本能對齊；

（11）測量曲軸跳動量，發(fā)現(xiàn)第7檔曲軸跳動量最大，達(dá)到0.12 mm。

4? ? ?故障原因分析

4.1? ?連桿裝配

（1）連桿軸瓦裝配間隙

經(jīng)查閱過程檢驗(yàn)記錄：A6損壞的連桿軸瓦安裝配合間隙最大值為0.180 mm、最小值為0.140 mm；B6損壞的連桿軸瓦安裝配合間隙最大值為0.185 mm、最小值為0.165 mm。均符合柴油機(jī)修理技術(shù)要求（修換間隙0.22 mm），可排除連桿軸瓦裝配間隙不當(dāng)?shù)目赡堋?/p>

（2）連桿軸瓦與軸承蓋貼合

本次修理中A6、B6缸連桿軸瓦換新，MTU956型柴油機(jī)在大修時(shí)按要求不需做軸瓦瓦背著色檢查。為了驗(yàn)證連桿軸瓦與軸承蓋貼合情況，故障后抽檢A4、B3連桿軸瓦進(jìn)行瓦背著色檢查，目視貼合良好，可排除連桿軸瓦與軸承蓋貼合不夠，軸瓦熱量無法傳遞給連桿導(dǎo)致局部溫度高、油膜失效的可能。

（3）連桿彎曲、扭曲

經(jīng)檢查A6、B6缸的修理過程記錄，A6連桿彎曲度為0.005 mm、扭曲度為0.005 mm；B6缸連桿彎曲度為0.020 mm、扭曲度為0.010 mm。均符合修理技術(shù)連桿彎曲度≤0.05 mm、扭曲度≤0.15的要求，可排除連桿彎曲、扭曲嚴(yán)重的可能。

（4）連桿螺栓的擰緊力矩

經(jīng)查證未裝瓦時(shí)的連桿螺栓伸長量及連桿螺栓與螺母記號校準(zhǔn)記錄，符合要求，；活塞連桿裝機(jī)過程中對連桿螺栓與螺母擰緊記號進(jìn)行報(bào)驗(yàn)，安裝記號符合要求，可排除連桿螺栓的擰緊力矩不滿足要求的可能。

（5）連桿安裝后連桿軸向間隙

經(jīng)查證連桿安裝后連桿軸向間隙，最大為0.88 mm、最小為0.80 mm，均符合0.60 mm～1.05 mm的技術(shù)要求，可排除連桿安裝后連桿軸向間隙不滿足要求的可能。

4.2? 曲軸裝配

（1）曲軸跳動量

經(jīng)查證修理時(shí)曲軸跳動量最大0.015 mm，符合修理技術(shù)要求（最大跳動量為0.200 mm、相鄰軸頸跳動量相差≤0.030 mm），可排除曲軸跳動量不符合要求的可能。

（2）主軸承裝配

經(jīng)查證主軸承與主軸頸配合間隙最大值為0.250 mm、最小值為0.230 mm，符合修理技術(shù)要求（極限最大間隙0.297 mm），可排除主軸承裝配間隙不當(dāng)?shù)目赡堋?/p>

（3）曲軸密封性

經(jīng)查證修理時(shí)曲軸安裝密封蓋后進(jìn)行密性試驗(yàn)，符合技術(shù)要求，可排除曲軸密封蓋安裝不密封導(dǎo)致泄油的可能。

（4）主軸承螺栓

經(jīng)查證主軸承蓋固定螺栓擰緊伸長量及橫向拉緊螺栓力矩檢查表，符合技術(shù)要求，可排除主軸承螺栓擰緊不符合要求的可能。

4.3? ?連桿軸瓦

（1）軸瓦質(zhì)量

選取異常磨損的B6連桿軸瓦和使用過同批次的A3連桿軸瓦送第三方機(jī)構(gòu)檢測，抽檢的A3軸瓦粘著力試驗(yàn)顯示下軸瓦內(nèi)側(cè)鍍層表面無脫落及開裂現(xiàn)象，鍍層與鋼背結(jié)合良好，鍍層間結(jié)合良好，可排除軸瓦的質(zhì)量不符合要求的可能。

（2）自由狀態(tài)彈張量

本次修理中A6、B6缸連桿軸瓦換新，在修理時(shí)測量連桿軸瓦自由狀態(tài)彈張量：A6連桿軸瓦上瓦167.880 mm、下瓦168.020 mm；B6連桿軸瓦上瓦168.240 mm、下瓦168.480 mm。均符合海軍標(biāo)最小尺寸166.50 mm的要求，可排除連桿軸瓦自由狀態(tài)彈張量不符合要求的可能。

4.4? 柴油機(jī)運(yùn)行

（1）潤滑油壓力

核查運(yùn)行記錄，活塞冷卻油壓力報(bào)警前的滑油壓力為0.66 MPa、活塞冷卻油壓力為0.57 MPa，均滿足使用要求；故障后對滑油泵的泵前管路進(jìn)行充氣試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)有漏氣現(xiàn)象；經(jīng)查滑油泵裝配記錄，數(shù)據(jù)符合要求，可排除潤滑油壓力不足的可能。

（2）潤滑油溫度

核查運(yùn)行記錄，潤滑油溫度為77.1 ℃，沒有油溫過高現(xiàn)象，可排除潤滑油溫度過高、潤滑油粘度下降、油膜破壞、潤滑失效的可能。

（3）柴油機(jī)負(fù)荷

核查運(yùn)行記錄，發(fā)生軸瓦磨損時(shí)柴油機(jī)功率為220 kW，為總功率的6%，可排除柴油機(jī)負(fù)荷過高，導(dǎo)致油膜失效的可能。

4.5? ?潤滑

（1）潤滑油品質(zhì)

選取試驗(yàn)中滑油和未使用的同批次干凈滑油，送第三方機(jī)構(gòu)化驗(yàn)未見異常，可排除潤滑油品質(zhì)差的可能。

（2）油路

故障后拆卸A6、B6缸連桿組件，檢查6#連桿軸頸油孔無堵塞；拆卸曲軸6#連桿軸頸油道密封蓋，未發(fā)現(xiàn)異物；檢查第8檔主軸頸油道，未發(fā)現(xiàn)異物，可排除油路堵塞的可能。

（3）滑油系統(tǒng)清潔度

① 故障后拆檢濾器，發(fā)現(xiàn)第一道紙質(zhì)濾器外有紅色膠質(zhì)條狀雜物；檢查滑油系統(tǒng)中未見紅色密封圈破損現(xiàn)象，并且滑油系統(tǒng)接口處未曾使用過紅色膠水。濾器中紅色膠質(zhì)條狀異物可能是組裝濾器過程中遺留或加注滑油時(shí)吸入；進(jìn)一步拆檢同期修理的2#主推進(jìn)柴油機(jī)濾器發(fā)現(xiàn)，濾器中存有部分硬質(zhì)顆粒；

② 拆檢曲軸油道的密封蓋，在2#連桿軸頸油道中發(fā)現(xiàn)有一片3.5 mm×1.4 mm×0.2 mm金屬薄片，其余連桿軸頸油道中未發(fā)現(xiàn)異物；金屬薄片送第三方機(jī)構(gòu)檢測，報(bào)告顯示金屬薄片基體材料為低碳合金鋼，表面存在過熱組織；

③ 抽檢的A3連桿軸瓦化驗(yàn)報(bào)告中，發(fā)現(xiàn)下軸瓦一道劃痕中的一處粘著物主要成分鐵元素，可能是滑油系統(tǒng)中的硬質(zhì)鐵雜質(zhì)進(jìn)入連桿軸瓦造成圓周劃痕。

以上現(xiàn)象表明：滑油系統(tǒng)清潔度差，滑油系統(tǒng)中的硬質(zhì)顆粒進(jìn)入A6、B6連桿軸瓦中，軸瓦與連桿軸頸之間的潤滑條件喪失而引起干摩擦，連桿軸瓦在運(yùn)行過程中受到擠壓變形過熱，軸瓦內(nèi)表面鍍層材料脫落，擠壓堆積燒融，導(dǎo)致軸瓦短時(shí)間大面積燒損，軸瓦迅速失效。

4.6? ?結(jié)論

綜上所述，軸瓦異常磨損是潤滑不良造成，其原因可能是濾器修理清潔不到位導(dǎo)致滑油系統(tǒng)清潔度差，硬質(zhì)顆粒進(jìn)入連桿軸瓦和主軸瓦中，破壞油膜的形成，導(dǎo)致軸瓦和軸頸異常磨損。

4.7? ?工作原理分析

MTU956V20型柴油機(jī)潤滑系統(tǒng)，分兩路供油至上活塞冷卻和主軸承連桿軸承，由圖1可見：活塞冷卻通道上僅用隙縫式濾器（過濾精度為50 μm）一級過濾；主軸承連桿軸承為紙質(zhì)精濾（過濾精度為15 μm）和隙縫式濾器（過濾精度為50 μm）兩級過濾，主油道濾器濾網(wǎng)面積與活塞冷卻油濾器濾網(wǎng)面積相比要大一倍，且在主油道通道中并聯(lián)一路壓差旁通通道，即紙質(zhì)濾芯污堵導(dǎo)致前后壓差大于0.25 MPa時(shí)旁通閥打開，此時(shí)其過濾精度下降到50 μm，保證了主軸承連桿軸承供油量，但監(jiān)控發(fā)出濾器壓差報(bào)警。

在A6、B6連桿軸瓦發(fā)生異常磨損時(shí)，軸瓦表面金屬燒熔產(chǎn)生大量金屬屑，滑油夾帶金屬屑循環(huán)至濾器時(shí)，供給活塞冷卻噴嘴油的縫隙式濾器污堵，導(dǎo)致冷卻油道壓力降低報(bào)警停機(jī)；而供給曲軸、連桿軸瓦的滑油經(jīng)過紙質(zhì)濾器和縫隙式濾器，檢查第一道紙質(zhì)濾器有金屬屑，第二道縫隙式濾器無金屬屑，表明紙質(zhì)濾器旁通閥并未打開，連桿軸瓦異常磨損產(chǎn)生的金屬屑未進(jìn)到主軸道中，所以故障發(fā)生時(shí)在監(jiān)控系統(tǒng)中僅顯示柴油機(jī)由活塞冷卻油壓力過低觸發(fā)停車。

5? ? 改進(jìn)措施

（1）加強(qiáng)工藝執(zhí)行紀(jì)律檢查

近年來在日常質(zhì)量巡檢工作中，多次發(fā)現(xiàn)工人未嚴(yán)格按照修理工藝步驟進(jìn)行修理，尤其是經(jīng)常修理的設(shè)備。工廠的技術(shù)部門應(yīng)會同質(zhì)量部門，按照質(zhì)量管理體系的要求定期組織開展工藝執(zhí)行紀(jì)律檢查，盡量避免跨越或違反工藝步驟造成質(zhì)量的監(jiān)管疏忽甚至管控失效。

（2）加強(qiáng)多余物的預(yù)防和控制

GJB9001C-2017質(zhì)量管理體系中，專門要求組織對預(yù)防、探測和排除多余物進(jìn)行規(guī)定。詳細(xì)查閱該型柴油機(jī)的修理工藝文件后發(fā)現(xiàn)，工藝文件并沒有專門規(guī)定預(yù)防和控制多余物的操作方法和控制措施，也沒有設(shè)置必要的檢查點(diǎn)，修理工人對開展多余物檢查的意識較為淡??；進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，艦船修理的相關(guān)工藝文件中，均忽視了對多余物的預(yù)防和控制，工廠應(yīng)從工藝設(shè)計(jì)開發(fā)源頭加強(qiáng)多余物的預(yù)防和控制，在裝配、調(diào)試、試驗(yàn)、周轉(zhuǎn)等各個(gè)環(huán)節(jié)避免產(chǎn)生錯(cuò)誤。

（3）規(guī)范修理過程記錄

過程記錄如實(shí)反映了工藝紀(jì)律執(zhí)行、器材更換、參數(shù)測量等修理全過程，是事后開展過程追溯的有效證據(jù)。事故發(fā)生后，在查閱修理過程記錄時(shí)，僅能查實(shí)部分修理工藝紀(jì)律執(zhí)行情況、關(guān)鍵零部件更換情況和裝配試驗(yàn)情況，不能完整再現(xiàn)整個(gè)柴油機(jī)修理過程，影響了故障排查工作，應(yīng)從制度層面規(guī)范修理過程記錄，結(jié)合具體工藝文件設(shè)計(jì)過程記錄內(nèi)容并加大檢查力度。

（4）加強(qiáng)修理工作環(huán)境控制

環(huán)境因素對產(chǎn)品質(zhì)量有著直接的關(guān)系，不同的機(jī)械設(shè)備裝配環(huán)境都各有要求，MTU956柴油機(jī)修理車間的環(huán)境要求較高，雖然工廠有專門的修理車間，但各種外部因素可能影響環(huán)境，如自然風(fēng)的揚(yáng)尖、基建工地的風(fēng)砂、其他修理車間生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的粉塵等，都可能通過通風(fēng)口、車間大門、人員的進(jìn)出車間帶入；車間上灰塵的積累、工具工裝的不清潔，同樣對機(jī)器組裝質(zhì)量都有很大的影響。工廠應(yīng)加強(qiáng)對工作環(huán)境要求的識別和控制，逐步改變臟、亂、差的工作環(huán)境，盡量將環(huán)境因素影響降到最低。

6? ? 結(jié)語

通過拆檢和分析，導(dǎo)致此次故障的最大可能是修理過程中未將濾器清洗干凈而影響了滑油系統(tǒng)清潔度，因而連桿軸瓦發(fā)生異常磨損，最終導(dǎo)致曲軸報(bào)廢。在修理過程中，修理廠應(yīng)規(guī)范修理過程，補(bǔ)強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)，避免人為操作失誤導(dǎo)致不必要的損失。

參考文獻(xiàn)

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[2] CB/T3535-1994船用柴油機(jī)主軸瓦、連桿軸瓦修理技術(shù)要求[S].北京：中國船舶工業(yè)總公司，1994.

作者簡介：孫現(xiàn)有（1983-），男，工程師。主要從事艦船修理質(zhì)量監(jiān)督工作。

楊曉威（1988-），男，高級工程師，主要從事船舶與海洋工程輪機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)及項(xiàng)目管理工作。

收稿日期：2023-04-04