某執(zhí)法船高速柴油機軸瓦損傷故障分析

袁德 魯寒坤 羅東宏 張恭

摘? ? 要：本文主要介紹了某執(zhí)法船高速柴油機在航行試驗時，由于主軸瓦異常磨損導致主機停機。針對該故障現(xiàn)象進行了各種排查，并在排查的基礎上對可能引起故障的各種原因進行分析，在分析的基礎上進行整改并解決了問題。

關鍵詞：柴油機；軸瓦；曲軸；制造；裝配

中圖分類號：U664.21 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Failure Analysis of Bearing Bush Damage of High Speed

Diesel Engine of a Law Enforcement Vessel

YUAN De1，? LU Hankun2，? LUO Donghong2，? ZHANG Gong2

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

2.Guangzhou Marine Engineering Corporation， Guangzhou 510250 ）

Abstract： This paper mainly introduces the failure phenomenon of main engine shutdown caused by abnormal wear of main bearing bush of a certain type of marine high-speed diesel engine during navigation test. Various troubleshootings are carried out for this fault phenomenon， and on the basis of investigation， various possible causes for the fault are analyzed to provide a set of analysis methods. On the basis of analysis， rectification is carried out and problems are solved.

Key words： diesel engine; bearing bush; crankshaft; manufacture; assembly

1? ? ?概述

某高速執(zhí)法船，主動力采用3套推進系統(tǒng)，每套推進系統(tǒng)由一臺高速柴油機通過高彈性聯(lián)軸器與齒輪箱連接，通過中間軸、艉軸驅動固定螺距螺旋槳。其中，主機通過彈性隔振器與船體結構基座固定，齒輪箱直接剛性固定在船體結構基座上，機組布置見圖1。

主機取得CCS證書，其中右主機在出廠時做了100 h的耐久性試驗；主機及動力保障系統(tǒng)經(jīng)檢驗合格，按系泊試驗大綱做了主機組系泊試驗，試驗過程中機組各項參數(shù)均在正常范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)異常。

2? ? 故障現(xiàn)象

航行試驗過程中，在全速航行左滿舵回轉試驗時，右主機在無任何明顯異常下突然熄火停機并無法啟動。經(jīng)主機廠家現(xiàn)場檢查：曲軸抱死無法盤車，曲軸軸向竄動量為3～4絲，初步懷疑軸瓦抱死，試驗終止返回船廠。

整個試航過程中除了滑油壓力出現(xiàn)低報警現(xiàn)象外，其它參數(shù)（如：排氣溫度、淡水溫度、滑油溫度等）均正常，未發(fā)現(xiàn)其它異?，F(xiàn)象。

為了找出故障原因，拆卸右主機油底殼后發(fā)現(xiàn)大量白色金屬碎片及條狀金屬塊，疑似為軸瓦刮摩碎片和推力環(huán)破壞殘片，見圖2所示。

在清理另外兩臺主機時，發(fā)現(xiàn)中間主機油底殼有白色金屬碎片，疑似軸瓦刮摩殘片，見圖3所示。

船廠將主機運至車間后，由主機廠家對該機進行拆檢觀察：右主機曲軸主軸頸和連桿軸頸灼燒變色，柴油機曲軸主軸徑發(fā)黑變色，連桿軸頸部分磨損嚴重，磨損曲軸的主軸頸和連桿軸頸對應的軸瓦均嚴重變形變色，內(nèi)止推環(huán)上環(huán)燒傷嚴重，并有部分破裂脫落，其它部件未見明顯異常，如圖4所示。

將中間機拆解后，其故障現(xiàn)象與右機基本相同，相對輕微，軸瓦金屬層脫落，未見燒灼過熱痕跡，上瓦有輕微磨損，未見脫落、灼燒，曲軸表面有可視摩擦痕跡，其它運動部件無異常。

3? ? 主軸瓦損傷原因分析

高速柴油機軸瓦異常磨損或燒瓦的原因較多，基本可以分為兩大類：一類是柴油機對中安裝等外部因素影響；另一類是柴油機內(nèi)部部件或系統(tǒng)問題。

外部影響因素主要有以下幾個方面：

（1）柴油機對中不滿足要求。主機與齒輪箱對中不滿足機組對中要求時，曲軸會輕微變形，曲軸軸承座會額外承受附加應力，運轉時曲軸與軸瓦中心線不一致，會引起軸瓦異常磨損；

（2）柴油機安裝不滿足要求。彈性安裝的柴油機其彈性隔振器預壓不滿足要求，使用一段時間后會導致柴油機對中偏差；隔振器之間壓縮量不均衡，差值較大會引起隔振器受力不均，柴油機易產(chǎn)生振動，運動部件產(chǎn)生額外受力，加速軸瓦磨損；

（3）主機超負荷運轉。柴油機在超負荷狀態(tài)下長期使用，會造成軸瓦與曲軸的沖擊載荷變大，軸瓦與曲軸之間的油膜無法承載時會引起軸瓦異常磨損，產(chǎn)生燒瓦現(xiàn)象。

內(nèi)部影響因素主要有以下幾個方面：

（1）滑油壓力低?；蛪毫Φ蜁е螺S瓦潤滑冷卻不充分，軸瓦與曲軸之間的油膜無法建立，軸瓦易過熱，導致軸瓦異常磨損；

（2）滑油臟污。當滑油混入水分或其它雜質(zhì)時，滑油會變質(zhì)，影響潤滑，導致軸瓦異常磨損；

（3）軸瓦質(zhì)量不符合要求。軸瓦合金鍍層粘附力不夠，柴油機在變載荷時軸瓦反復受到變載荷作用，軸瓦合金鍍層脫落，引起軸瓦不正常磨損；

（4）軸瓦裝配精度超差。軸瓦與軸徑安裝間隙不滿足要求，間隙過大或過小都會影響軸瓦與曲軸油膜的建立，導致潤滑不充分，引起軸瓦異常磨損；

（5）關鍵部件的質(zhì)量問題。機體強度不夠，導致機體變形或曲軸安裝、制造精度不滿足要求，導致曲軸與軸瓦中心線不一致，當曲軸旋轉時，有的地方因間隙過大油膜無法建立，有的地方間隙過小形成干磨而燒瓦。

根據(jù)主軸瓦故障原因，首先對外部因素進行排查，主要對主機對中、主機安裝、主機負荷等進行排查；對主機本身影響因素，主要從滑油壓力、滑油清潔度、軸瓦材料及運動曲軸、軸瓦等關鍵零部件加工精度及裝配精度進行排查：

3.1? 主機安裝對中

經(jīng)查閱主機組操作使用說明書，主機安裝對中控制要求為：徑向對中允差偏差為± 0.25 mm；軸向對中允許誤差為± 0.25 mm。根據(jù)船廠建造時對中數(shù)據(jù)，其滿足使用說明書中機組對中要求，三臺主機軸向和徑向的偏移量最大為0.15 mm，小于主機對中允許偏差的要求。

故障出現(xiàn)后，對三臺主機對中重新復測，中間主機對中與初始對中數(shù)據(jù)基本一致；右主機對中有一些偏差，超過允許范圍。因右機曲軸灼燒嚴重，曲軸可能存在一定變形，造成對中偏差，考慮到中機在對中良好的情況下仍然出現(xiàn)主軸瓦異常磨損狀態(tài)，可排除主機對中的影響。

3.2? ?主機彈性隔振器安裝

故障出現(xiàn)后，對主機隔振器進行了排查，發(fā)現(xiàn)隔振器的壓縮量與隔振器安裝要求存在偏差，其中最大偏差的兩個隔振器差值超過3 mm，不滿足安裝要求。隔振器安裝超差會影響主機工作狀態(tài)對中，此外主機在800 r/min附近及全速回轉時，主機均有明顯振動現(xiàn)象。

3.3? ?主機超負荷運轉

主機超負荷運轉主要表現(xiàn)為：柴油機排氣溫度、滑油溫度偏高；柴油機冒黑煙；柴油機轉速無法達到設定最高轉速等。試航時，主機排氣溫度、滑油溫度均在正常范圍內(nèi)，沒有明顯冒黑煙現(xiàn)象，在各檔轉速下柴油機均運轉平穩(wěn)，轉速可以達到最高運轉速度。

經(jīng)查閱設計文件，螺旋槳的設計工況點對應于主機95%額定功率，留有5%的功率儲備余量；此外設計時留有3%的儲備余量，建造時控制重量合理，最終排水量比設計值小了約3%，試航時最大航速比設計值高約1.5 kn。由此可知，本船不存在主機超負荷運轉。

3.4? 滑油壓力

本船主機在1 000 r/min以下及以上分別設置兩個報警值（其中小于1 000 r/min為0.15 MPa，大于1000 r/min為0.25 MPa），航行試驗過程中主機轉速在1 000 r/min～1200 r/min運轉時經(jīng)常出現(xiàn)滑油壓力低報警，且主機轉速變化、正倒車等多種變工況下均出現(xiàn)滑油壓力低報警現(xiàn)象；此外，在額定轉速（2 150 r/min）時，滑油壓力僅0.4 MPa左右。經(jīng)查閱其它高速柴油機在額定轉速時滑油壓力基本在0.5 MPa以上，滑油壓力低會導致曲軸與軸瓦間潤滑不充分，導致軸瓦異常磨損。

3.5? ?滑油質(zhì)量

滑油質(zhì)量不合格會造成柴油機主要運動副嚴重磨損，如主軸瓦、連桿瓦、止推環(huán)、氣缸套、活塞環(huán)等。通過對相關運動副的排查，僅發(fā)現(xiàn)主軸瓦、連桿瓦、止推環(huán)磨損，其他零部件如氣缸套、活塞環(huán)等未見異常磨損跡象。經(jīng)第三方機構對所加注滑油樣品檢測，滑油粘度、水分、雜質(zhì)等指標正常，可排除滑油質(zhì)量問題。

3.6? ?軸瓦質(zhì)量

經(jīng)觀察，中間主機及右主機拆檢下來損壞的軸瓦均存在鍍層材料大片剝離現(xiàn)象，疑為軸瓦與曲軸接觸的鍍層材料粘合力不足。因軸瓦屬于工藝要求高、關鍵性零部件，目前高端軸瓦大多為國外生產(chǎn)。本船主機軸瓦為國外公司供應，經(jīng)分別送檢國內(nèi)外第三方，檢查同批次軸瓦，未發(fā)現(xiàn)異常。

3.7? 軸瓦裝配

本船主機主軸承間隙范圍為0.12～0.17 mm，實際裝配主軸承間隙接近0.12 mm，個別小于0.12 mm，處于技術要求下限。裝配間隙過小，滑油不易進入，限制滑油的流動，增加軸瓦異常磨損的可能性。

3.8? ?相關重件的制造和裝配

通過對柴油機機體、曲軸、連桿等相關重件制造檢驗記錄查詢，主要零部件各項檢測數(shù)據(jù)清晰，符合要求，未發(fā)現(xiàn)異常。

從以上故障排查分析可知：主機軸瓦的異常磨損與主機超負荷、機組對中等外部因素無關；與軸瓦本身質(zhì)量、曲軸等零部件制造裝配、滑油質(zhì)量等因素也無關；主機運行時滑油壓力偏低、主軸承間隙偏小，均會引起主軸瓦異常磨損，隔振器不滿足安裝要求，引起主機異常振動，會加速軸瓦磨損。

4? ? 整改措施

根據(jù)故障排查分析，主機廠家分別進行主軸承間隙控制、滑油壓力提升改進以及加強隔振器安裝質(zhì)量控制：

（1）新安裝三臺主機，其主軸承間隙由原來平均 0.124 mm 增加至平均 0.150 mm，基本控制到中差要求；

（2）新安裝的主機，通過調(diào)整機油冷卻器后的限壓閥開啟壓力和使用大流量機油預供泵等措施，使濾后機油壓力全工況提升，額定轉速穩(wěn)定在0.5 MPa左右，在轉速段范圍內(nèi)均未出現(xiàn)滑油壓力低報警現(xiàn)象；

（3）新安裝的主機隔振器，在型號不變前提下更換了承載能力大的彈性元件，安裝時嚴格按照隔振器安裝技術要求進行。

5? ? ?效果驗證

三臺新機通過采取控制主軸承間隙在中差、調(diào)整機油冷卻器后限壓閥開啟壓力、更換大流量滑油預供泵、進一步控制隔振器安裝質(zhì)量等措施，三臺新機在臺架上模擬實船狀態(tài)進行聯(lián)調(diào)試驗，試驗完畢后拆檢油底殼及滑油濾器，未發(fā)現(xiàn)異常；三臺新機裝船后進行系泊及航行試驗，主機試驗累計運行60多小時，主機運行參數(shù)良好，未發(fā)現(xiàn)異常振動；試驗后進行了開放性檢查，主軸瓦未發(fā)現(xiàn)異常磨損。

6? ? 結束語

高速柴油機軸瓦異常磨損是比較常見的故障問題。本文通過對引起軸瓦異常磨損的原因進行分析，并在此基礎上逐步排查，對排查發(fā)現(xiàn)的異常進行整改，最后經(jīng)試驗驗證，未發(fā)現(xiàn)異常磨損問題，整改措施有效。本文對類似的質(zhì)量問題，具有一定的參考意義。

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