孫現(xiàn)有 楊曉威
摘? ? 要:本文針對(duì)某型主推進(jìn)柴油機(jī)完成修理后在臺(tái)架試驗(yàn)中發(fā)生連桿軸承燒蝕故障,詳細(xì)對(duì)故障原因進(jìn)行排查和分析,提出針對(duì)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(rùn)滑;質(zhì)量改進(jìn)
中圖分類號(hào):U664.12 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(dòng)的柴油機(jī)。該型柴油機(jī)是由國(guó)內(nèi)某柴油機(jī)廠從德國(guó)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(jí)修理后的臺(tái)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(kāi)展了故障原因排查和機(jī)理分析,提出了針對(duì)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(jí)修理任務(wù),按W6級(jí)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(guò)程受控,出廠前在柴油機(jī)試車車間進(jìn)行臺(tái)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(dòng)停機(jī)。試驗(yàn)情況,見(jiàn)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(wú)堵塞現(xiàn)象;拋光后對(duì)6#連桿軸頸著色探傷檢測(cè),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(jiàn)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(wú)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(guò)濾精度為15 μm)有大量金屬粉,第二道縫隙式濾器(過(guò)濾精度為50 μm)中無(wú)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(zhǎng)0.70 mm,擰緊后檢查螺母和螺栓記號(hào)基本能對(duì)齊;
(11)測(cè)量曲軸跳動(dòng)量,發(fā)現(xiàn)第7檔曲軸跳動(dòng)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(guò)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(wú)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(guò)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(zhǎng)量及連桿螺栓與螺母記號(hào)校準(zhǔn)記錄,符合要求,;活塞連桿裝機(jī)過(guò)程中對(duì)連桿螺栓與螺母擰緊記號(hào)進(jìn)行報(bào)驗(yàn),安裝記號(hào)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(dòng)量
經(jīng)查證修理時(shí)曲軸跳動(dòng)量最大0.015 mm,符合修理技術(shù)要求(最大跳動(dòng)量為0.200 mm、相鄰軸頸跳動(dòng)量相差≤0.030 mm),可排除曲軸跳動(dòng)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(zhǎng)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(guò)同批次的A3連桿軸瓦送第三方機(jī)構(gòu)檢測(cè),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(wú)脫落及開(kāi)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(cè)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(rùn)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(duì)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(rùn)滑油壓力不足的可能。
(2)潤(rùn)滑油溫度
核查運(yùn)行記錄,潤(rùn)滑油溫度為77.1 ℃,沒(méi)有油溫過(guò)高現(xiàn)象,可排除潤(rùn)滑油溫度過(guò)高、潤(rùn)滑油粘度下降、油膜破壞、潤(rùn)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(guò)高,導(dǎo)致油膜失效的可能。
4.5? ?潤(rùn)滑
(1)潤(rùn)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(jiàn)異常,可排除潤(rùn)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(wú)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(jiàn)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(guò)紅色膠水。濾器中紅色膠質(zhì)條狀異物可能是組裝濾器過(guò)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(cè),報(bào)告顯示金屬薄片基體材料為低碳合金鋼,表面存在過(guò)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(rùn)滑條件喪失而引起干摩擦,連桿軸瓦在運(yùn)行過(guò)程中受到擠壓變形過(guò)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(rùn)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(rùn)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(jiàn):活塞冷卻通道上僅用隙縫式濾器(過(guò)濾精度為50 μm)一級(jí)過(guò)濾;主軸承連桿軸承為紙質(zhì)精濾(過(guò)濾精度為15 μm)和隙縫式濾器(過(guò)濾精度為50 μm)兩級(jí)過(guò)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(kāi),此時(shí)其過(guò)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(guò)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(wú)金屬屑,表明紙質(zhì)濾器旁通閥并未打開(kāi),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(guò)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(lái)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(huì)同質(zhì)量部門,按照質(zhì)量管理體系的要求定期組織開(kāi)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(duì)預(yù)防、探測(cè)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(méi)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(méi)有設(shè)置必要的檢查點(diǎn),修理工人對(duì)開(kāi)展多余物檢查的意識(shí)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(duì)多余物的預(yù)防和控制,工廠應(yīng)從工藝設(shè)計(jì)開(kāi)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(guò)程記錄
過(guò)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(cè)量等修理全過(guò)程,是事后開(kāi)展過(guò)程追溯的有效證據(jù)。事故發(fā)生后,在查閱修理過(guò)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(guò)程,影響了故障排查工作,應(yīng)從制度層面規(guī)范修理過(guò)程記錄,結(jié)合具體工藝文件設(shè)計(jì)過(guò)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(duì)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(guò)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(duì)機(jī)器組裝質(zhì)量都有很大的影響。工廠應(yīng)加強(qiáng)對(duì)工作環(huán)境要求的識(shí)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(yǔ)
通過(guò)拆檢和分析,導(dǎo)致此次故障的最大可能是修理過(guò)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(guò)程中,修理廠應(yīng)規(guī)范修理過(guò)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)
[1] CB/T3544-1994 船用柴油機(jī)曲軸修理技術(shù)要求[S].北京:中國(guó)船舶工業(yè)總公司,1994.
[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(guó)船舶工業(yè)總公司,1994.
作者簡(jiǎn)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(jí)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