船用发电柴油机曲轴事故案例分析

副机型号为W4L20,功率为520kw,额定转速900r/m,冲程280mm,运行时间12306h。

该轮停泊在码头卸货,启动NO.2副机运行,运转约10分钟左右并网运转,检查各参数正常,后值班机工发现NO.2副机滑油压力低压报警(3KG/CM²),立即停机。

经检验,发现NO.2副机油底壳油位正常,机体外部无泄漏。

打开曲拐箱道门,发现曲拐箱内有烟气冒出,测量主轴承温度正常,缸套内壁温度正常,第三缸连杆大端轴承温度比其他缸温度高27s;第三缸轴瓦烧损变形移位;

发现连杆大端轴瓦(第三缸)已经严重变形,连杆大端轴承座有磨损痕迹;

发现连杆大端轴瓦(第三缸)已经严重变形(见图一、图二)。

经事故调查,磁力探伤,发现3#主轴颈裂纹较多,长度约1525mm不等;

硬度测试,3#主轴颈出现高硬度,最高硬度为556HB,硬度严重超出标准;

测量轴承座中心线径向跳动量都在0.05mm之内;

测量检查臂距差,各缸臂距差都在营运允许值内。

首先查看了供油系统,油压均正常,排除了因供油不足和滑油泄露因素造成事故。

查看了NO.2副机的检修记录,在更换轴瓦后已运行6300h,假如轴瓦存在质量问题,则在运行初期(100h内)就会表现出故障来,同时使用的轴瓦经过相关质检部门的检验,各项参数也均合格,所以因轴瓦质量问题导致事故的可能性可以排除。

如果是冷却系统温度过高导致的事故,那么缸盖和活塞等部件的高温部位应该会出现高温变色现象,但从现场观察的情况看,这些部件都没有明显的高温痕迹,因此也可排除故障是由冷却系统高温所致。

测量连杆轴瓦间隙,并未发现间隙过大或过小情况,同时主轴承盖的螺母均正常,未有松动迹象,测量轴承座中心线径向跳动量都在0.05mm之内,并未超。

经过各方排查,初步估计本次事故可能是副机长期超负荷工作使曲轴长期处于疲劳状态和润滑不良等综合因素造成的。

经轮机员叙述,副机偶有启动后没有经过预热运转,就立即加速运转的情况,由此润滑不良容易使得曲轴和轴瓦烧损。

因为曲轴原本处于静止状态,轴瓦被曲轴及活塞连杆组件重量压紧,轴瓦与曲轴间的润滑油大多被曲轴与轴瓦从间隙中挤压出去。

当曲轴处于高速运转时,其间的润滑油变少,不能有效形成油膜,液体摩擦不能在曲轴与轴瓦之间有效形成,使得曲轴与轴瓦处于半干或干摩擦状态,二者容易烧损。

其次,润滑油的品质也是影响轴颈与轴瓦磨损的一大因素。

不同的柴油机要求使用的润滑油的品质并不是完全一样的,该轮采用了稍低于要求标准级别的润滑油,由于其性能不能满足该轮柴油机运行中的润滑、冷却要求,就可能造成非正常磨损。

另外,轴颈与轴瓦的正常磨损也会产生一些金属磨屑,它也会影响润滑油的洁净程度。

3#主轴颈发现裂纹,根本原因主要是疲劳损坏,由于弯曲、扭转或者两者合成的交变应力所引起的,其中弯曲应力是主要的,而且主轴承的磨损又会引起附加弯曲应力,磨损越大,附加弯曲应力就越大。

分析曲轴产生裂纹的可能原因,首先是弹性弯曲引起附加弯曲应力,曲轴安装不良;

柴油机在运行过程中管理不善,各主轴承不均匀磨损严重而不作及时修理。

主轴承磨损严重,则主轴颈就会不均匀地下沉，曲轴就会发生挠曲，臂距差也会随之变化，这也是影响臂距差的主要因素之一。

连杆主轴颈和轴颈间的最大磨损部位是相互对应的，各主轴颈的磨损部位基本是靠近连杆轴颈的一侧；

而连杆轴颈的最大磨损是由作用在轴颈上的力沿圆周方向不均匀而引起的，同时也引发了连杆轴颈轴向的不均匀磨损。

两种现象使得连杆轴颈磨损成锥形，这是由于曲轴在旋转时，离心力使润滑油中的杂质偏积在连杆轴颈与油流相背的一端，它们进入下轴瓦中，引起耐磨合金剧烈磨损。

主轴颈的不均匀磨损是个复杂因素，一般很难找出它的规律，但是对于某一条船上的柴油机来说，在长期运行中是有它自己的主轴承不均匀磨损的规律的，只要我们不断总结就能掌握它的特点：

哪几道主轴承磨损得快些、哪几道磨损的慢些，以便重新修理调整臂距差。

1.加强故障的预防措施

柴油机在运转时注意油压力和温度的监视与调整，保证润滑。

做好滑油的清洁保养工作，经常分油，定期清洗滤器，取样化验，确保滑油质量，进而确保柴油机的润滑系统始终处于良好的运行状态是避免柴油机曲轴损伤的必要条件之一。 

2.加强科学管理 

从轮机资源理学角度分析事故，就得着手分析事故原因，深层次地查找人为因素与失误。

由于轮机管理人员的疏忽大意，未能及时观察到各设备工作参数的变化情况，没有在规定时间内及时检查主轴瓦与曲轴的贴合情况 ，甚至没有及时进行臂巨差测量，使曲轴在较差的状态下工作，没有及时得到修理维护。

因此，营运中的柴油机应当定期测量臂距差，以掌握主轴承的磨损情况，及时维护修理。 

3.加强操作人员的培训

由于部分船员缺乏实践操作的培训和足够的海上轮机管理经验，往往缺乏对曲轴维护 和管理的专业知识、技术能力，因而导致了许多事故和险情的发生。

因此，应加强操作者对设备管理的岗前培训 ，尤其是新船员的培训。

在对设备管理和操作者进行岗前技能培训过程中，应使其了解有关曲轴故障的原因及其危害性，建立严格的管理维护程序。

培训中注重理论与实践相结合，注重与实际工作环境相结合，进而提高操作人员的安全意识 、应变能力及处理故障的技能，避免因错误判断而发生事故。

本文原创作者系：

上海海事大学商船学院 

邓荣成 郭军武

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