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防范四冲程柴油机曲柄销轴承损坏的措施


轴承是柴油机上的易损零件之一,也是发生故障最多的零件,居每年机损事故中的首位。

而在一台直列式的柴油机上曲柄销轴承的负荷比主轴承大,当然磨损也大,出现故障的频率也高。

经常听到周边同行提起某某轮的柴油机又发生轴承烧瓦的事故,尤其听到最多的是连杆大端轴承烧瓦,但真正问起来都是发生在一些十几、廿十几年的老旧船上,和在一些刚完成吊缸中修的发动机上。

详细分析其原因主要是老旧船经过十几、廿十来年的运行,柴油机都已运行了几万小时甚至十几万小时,这时发动机的曲柄销轴颈的不圆度和锥度都已不同程度的产生,轴颈与轴瓦的接触面积和最佳润滑间隙都已发生改变。

再者就是吊缸中修过程中连杆轴瓦和轴颈的检查、测量的把关不到位,安装工艺要求不合格以及中修后的试运行管理存在缺失的原因,给发动机中修后的运行埋下了安全隐患。 

发动机的曲柄销轴承一旦发生烧瓦事故,小则轴瓦损坏和曲柄销轴颈损伤,通过对曲柄销轴颈进行修磨,更换加厚轴瓦,能保住曲轴。

大则轴瓦抱死在曲轴上,曲轴过热变形,发动机必须进行大修更换新曲轴,这时购买新曲轴的费用和修理费是一笔不小的支出,将给船公司造成很大的经济损失。 

所以作为轮机管理人员在日常的维护、保养和吊缸修理中,应十分注重连杆轴承的检查、测量和正确安装,保证发动机能安全运行。


引起柴油机曲柄销轴承损坏的几种原因

柴油机发生曲柄销轴承损坏的事故,分析其原因主要由以下的一种或几种原因的混合作用所造成: 

(1)系统循环润滑油变质,润滑油粘温特性改变,油温高时滑油粘度不足,在润滑面油膜太薄,发生金属直接接触而烧融轴瓦合金层。 

(2)润滑油冷却不良,油温过高未被及时发现,而滑油高温报警装置失灵,结果与上同。 

(3)润滑油过滤器破损,磨粒磨损太严重,致使轴承的工作面温度剧升,润滑油膜被破坏,异物进入润滑面,刮伤轴瓦合金层,磨料的直接作用或发生金属的直接接触。 

(4)润滑油过滤器堵塞,系统循环润滑油压力太低或断油,而滑油低油压报警装置失灵。

(5)润滑油管接头松动或油管破损,或润滑油泵故障使输出压力下降。 

(6)连杆螺栓松动或两根连杆螺栓没有按照正常的顺序交替上紧和规定的扭力进行锁紧而导致连杆大端轴承孔变形,轴承润滑面间隙改变,破坏液体动压楔形润滑油膜的形成。 

(7)连杆大端轴承安装间隙过小或太大。

(8)系统循环润滑油中混入大量水份。

(9)发动机超负荷运行。 

(10)轴瓦加工质量不合格或材质不好。

(11)曲柄销轴颈已产生较严重的偏磨,轴颈的锥度或不圆度较严重。 

(12)吊缸修理中损伤轴颈或轴瓦而未被发现,或发现后没有作妥善处理。 

(13)发动机循环油柜油位太低未及时补充,船舶摇摆导致润滑油泵吸空。 

(14)发动机刚起动的瞬间,轴承与轴颈处于半干摩擦状态,磨损最快,所以发动机频繁地起动将使轴承磨损加快。


防止曲柄销轴承损坏应注意的几个方面

(1)发动机循环油柜的润滑油应定期每三个月抽油样送化验室进行化验,严格监控油质的变化。 

(2)每个月应对发动机的低油压、高油温报警装置进行测试,防止损坏未被及时发现。

滑油压力表也应经常检查,尤其是设置有两个滑油压力表时更应经常相互比对一下,看压力是否一样,防止将压力表的进口考克关得太死,将压力封闭在表头之内,看似发动机的滑油压力还正常,但实际压力已变化了许多。 

(3)对润滑系统过滤器的清洗应十分小心,防止脏物跑到过滤器后直接进入发动机轴承内,这将严重刮伤轴瓦合金层和轴颈,严重时可导致烧瓦。

过滤器清洗完组装前应进行详细的检查,发现有破损或滤网上有薄弱的地方应立即换新或作妥善处理。 

(4)发动机的润滑油泵应按说明书的要求进行定期的维护保养,及时更换易损零件,保证油泵可靠运行。

对于润滑油管的安装、尤其是固定油管的空心螺栓的锁紧应严格按照说明书规定的锁紧扭力进行锁紧,防止过大的锁紧扭力损伤油管或空心螺栓而在运行中断裂。 

(5)轴承配对的轴瓦不能分开弄错,也不能单独只更换上瓦或下瓦,一旦要更换需要整套轴瓦换新,换新的轴瓦在装入前应作详细的检查和测量。 

(6)连杆拆出解体后应取出薄壁瓦并用外径千分尺进行详细的测量上、下瓦各部位的厚度,并与新轴瓦比对,如果任何两个部位的尺寸差值≥0.0 4 mm ,应考虑换新瓦。

如果瓦的厚度正常应将轴瓦装入连杆大端孔内,并按规定的顺序和扭力(或锁紧螺母的锁紧转角)锁好连杆螺栓,再用内径千分尺对轴瓦各部位的内径作详细的测量和记录,若任何两个方位的直径尺寸差值≥0.04m m,这时应考虑连杆大端是否因连杆螺栓锁紧扭力的不均而导致连杆大端孔径的变化,或连杆大端孔径已产生了永久的变形,任何原因所造成的连杆大端内孔径的不圆度都有可能导致连杆大端轴承的烧瓦,所以一旦发现连杆大端轴承内孔径发生了永久的变形且两个方位的尺寸差值≥0.04mm,应考虑更换新轴瓦或新连杆比较安全。 

(7)连杆大端轴承在安装前,不管连杆大端轴承盖是平搭口或斜搭口,都要对其接合面(尤其是锯齿形接合面)进行认真的清洁,防止脏物垫在接合面上而导致连杆大端内孔径的变化。 

(8)连杆大端轴承上瓦在正确地装入连杆杆身后、从气缸上部吊入安装之前,应用细布条将轴瓦与连杆杆身绑在一起,在接近曲柄销颈附近再解开。

经常看到修理人员未绑住就吊装,但稍碰一下就从高处掉落,这时对轴瓦和曲柄销颈都可能造成不同程度的变形或损伤,给安装后的运行埋下了不安全的隐患。

对曲柄销颈的油孔也应十分小心,在拆除连杆后应用干凈的布条将曲柄销颈团团包住,防止修理中工具从上部掉落损伤曲柄销轴颈和脏物进入轴颈的油孔中,安装连杆前应作彻底的清洁和检查。 

(9)使用薄壁瓦的连杆大端轴瓦合金层不能进行修刮,也不能用砂纸打磨,一般薄壁瓦表面的锡铅合金层仅有0.04~0.08mm 左右的厚度,若表面有少许碰伤,可用三角刮刀将凸出部分刮掉,再用沙布的布面或比较细的帆布只对损伤部位稍作打磨,其他部位就是用布也不能重擦,以免损伤很薄的合金镀层。 

(10)连杆拆出后应对各道曲柄销轴颈进行详细的测量,将连杆大端轴承内孔直径所测量数据与曲柄销轴颈外径所测得数据分前、中、后三个相对应的部位相减,所得差值应在发动机说明书规定的正常安装间隙范围内,如果换新轴瓦的间隙太小应查明原因或旧轴瓦间隙超过规定的极限值应立即更新轴瓦。 

(11)若是曲柄销轴颈已严重偏磨产生了锥度或不圆度,为了提高发电机的输出功率而不至于容易烧瓦,应考虑请专业修理厂家对曲柄销轴颈进行修磨,并根据轴颈修磨后减小的级数(轴颈每修磨一级为曲拐销直径减小0.25 mm )配置加厚的新轴瓦。 

(12)连杆拆出后应对各道曲柄销轴颈表面进行详细检查,主要检查整个轴颈表面的光洁度和是否有刮伤或碰伤情况,以及曲柄销轴颈上的油孔边缘过渡角和轴颈与曲柄臂过渡处是否有小裂缝发生。

发现轴颈表面上有碰伤或毛刺,可用细油石进行小心修磨。

如果轴颈表面的光洁度不够高,可用浸泡过滑油的编织麻绳绕过轴颈一圈进行两边对拉并时不时加滑油来抛光,因为轴瓦和轴颈相对摩擦速度很高,稍微的表面毛糙都可能引起轴瓦接触面温度的上升而导致烧瓦。 

(13)柴油机润滑系统油混入水份的现象时有发生,其水份的主要来源:

一是缸套水封圈失效漏水;

二是滑油冷却器铜管破损而在发动机停车后漏入润滑油系统(一般发动机运行时滑油压力高于冷却水压力);

三是滑油贮存柜中有水份而在发动机补加系统油时混入。

润滑油系统一旦混入一定数量的水份未被及时发现,也是导致包括主轴承在内的所有轴承烧瓦的原因之一,所以发动机润滑系统油的油位在短时间内的突然变化(不论是突然增多或减小)或是有发现乳化现象都要引起足够的重视,应立即停机查明原因并解决后才能再运行。 

(14)柴油机长期超负荷运行,将使轴承比压或摩擦速度过大,轴承与轴颈接触面温度上升,润滑油粘度下降,油膜厚度变薄,在轴承中的运动表面楔形间隙内油膜压力的合力与外载荷平衡状态被破坏,发生运动副金属直接接触的干摩擦过热使白合金熔化,所以应严格控制发动机的输出功率。

(15)对于一些因磨损或其他原因进行修磨后导致了曲柄销颈产生了锥度或不圆度的发动机,平时控制一定值的小功率输出尚能正常运转,一旦稍大的输出功率或更换新的连杆大端轴瓦,立即发生轴瓦表面合金局部烧融或整个轴瓦烧毁的事故。

这是因为旧的运动副工作表面经过长时间的磨合已形成彼此适应、相互服帖的接合面形貌,在一定的负荷下尚能维持液体动压楔形润滑油膜的形成,任何外部的原因对这种最低要求的平衡条件的破坏都将导致对液体动压楔形润滑油膜形成的破坏,最终导致轴承与轴颈接触面的干摩擦而过热使轴承白合金熔化。

出现这种故障时由轮机员自行修理要达到满意的效果一般比较难,通常应由专业修理厂家对曲柄销轴颈进行高精度的修磨,使用加厚的轴瓦来匹配,才能从根本上彻底消除轴承烧瓦事故的再发生并提高发动机的输出功率。 

(16)应详细检查轴瓦的定位块或定位销与定位孔的损伤情况,防止轴瓦定位不牢造成运转中轴瓦转动,切断进油孔而导致烧瓦。

轴瓦装入轴承孔内应有一定的张力,也就是半边轴瓦放入轴承座内其轴瓦的瓦口应略大于轴承座的半径,一般需稍用力压入座。

瓦口张力不足,其瓦背与轴承座的摩擦力不够,单靠定位爪或定位销无法定位,轴瓦容易松动和转动,也是造成烧瓦的原因。 

(17)连杆螺栓的使用也应十分小心,一般连杆螺栓使用两个修理周期约 16,000 ~20,000 小时后即使外观上状态良好也应换新,连杆螺栓可能因使用过久疲劳而断裂。

若一时无新配件更换,旧的连杆螺栓最好经过磁性探伤或渗透探伤、超声波或X射线探伤,在船上无此条件时也要用物理检查法:

一是着色探伤;

二是用丝线吊住连杆螺栓,再用铜棒或细铁锤敲击螺栓,若声音清脆无杂音,则连杆螺栓无裂纹; 

再者就是检查连杆螺栓的总长度与上次的记录或新尺寸作对比,用以检查连杆螺栓的伸长量。

(18)连杆螺栓的锁紧,应严格按照发动机说明书的要求来进行。

一般连杆螺栓的固紧状态,几乎没有上紧不足的,过度地上紧连杆螺栓将使其疲劳而容易造成断裂,因上紧不良所造成连杆螺栓断裂的事故占连杆螺栓断裂事故的 13 %左右。


经吊缸修理后谨防曲柄销轴承烧瓦

(1)发动机经吊缸修理后,在起动之前,应对发动机曲轴箱内进行详细的清洁,主要清洁吊缸中掉入曲轴箱内的碳粒和杂质,认真清洁曲轴箱底板。

对于发电机组,其系统油的更换应结合吊缸中修期,一般吊缸中修后用旧滑油运转6~8小时后再更换新滑油和彻底清洁油底壳。 

(2)经吊缸修理过的曲柄销轴承,应盘车使曲柄销在不同的位置,用一字螺丝刀橇动连杆大端轴承,检查軸承沿轴颈的轴向移动情况是否正常,若不能移动或移动较紧,则可能是轴承的间隙太小,应详细检查。

为得到比较准确的间隙,可选用比装配间隙大1.5 倍左右的较软铅丝进行压铅测隙,对于薄壁瓦,所使用的铅丝硬度和直径应严格控制,否则将损伤轴瓦。 

(3)启动发动机之前,在曲轴箱的道门未关闭的情况下,应先启动滑油泵或手动油泵泵油,用于检查各道曲柄销轴承和活塞销轴承的润滑情况是否正常。 

(4)启动发动机之前,应确保发动机的监控报警系统在正常状态。

并准备一把红外线测温仪,用来检测经修理的曲柄销轴承的运转温度是否正常。

(5)刚修理后的发动机,运转多少转速来磨合较合适,这是关系到能否正常运行的关键。

一般曲轴转速越高则在轴承中的动力楔形润滑油膜越容易形成,但转速过高摩擦功也越大,轴承温度升高使润滑油粘度下降,油膜受损;转速太低则油膜难于形成。

一般考虑到中修时可能更换了全部的活塞环和缸套,所以转速在中速机取其70%左右额定转速,高速机的转速在700~900RPM 之 间,并适当调高0.05 ~0.08 MPa 的系统润滑油的压力。

运行比较低的转速可能容易造成烧瓦,用以上的磨合转速运转四小时以后每间隔个把小时逐渐增加到额定转速,磨合期间应严格监控发动机各参数的正常,尤其是经常用红外线测温仪测量曲轴箱各缸道门的温度,用于间接测量曲柄销轴承的温度。

(6)修理后刚启动的发动机,用以上所述的转速运转8~10分钟,立即停止运转(有电动润滑油泵时也应停止运转,松开各缸道门锁紧螺栓,但道门不立即打开,而是逐一打开并用红外线测温仪测量曲柄销轴承同一位置的温度并记录,当全部测量完毕后进行比对,各缸温度相差4℃之内属正常,若温度相差太大应拆开高温的曲柄销轴承进行检查并消除其异常。

同时利用停车的状态对系统润滑油的粗、细过滤器进行清洗,这时会发现滑油过滤器很脏。 

(7)第二次启动发动机运转,其转速可逐渐加速到接近额定转速,也是运转8~10分钟后立即停止运转,用以上的方法再次测量曲柄销轴承的温度,如果两次的测量温度都正常,则连杆大端轴承的运转状况基本上没有问题。

这里有一点要注意的是在打开曲轴箱道门时应防范曲轴箱内有高温点造成油雾很大需采取防爆的问题。 

(8)第二次停机检查的同时,再次清洗滑油过滤器,以后每间隔 4 ~8 小时再次停机清洗,应十分注意吊缸中修后发动机系统油太脏堵塞滑油过滤器造成滑油压力偏低而烧瓦。

一次偶然的机会笔者接触了国外知名厂家国内分机构的一位专业修理曲轴的技师,据他提供的可靠资料显示,

日本DAIHATSU柴油发电机的曲柄销斜搭口轴承发生烧瓦的事故最多,以每年大于 2%的数量发生事故,同行们也为我论证了这点。

这固然有其本身结构的问题,就是连杆杆身大端轴承斜搭口容易产生变形,造成轴瓦安装间隙超标,这就容易造成烧瓦。

所以这种机型的发动机修理中应十分小心,主要详细检查连杆大端轴承孔是否有塑性变形,产生了变形应毫不犹豫换新连杆。 

一般柴油发电机在吊缸修理时,只要对曲柄销轴颈和轴承进行认真详细地检查和测量,轴承中所存在的缺陷和不足都会一目了然。

因曲柄销轴承特殊的交变受力状况和运动时非常高的角速度和摩擦功,有时不起眼的缺陷和组装时的稍为不到位都可能造成很严重的烧瓦事故,所以检修时应严格把关、力求完善,对于轮机员无法消除的缺陷和不足,应考虑更换新件或请求岸基的支持。

如果发电机确实需要尽快投入运转,也应在较低的负荷下运行,且在刚开始运转后的8小时中加强各方面的留意和监控。

只要在日常维护保养和吊缸修理中用心留意,则杜绝轴承烧瓦事故的发生是能够做到的。

END

来源:E航网

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