【船机帮】济柴2000型柴油机机体裂纹产生原因分析及预防

作者从修理实例出发，分析济柴2000型柴油机机体裂纹产生的原因，并提出预防柴油机机体裂纹的措施。

1.相关数据

柴油机型号：G12V190PZL-3

柴油机功率：810kw

送修时间：2015年1月6日 

中修后使用时间：9787h

2.送修原因 

（1）机油压力低； 

（2）呼吸器烟色大； 

（3）柴油机振动大。 

3.修理过程 

根据现场提供的呼吸器烟色大和该柴油机中修后累计使用近万小时，修理时先考虑检查活塞、气缸套，排除呼吸器烟色大的问题；然后检查柴油机大、小瓦，排除柴油机机油压力低的问题。

拆检柴油机时发现： 

（1）柴油机气缸套磨损严重。 

（2）柴油机第2，3，5，6道主轴承座孔沿定位锯齿面切向有裂纹，最长处达到20mm。 

4.结论 

（1）呼吸器烟色过大是气缸套磨损过大所致； 

（2）机体裂纹导致柴油机振动大，机油压力低。 

2015年进厂中修15台济柴2000型柴油机，竟然7台出现机体裂纹！是什么原因导致机体裂纹产生的呢？

柴油机机体是作为发动机的各机构、各系统的装配基础，而且自身的许多部分又分别是曲柄连杆机构、配气机构、燃油供给系统、冷却系统和润滑系统的组成部分，是承受高温、高压的机件。 

济柴2000型柴油机机体采用龙门式、悬挂主轴承式结构型式，用高强度铸铁铸造而成。

主轴承采用悬挂式结构，主要由机体曲轴箱部分、主轴承盖、主轴瓦和主轴承螺栓等组成。

主轴承盖与机体接合面处采用锯齿面定位， 通过两个主轴承螺栓固定在机体主轴承座下方。

主轴承螺栓以过盈配合旋入机体。

曲轴为整体式结构，用优质合金钢全纤维挤压锻造而成，由主轴承、主轴瓦、主轴承盖和主轴承螺栓将其固定在机体上。 

柴油机燃油燃烧的爆发压力通过活塞连杆组传递给曲轴，推动曲轴旋转，这些载荷交变地传递到机体主轴承座孔处。

因此，机体裂纹的产生部位大多位于主轴承座锯齿面定位处，沿锯齿面切线呈扩散装分布。

究其裂纹的产生，笔者认为是主要由以下原因造成的： 

1.制造缺陷

机体在铸造时有砂眼、缩松、气孔等；时效处理不好，有应力集中区，直接导致柴油机在使用一段时间后产生机体裂纹。 

2.柴油机振动大

柴油机振动是由于其结构上出现不平衡现象或各工作过程不平衡所引起的： 

(1)未按规定扭矩拧紧螺栓（母），造成轴瓦与轴颈配合间隙不符合要求。

济柴2000型柴油机主轴承螺母规定扭紧力矩为 1176～1372N.m，连杆螺栓扭紧力矩为245～265N.m；

主轴瓦与主轴颈的配合间隙值为0.16～0.239mm，连杆轴瓦与连杆轴颈配合间隙值为0.11～0.165mm。

可见轴瓦与轴颈的配合间隙很小。

在维修时，没有或者未准备螺栓（母）套筒和扭力扳手导致螺栓扭紧力矩不准确。

其影响表现在：

扭紧力矩过大，使轴瓦与轴颈配合间隙过小；扭紧力矩过小，轴瓦与轴颈配合间隙过大，曲轴在旋转过程中润滑油膜不易形成，柴油机振动大。 

（2）柴油机与被驱动机械之间的安装不符合要求。

济柴2000型柴油机说明书要求：

柴油机与被驱动机械采用柱销弹性联接时，两联接盘间距离为6～8mm，平行度误差不大于0.2mm，径向跳动误差不大于0.3mm；

万向轴联接时，平行度误差不大于0.5mm，径向跳动误差不大于1mm，花键轴轴向余隙15～20mm。 

如果柴油机安装时对中性不好，将造成轴承损坏，造成柴油机振动大；

另外，济柴2000型柴油机要求曲轴轴向间隙值为0.28～0.44mm，安装时如果没有轴向间隙或轴向间隙过小，柴油机工作过程中，止推、轴瓦承受过大的轴向力引发轴承异常磨损，使柴油机振动大。

修理时发现，有很多柴油机出现振动大故障时，检查柴油机轴向间隙值均超标，止推磨损严重，有的轴向间隙甚至达到2mm！ 

（3）修理更换的配件不满足动平衡要求。 

曲轴为高速旋转运动件，因此对其提出较高平衡要求，以免引起柴油机工作过程中出现振动现象。

为保证曲轴部件的平衡性，在其装好后必须进行动平衡调试，其不平衡度误差应控制在150g·cm之内。

若更换新配件，一定要符合互换性要求——在同台柴油机上各缸的活塞连杆部件的质量差不得大于100g。 

但是，在现场修理时往往忽略了这一关键点，更换活塞后未进行活塞连杆组的重量检查，这样就造成柴油机的原有动平衡被破坏，引起柴油机振动大。

（4）柴油机装配时未做到可靠的清洁。

柴油机装配清洁度要求低，如安装曲轴时未仔细清洗曲轴轴颈、安装主轴承盖时有油污垫入定位锯齿面内、安装活塞连杆组时未仔细清洗连杆瓦等。

主轴瓦和主轴颈、连杆轴瓦和连杆轴颈、定位锯齿面之间有杂质，势必将造成轴瓦的早期磨损，导致柴油机振动大。

（5）扭振减振器失效或固定螺栓松动。

减振器是一种较精密的组件，其质量较大，而壳体又较单薄。

柴油机拆检时，当遇到减振器与固定套配合较紧时，采取硬拉硬撬方法拆卸，极易造成减振器壳体变形，破坏其内部间隙，从而导致减振器失效。

另外，减振器是通过螺栓固定到柴油机自由端的，如果固定螺栓松动甚至断裂，减振器在柴油机曲轴上存在径向跳动，也将造成柴 油机振动过大。 

（6）飞轮固定螺栓松动或金属橡胶座损坏 飞轮的作用是增加发动机的旋转惯性以保证转速的均匀性。

当飞轮固定螺栓松动或者金属橡胶座变形损坏时，在柴油机运转中飞轮出现径向跳动，承载轴承磨损加剧，也会造成柴油机振动大。 

（7）增压器涡轮或压气机叶轮损坏。

增压器的功用是利用柴油机燃烧排出的废气驱动涡轮旋转，同时带动同轴的压气机叶轮旋转，从而增加柴油机气缸的进气量。

但是，当增压器废气涡轮或者压气机叶轮损坏时，除了增压器自身会产生振动外，最重要的一点是：

增压器涡轮或压气机叶轮损坏后使柴油机进气量减少或者供气量不均匀，各缸发出的功率不相等，造成柴油机振动。 

（8）柴油机安装、使用方面的问题。

①柴油机安装基础不平。 

柴油机安装一定要有一个牢固的混凝土基础，基础安装平面应保持平整，并校水平，要与柴油机底座均匀接触，否则将造成柴油机工作中基座变形，引起柴油机振动。 

②润滑油不清洁或未及时更换。 

润滑油在柴油机工作中担任着润滑、清洁、防腐、冷却的重要作用。当润滑油使用达到更换周期时必须强制更换。某些现场由于节约成本或因工况限制，在润滑油达到报废指标时，没有对润滑油进行及时更换，机件之间的润滑油膜保护失效，磨损产生的机械杂质不能被有效地带走，轴承出现异常磨损，造成柴油机振动大。 

③柴油机运转不均匀。

柴油机运转不均匀表现为转速忽高忽低：

各缸发出的功率不相等，即各缸供油量、供油提前角和压缩压力不相等；各缸内燃烧状况不稳定；调速器出现故障；柴油机所驱动的负荷不均匀。钻井现场常常遇到起下钻工况，在下钻时柴油机以怠速运转；起钻时为了提高效率猛增油门。 

这种猛增猛减油门的做法使柴油机驱动负荷不均匀，造成柴油机振动大，诱发机体裂纹。 

④柴油机长时间超负荷运行。 

石油钻井现场为了降低油耗、节约成本，常常“小车拉大马”——柴油机长时间超负荷运行。

这种做法的危害除了造成柴油机排温高、热损失大，效率低等以外，最大的坏处在于柴油机曲轴形成的反扭矩大，容易造成轴承磨 损，造成柴油机振动大。

END