【船机帮】MAN 5L20/27型主发电机拉缸机损原因分析

导读

某大型航运公司57000DWT散货船于2005年在上海某船厂交船并投人营运。

该轮#2发电机曾发生过拉缸的现象，在日常运行中减负荷使用。

2017年进厂修理时，船东决定对该轮进行常规拆检修理;

缸头、活塞、连杆吊厂修理，缸套原地清洁测量;

主轴承全部拆检。

各测量数据、各运动部件均未发现重大的技术缺陷，继续使用原活塞没有换新，连杆活塞在车间组装后上船装复，压油压水正常后启动发电机进行第一次负荷试验。

一、各项负荷试验机损现象

该轮主发电机组基本参数如下:

机型MAN5L20/27;

额定功率320kW;

额定转速750r/min;

缸径200mm;

行程270mm。

1、第一次负荷试验

整机装复后进行第一次负荷试验: 

空车运行了4小时后，各运动部件及轴承温度、排气温度正常，未发现明显的异常;

当负荷加至100kW左右时，运行了1个小时，各运动部件及轴承温度、排气温度正常, 也未发现明显的异常;

但当负荷加至试验最高负荷240kW (75%额定功率)时，发电机运行了约15分钟,突然“砰”的一声巨响，现场操作人员手动紧急停车。

打开道门检查，发现#5缸严重拉缸，活塞在活塞销位置被拉断,活塞头仍留在缸套顶部,活塞裙部碰撞变形;

缸套严重烧蚀拉伤，缸套左下部(从自由端往电球方向看，以下相同)被连杆碰撞断裂开了一个缺口。

现场人员进一步检查，发现各曲拐及连杆大端瓦完好无损。

于是现场人员重新换新了#5缸的缸套、改进型活塞(改进型只有一个供滑油进的边小孔，对准喷射油管)、连杆及轴瓦后，整机装复进行第二次负荷试验。

2、第二次负荷试验

经压油、压水检验无误后进行第二次负荷试验:

发电机空车运行了4小时后,各运动部件及轴承温度、排气温度正常，无发现明显的异常;

当负荷加至100kW左右时，运行了4小时，各运动部件及轴承温度、排气温度正常，也无发现明显的异常;

同样，当负荷加至试验最高负荷240kW (75%额定功率)运行了约30分钟后，发现机油温度比第一次试验时高了10℃，不正常！现场人员马上手动停车进行检查。

打开道门用点温计测量各轴承的温度，发现#3缸的连杆大端轴承温度异常,达到83℃。于是现场人员对#3缸缸套、活塞、连杆、曲拐销进行了拆检，发现#3缸连杆大端轴瓦严

重烧蚀白合金脱落，缸曲拐销粘满烧蚀的白合金并拉伤，但缸套、活塞等未见明显的异常;

检查其他各缸，均发现连杆轴瓦、主轴瓦有一定程度的轻微白合金磨合层压离的现象，但并未有烧毁，缸套、活塞等部件未见明显的异常。

因#3缸的曲拐销粘满烧蚀的白合金并拉伤，决定将曲轴拉出吊厂进行了修复。

二、拉缸机损现象技术成因分析

连续2次负荷试验拉缸机损后，船厂组织技术中心、质检部、机电车间等部门的工程技术人员和船公司相关技术部门对工程修理、测量数据、质量监控、船上的反映、柴油机的结构、备配件的结构差异等进行了综合的分析:

(1)轴瓦的质量

除了#3缸连杆轴瓦烧毁外，其他各缸的连杆轴瓦、主轴瓦均有一定程度的白合金磨合层的压离现象，但未见烧毁。

所以，轴瓦质量的好坏与#3缸连杆轴瓦的烧毁没有直接关系;

(2)滑油的油品质量

无发现滑油有水、油质明显变化的现象，所以滑油的油品质量应与本次的机损现象没有直接关系;

(3)润滑系统

尚未发现该机的滑油润滑系统及部件有明显的异常，所以该机的滑油润滑系统应与本次的机损现象没有直接的关系。

(4)修理安装质量

暂无发现清洁、安装等有违工艺技术和工艺流程的现象，所以本次的机损事件与修理安装质量没有直接关系;

(5)试验、油水的压力温度与控制

试验按照试验大纲要求进行，试验起始转速和时间的长短、负荷加速的快慢和大小、滑油的压力大小与温度控制、冷却淡水的压力大小与温度控制等，与拉缸和轴瓦的烧蚀没有直接关系;

(6)冷却油管的构造

该机型活塞顶部的冷却、活塞头部的冷却、活塞销的润滑和冷却、缸套的润滑和冷却，仅由缸套底部(靠后方)的唯一根油管向上喷油来满足。

如果该油管喷油到活塞底部的其中一个上油孔，而后通过活塞内部到达冷却腔,从而达到对活塞顶部、活塞头部的冷却、活塞销的润滑和冷却，但无法对缸套进行润滑和冷却;

同样，如果该油管没有直接喷油到活塞底部的其中一个上油孔，喷油将为散状，可直接喷油对缸套进行润滑和冷却，但会影响到上活塞冷却腔的油量，无法满足活塞顶部的冷却、活塞头部的冷却、活塞销的润滑和冷却。

由此可知，这样的设计存在缺陷，无法同时

满足活塞、缸套的冷却和润滑功能，活塞的过热、拉缸也就成为了必然。

(7)两孔活塞结构

该机型活塞底部有两个供滑油进出的边小孔，其中一个供滑油进，另一个供滑油出;但同时在活塞的中部还有一个孔，是使活塞腔中的滑油流出去润滑活塞销的(见图1)。

现场人员在现场时，发现了该机型的改进型活塞(见图2)。

该活塞只有一个供滑油进的边小孔(对准喷射油管)，活塞的中部同样有一个孔，是供润滑活塞销的。

该改进型活塞是厂家对原设计的改进，目的是保证活塞销的润滑和冷却，但本机却无使用。

显而易见，两孔活塞对活塞销的润滑和冷却比改进型一孔活塞的效果差。

两个孔活塞的润滑和冷却,在柴油机空车运转或低负荷时尚能满足，但当柴油机在高负荷运转或加速太快时，活塞销的润滑和冷却就无法保证，活塞的过热也就成为了必然，这也是活塞的过热的主因。

(8)非飞溅润滑方式

传统的桶型活塞柴油机，特别是国外成熟的机型均采用飞溅润滑方式来满足活塞和缸套的冷却和润滑,实践证明效果良好、结构简单、维护方便，拉缸现象不常发生。

而本机型由于采用干式油底壳设计，曲拐和连杆大端及轴承不能浸泡在滑油中，回到油底壳的滑油迅速又回到循环柜，故不具备飞溅润滑的条件，所以2#发电机机型只能采用图2所示的桶型活塞，无法使用飞溅润滑构造的活塞。

在第一次拉缸机损事件中，由于活塞是非飞溅润滑构造，当#5缸发生拉缸现象时，势必会加大其它缸连杆大端轴承的负荷，连杆大端轴瓦的白合金已经部分烧蚀或部分粘贴在曲拐上，只是尚未完全抱死还可以转车，这样就埋下了机损再次发生的隐患和缺陷;

而#3缸的连杆大端轴承，是烧蚀较严重的一个。

所以轴瓦的烧毁、曲拐的损伤也就成为了必然。

综上所述，由于该机型活塞存在的设计缺陷与不足，活塞、活塞销、缸套无法同时得到润滑和冷却,是造成本次#2发电机拉缸机损事故的真正原因。

三、结束语

通过上述的技术分析，全部换新成只有一个供滑油进的边小孔的改进型活塞，见图2,在曲轴修复后整机装复进行第三次试验。

在各种工况下、各运动部件及轴承温度，排气温度正常, #2发电机运行状况参数指标正常。

由此印证了机损现象技术成因分析的准确性，从而彻底消除了#2发电机存在拉缸的隐患。

通过此次的实际案例分析，发现了该机型活塞润滑设计存在缺陷和不足,希望能够给厂家提供改进设计帮助，同时也给同机型的船舶管理和修理工作提供经验教训，防止此类机损事故再次发生。