【船机帮】某轮发电柴油机机座主轴瓦盖断裂原因分析及修理

导读

“ XX浚406” 轮为国内某公司的抓斗式挖泥工程船，其发电机型号为YANMAR Z280L—ET。

2014年11月，该轮进华南某船厂修理，对发电柴油机解体后发现：

由电机端数起第4道主轴瓦盖从靠近左螺栓孔处完全断裂。

该机型主轴瓦孔上下半圆为齿面啮合，左右各一个主轴瓦盖螺栓。

经目测勘验发现：

4#主轴瓦盖从左侧位置断裂为两段 (图1)，断口为旧痕迹 (图2)；4#主轴瓦孔机 座上左右啮合齿面均有明显磨损，但左侧齿面磨损痕迹明显深于右侧齿面 (图3)；1#主轴瓦盖与机座的啮合齿面也有明显 的磨损痕迹 (图4)。

磁粉探伤证实：

4#主轴瓦孔机座左侧齿面有3条齿向裂纹 ，分别长约15、10、8mm (图 5)。

探伤发现：

1#主轴承孔齿面螺栓孔处有一条长约 5mm的齿面裂纹 (图 6)。

拆1#、4#瓦盖螺栓时明感到螺栓松弛，没有其它瓦盖螺栓的张紧力大。

一、检测

考虑到此次损坏的严重性，船东将此柴油机机座及全部瓦盖运至我车间进行详细检测。

1、磁粉探伤

将全部主轴瓦座孔内表面、瓦盖上下啮合齿面及周边相邻区域清洗干净，利用CDX-II型便携式磁粉探伤仪探伤发现:

4#主轴瓦孔机座左侧齿面有3条齿向裂纹，分别长约15、10、8 mm; 1#主轴承孔齿面螺栓孔处有一条长约5mm的裂纹。

2、主轴瓦座孔内径检测

将除断裂的4#瓦盖之外的6道瓦盖按编号全部安装到机座上，并按《柴油机手册》规定的扭矩(100 (kg.m))和程序扭紧瓦盖螺栓，内径检测结果如表1。

3、主轴瓦座孔中心线直线度及机座上平面平面度检测

利用激光自准仪检测主轴瓦座孔中心线直线度及机座上平面平面度，检测结果分别见 表2、图7，表3、图8。

4、检测结果判定

根据中华人民共和国船舶行业标准《船用柴油机机座修理技术要求》( CB/T3499-93)[2]规定,修前参数要求如下:

机座主轴承孔全部轴承孔同轴度不大于0.09 mm,相邻轴承孔同轴度不大于0.03mm,主轴承孔的圆柱度极限不大于0.035mm ;机座平面度在1000mmx1000mm范围内不大于0. 10mm。

从表1、表2和表3的检测数据可以判定:

机座主轴瓦孔中心线直线度及孔径尺寸超出标准要求范围，应予以修理，机座上平面平面度在允许范围内不必处理。

二、事故原因分析

主轴瓦盖断裂是极少发生的机损事故，其原因可能与瓦盖材质、工作负荷、外力损坏、使用管理不当等原因中的某种或某几种有关。

经与船上工作人员及现场机务管理人员交流证实:

(1)此发电机已安全运行近二十年，且自上次大修后一直运行至这次按计划进厂大修，期间没有涉及曲轴及主轴瓦盖的修理或拆装，且上次大修时没有发现瓦盖齿面磨损或裂纹;

(2)进厂前两周开始，在柴油机运行时可以听到明显而且均匀的轻微哒哒声。因为马上就要按计划进厂大修，船员进行查验无果后没有再继续排查。

表明此柴油机瓦盖断裂与瓦盖材质、工作负荷、外力损坏、使用管理不当等原因没有直接联系。

结合“拆1#、4#瓦盖螺栓时明显感到螺栓松弛，没有其它瓦盖螺栓的张紧力大”这一事实，初步判定这是一起因主轴瓦盖螺栓未按标准程序或未按标准力矩扭紧造成的机损事故。

4#主轴瓦盖左侧螺栓没有扭到要求力矩或齿面或螺栓凸肩面有毛刺未清理干净，在后期的运行过程中受曲轴交变力的作用，左侧啮合齿面发生微动磨损，进而造成螺栓张紧力减小，张紧力减小又进一步加大了啮合齿面微动磨损;

当左侧螺栓张紧力足够小时，瓦盖受曲轴的影响会产生交变变形，久之慢慢地在瓦盖的内侧表面某个薄弱点产生疲劳源；

随着机器的长期运行，疲劳源逐渐扩大变成裂纹直至完全断裂。

轮机值班人员听到的明显而且均匀的轻微哒哒声，就是瓦盖上下啮合齿面反复敲击的声音。

而1#瓦盖螺栓的张紧力不足也造成了1#瓦盖啮合齿面的微动磨损。

按照标准扭矩重新扭紧螺栓后，则出现了上下方向比标准尺寸小0.31 mm的现象(见表1)。

可见，此主轴瓦盖断裂是疲劳断裂的结果，瓦盖铸铁材质裂纹扩展纹理不明显，但从图2展示的断口表面可发现:

断口右下角位置为疲劳源(放大后见图9)，并由此逐渐扩展直至断裂，断口表面有不太明显的扩展纹理。

三、维修

1、维修方案

根据检测结果，拟定修理方案如下:

(1)采用与断裂瓦盖相同或相近的材料加工新瓦盖;

(2)采用铸铁专用焊条局部低温焊补后铣齿并研磨，消除1#、4#主轴瓦孔啮合齿面裂纹;

(3)其它瓦孔啮合齿面也重新研磨，保证啮合齿面接触面达到85%以上;

(4)全部主轴承孔镗孔恢复轴线及尺寸。

2、维修过程

根据拟定的修理方案修理过程如下:

(1)经对断裂的瓦盖进行成分化验确认为球墨铸铁，采用球墨铸铁毛坯件仿照断裂的瓦盖加工新瓦盖(图10),瓦盖内孔预留足够的加工余量，为后期成品加工。

(2) 1#、4#主轴瓦孔下啮合齿面打磨，消除裂纹后采用铸铁专用焊条进行焊补，然后铣削加工齿面。

铸铁件焊补应采用高镍焊条以获得良好的焊接效果，焊补后应通过保温及敲击的方法消除焊接应力。

(3)研配各瓦盖啮合齿面，直至着色检验齿面接触率达85%以上。

(4)对除4#瓦盖内孔之外的所有主轴瓦内孔表面进行电刷镀，根据前期检测结果，镀层厚度应在0.2 mm左右，以保证足够的加工余量。

(5) 为安全起见，全部主轴瓦盖螺栓换新，按照标准扭矩100 (kg●m)的力矩逐一扭紧瓦盖螺栓。

(6) 将机座固定于机座专用镗床上，找正中心线后将全部主轴瓦孔加工至标准尺寸并恢复中心线直线度。

3、修后检测

完工后对修理项目逐项检测，检测结果如下:

(1)磁粉探伤:将全部主轴瓦座孔内表面、瓦盖上下啮合齿面及周边相邻区域清洗千净，采用CDX-II型便携式磁粉探伤仪探伤，没有发现裂纹等缺陷。

(2)用内径千分尺测量主轴瓦孔内径，检测结果如表4。

(3)采用激光自准仪检测主轴瓦座孔中心线

直线度,检测结果见表5及图11。

表明：机座主轴承孔经修理后达到标准要求。

四、结束语

在柴油机装配和使用过程中应确保主瓦盖螺栓、连杆螺栓、缸头螺栓等重要联接件按标准力矩和程序装配，并定期检验、复核其张紧力；一旦发现有螺栓松弛现象应尽快查明原因并消除隐患，否则有可能在短期内造成严重的事故。 

采用本文的修理方案快速、经济地恢复了机座的适用性，交付后运行一年、一年半时的客户回访证明：

该机一直稳定运行，证明了该修理方案的安全性与可靠性。