RUSTON RK270柴油机主轴承烧瓦原因分析

柴油机各个系统、机构及所属的零部件都是密切相关的。

一个系统、机构或零部件有故障，必然要涉及其他的系统、机构或零部件的正常工作。

因此对于各个系统、机构或零部件的故障不能孤立地看待，而应根据故障现象进行综合分析。

尽管有时故障现象相似，严重程度相似，但 由于柴油机的结构特性、使用年限和使用维护情况不同，诊断处理也不同。

以下以具体实例加以说明。

“海神浚”轮和“海峡号”轮，前者是工程挖泥 船，后者是高速客滚轮，虽均采用RUSTON RK270柴油机作为主机，但前者是泥泵用主机，后者是航行用主机；前者采用刚性底座，后者采用弹性底座。

两者在使用过程中均发生主轴承烧瓦情况。

1.“海神浚”轮烧瓦故障分析

“海神浚”轮是一艘 3500 (m³·h ) 的绞吸式挖泥船，泥泵主机为16缸V型机，额定转速 1000 (r/min)，额定功率4800kW，最大使用负荷可达110％。 

该船运行半年后，于2012年检修时更换了全部主轴承，不久主轴承就发生了烧瓦故障。

检查发现：

原曲轴主轴颈都磨削过，十一道主轴颈竞 有4～5个级别差。

大拆解，将曲轴吊出，镀铁恢复到原始尺寸，装机使用不满1000h，就发生烧瓦且曲轴断裂故障。

2013年5月，更换了新曲轴和新轴瓦，底座 主轴承孔轴线用六档 (半根 )假轴校验，偏移量为垂直0.02mm，水平 0.08mm，均在规范之内 (该机为高弹联接)。

复安装运行80％负荷 (泥浆溶度值)，920 (r/min)运行300多小时，发生了二次主轴承烧瓦现象。

且故障现象很有规律，都发生在第五道 (第五、第十道为宽瓦，第十一道为窄瓦，其余为中宽瓦)。

修理方认为烧瓦是船方使用不当，超负荷使用造成。 

2013年7月，笔者受船东委托参与该机修理工作。 

综合上述情况，笔者提出以下检修意见：

 (1)底座主轴承孔轴线用六档 (半根 )假轴校验，不能真实反映轴线的实际情况，移位校验轴线易造成测量不准，应该做十一档 (整根)假轴校验；

(2) 因已经多次修理，须检查减振器，以排除故障是否与扭振有关；

(3)此机体靠六条腿支撑，与基座刚性连接，而不是整体连接，因此须检查六条腿与机座的连接螺栓有无松动现象。 

拆解检查后发现：

(1) 第五道主轴承孔与假轴脱空0.05mm (塞尺测量，实际情况还应大于0.05mm)，进行拂刮磨削修正。

(2)减振器上车床校调，径向跳动为0.36 mm。

送苏州盖斯林格公司打开检查，检查结果为质量块磨损，无法修理。向奥地利盖斯林格公司定制换新。

(3)所有紧固螺栓锤击检查未见松动。

按技术要求装复，于2013年11月交付使用。 

80％负荷运行不满100h，第五道主轴承又发生烧瓦故障。

轴颈检查并抛光，更换新轴承，80％负荷运行2h左右再次烧瓦。

请厂方维修人员现场指导，修整更换新轴承，80％负荷运行不到2h又发生烧瓦。

维修人员分析认为：

主轴承座孔的不圆度、圆柱度、同轴度须控制在0.02mm (JT／T42—93规范：机加工后不圆度、圆柱度为0.02mm，同轴度是 0.06mm,相邻两孔在0.03mm)，底线即使在规定范围内也不行，座孔一定要按制造标准重新加工镗圆，并配外径加大瓦。

根据厂方维修要求，再次对柴油机拆解，吊出曲轴，对机座进行激光检测，在上机架和下机座紧固和无上机架 (自由状态)的情况下，以第一道和第十一道为基准(主轴承盖全部装配好)，测量各道主轴承孔。

测量表明：

装机架和不装机架二者的轴线有所变化。

因此，决定上下机架紧固镗孔，以避免在自由状态下镗孔，装上机架后产生轴线变化的问题。 

镗完孔后对齿轮箱联轴节进行轴线校中时发现：

轴线右偏3.2mm，下偏0.9mm，由此可判断底座出现了问题。 

吊起下机座检查发现：

右边基座向外倾斜，刚性垫片与基座半边脱空 (底座刚性垫片焊了半边，造成未焊的半边变形)，呈内高外低。

询问得知，机舱曾经发生过火灾，燃烧点在主机右侧，由此造成右边基座坍塌，整机右倾，所以轴线偏右3.2mm，下偏0.9mm。

再询问发现，工人在安装新轴时，校轴线测量方法有误，应该是被测物体 (齿轮箱联轴节) 不动，测量工具置放在旋转物体 (曲轴飞轮)上，测量固定物体；

但实际测量时却将测量工具置放在固定物体上，测量旋转物体 (曲轴飞轮 )，如此造成轴线正常的假象，以致判断失误。

2014年2月，硬垫块全部换新拂配，轴线找中，偏移量为水平0.13mm，上下0.18mm。

整机装复后试验：

在超负荷10％ (泥浆溶度)，920 (r/min )运行时，除转速略有下降及波动外，无异常现象。 

由此可见，“海神浚”轮16RK270柴油机的主轴承烧瓦故障是由于基座变形，轴线不准引起。

尽管静态时机座轴线是好的，但在动态时由于机座和基座脱空，造成振动，轴线偏移 ，曲轴运转时产生挠度，最终引发烧瓦。

“海峡号”轮是一艘高速双体客滚轮 ，左右各置二台20缸V型机，额定转速1030 (r/min )， 额定功率7080kW，航速46kn；左侧艏Po机，艉Pi机；右侧艏So机，艉Si机。

2014年4月，Po机的第六、第七道主轴承烧瓦抱轴。

经检查：除第十二道未打开外，其余各道均有过热现象；

第五、第六、第七、第八道熔铅，特别是第六道轴颈跳动0.20mm。

其装配间隙为0.204～0.343mm，最大许用值为0.457mm，根据使用规范 (JT／T57-93)，跳动量不得大于总间隙的50％。

于是对第六、第七道主轴颈进行修整：

将第六道主轴瓦上下瓦各刮削0.10mm，总间隙放大至0.42mm；基于主轴瓦的下瓦靠右侧三位瓦盘不进，下瓦背部有拉痕，估计机座轴线变形，新做专用刀具修刮机座轴承孔；

所有各道下瓦右侧三位处均刮削0.10mm，

一则是为了避免盘瓦时将瓦盘坏，

二则是避免运行时右侧三位处摩擦发热烧瓦。

因为此次间隙的调整是在间隙许可范围，所以不会破坏油膜形成，能保持油压。

考虑到高速机振动大，建议该机降负荷 [600 (r/min )，常用为930(r/min )]使用。

同年6月、7月，Si机发生第三、第四、第五 道主轴承多次烧瓦故障，经轴颈修整，更换轴承后继续使用。

同年9月，Pi机也发生第五道主轴瓦烧瓦故障。 

鉴于该船四台柴油机已有三台先后发生主轴承烧瓦故障，船东决定船舶提前进厂年修。

2014年9月8日该船进厂维修，按船东要求 Po、Pi、So、Si四台柴油机全部大拆解，曲轴出舱校验；Po机曲轴换新 (因第五道曲柄销烧瓦，造成轴颈磨削量超限)；机座主轴承孔轴线检查，必要时修整。 

修理过程中，做了十二档 (整根) 的假轴， 对四台柴油机的主轴承座孔轴线进行复对 ，Pi和 So机轴线基本正常。

因假轴直径为Φ238.02，比主轴承座孔 ( Φ238.09～Φ238.13)小0.07～0.11mm，因此以校对底线为主。

校对结果：

Pi和So机各档轴承孔底部全部着色；Po机和Si机第六、第七道轴承座孔与假轴脱空 ，用塞尺0.05进入约10mm；各档轴承座孔左右两侧有交错着色点，表明机座轴承孔轴线不直。

拂刮并修整至底线全部着色，装上轴承盖测量座孔，不圆度在0.06mm 以内，同轴度符合 JT／T42-93要求；

上曲轴磨床校验，其余所有数据均符合JT／T57-93要求。

轴颈抛光后装机使用。

此次拆解检查还发现：

Pi机机架和机座自由端中间2只M30连接螺栓断裂，墙板M10螺栓3只断裂,拆除换新。

2014年10月14日船出厂前，在坞内做了 600 (r/min)空车试车后驶离码头回平潭，期间除So机转速至930(r/min)外，其余三台均以600 (r/min一)运行。

在15日航行中，对Pi机加速，结果加速至 900 (r/min )时，第四、第五道主轴承发生烧瓦。

船至平潭后，继续900 (r/min) 以上航行试 验[码头试车只能做到600(r/min )]，结果 Po机的第十一道主轴承、Pi机的第十二道主轴承、Si机第十一道主轴承相继烧瓦，由 此怀疑轴线有问题。

检查发觉除So机轴线偏移2mm左右，其余各机的偏移量均在3.4～4.5mm之间。

根据该机型的出厂记录和说明书要求，重新调整轴线。

由于该机与基座不是刚性连接，而是弹性 连接，八个腿坐在八个弹性底座上，根据轴线情况，在腿和弹性底座之间加垫片 (无规则，如Po机艏部左1、右1垫2mm，左2、右2垫1.15mm，艉部左3、右3垫0.15mm，左4、右4垫0.6mm；Pi机艏部四个腿垫0.6mm，艉部四个腿不垫)。

调整后运行，Po机的第四、第五道主轴承、Pi机的第十二道主轴承、si机的第一道主轴承又烧瓦。

于是请MAN (香港)公司现场指导，该公司提出：

So机滑油系统的温控阀四组里面有两组是坏的，是否是二组阀常开造成该机滑油温度偏低(70℃，其它机 88℃才能打开温控阀)进而造成故障。

于是将Si机的温控阀拆除两组进行试验：

第七道主轴承烧瓦。至此，除So机外，Po机第十一、第四、第五、第九道；Pi机第四、第五、第十二、第六道；Si机第十一 、第一、 第七 、第八道主轴承依次烧瓦，不似“海神浚”轮几次烧瓦均发生在第五道，也即“海峡号”轮烧瓦没有规律可循。 

由于没有找到烧瓦的根本原因，又提出以下二点意见： 

(1) 弹性底座问题

艏部四个弹性底座(T3 60／50L) 的承载力是3500—5600kg，弹簧和弹性垫的原始开 口为7mm，现在开口为10mm；

艉部四个弹性底座 (T3 45／40)的承载力是 1700—3400kg，弹簧和弹性垫的原始开口为4mm，现开口为8mm。

开口间隙用M8、M10螺栓塞进测出。

以上测量数据表明： 

弹簧受压缩，开口增大，已发生永久变形。

根据说明书：

弹性底座的使用年限为10～12年，而该船的船龄已有12年。 

(2)转速问题 

每次开机转速至600 (r/min)后，如须加速，须瞬时提至930 (r/min)。

其缘由是：

转速由600 (r/min)升至930 (r/min ) 时， 排气管会烧得通红，估计温度应在750℃以上，排气管因高温龟裂经常更换。

而瞬时加速越过600～900 (r/min )转速区间，排气管温度才会降至 550℃左右。

原始出厂记录 (表1)表明：

该机可以分级加速，而且排温不会这么高。

鉴于此情况认为 ：

Po、Pi、Si机轮流烧瓦，唯独So机不烧瓦反而显得不正常 (损坏时间未到?)......

结果没过二天，So机也发生了烧瓦。

对 P0、Pi、S0、Si四台柴油机重新大拆解，起轴，曲轴校验磨削 (主轴径全部磨削一级)，轴线着色检查；

安装主轴承后修刮轴瓦(笔者认为烧瓦和轴线无关，轴线是好的，薄壁瓦不需要修刮)；

活塞头与活塞裙全部堆焊翻新，缸套珩磨 (此两项与烧瓦无关)。

2015年3月装复，换上新的弹性底座后，再没发生主轴承烧瓦现象，只是17组活塞拉缸和2道连杆轴承烧瓦 (系活塞修理后不良引起)，由此表明该船主轴承烧瓦与弹性底座有极大关系。 

其间还解决了加速降温问题。

该机排气系统设有温控调节阀，安装在进气管至排气管之间，应在650 (r/min )时自动打开，930 (r/min ) 自动关闭。

由于该温控阀长期失修，无法打开，造成 上述现象。

经修理恢复后正常使用。

由于瞬时提速，排温骤升，爆压增大，对曲柄销和主轴颈造成冲击，滑油温度瞬时升高 (滑油温度瞬时超88℃时，冷却水来不及打 开)，是否是烧瓦的原因之一，有待进一步研究。

虽然对连杆螺栓及主轴承螺栓按说明书要求的伸长量进行了重新上紧，但笔者认为此举与烧瓦无因果关系。

因为之前按扭矩上紧系根据伸长量换算过来，“海神浚”轮也是按扭矩上紧，且So机930 (r/min )运行时无问题 ，其他三台机 600(r/min )运行时也无问题，特别是连杆没发生问题。 

至此可以确认： 

“海峡号”轮和 “海神浚”轮主轴承烧瓦均系机座连接问题引起，区别是一个是刚性连接 ，一个是弹性连接。

尽管“海峡号”轮轴线按说明书要求调整至规范值，但由于弹性底座变形导致运行时弹性底座不能承受动态时的机体振动，引发曲轴产生不规则扭曲挠度。

所以，看似“海峡 号”轮的烧瓦故障和“海神 浚”轮的烧瓦故障相似，但还是有所不同：

“海神浚”轮是固定烧中间轴瓦，

而 “海峡号”轮是随意烧瓦，没规律可循。

综上分析：

“海神浚 ”轮烧瓦系因基座坍塌，垫片脱空引起；

而 “海峡号 ”轮烧瓦系因弹性底座弹簧变形引起曲轴挠曲所致。

两个案例的分析也表明：

在机型相同，同样发生主轴承烧瓦故障的情况下，故障分析时不但要考虑机座变形，连接螺栓紧固，曲轴挠曲等情况，更要检查机座和基座的连接形式及是否发生变化。

END