TY輪 4沖程主機(jī)曲軸及主軸承燒損事故分析

仉大志

(大連海事大學(xué),遼寧大連 116001)

在船用柴油機(jī)中,4沖程中速機(jī)相比 2沖程低速機(jī),由于轉(zhuǎn)速高、滑油容易污染及工作條件差,曲軸、主軸承和連桿大端軸承更容易出現(xiàn)故障。據(jù)勞氏船級(jí)社統(tǒng)計(jì),中速機(jī)各部件故障占柴油機(jī)總故障比例中,曲軸及主軸承的故障率最高,高達(dá)13.4%。因此,對(duì)于 4沖程中速柴油機(jī)的曲軸及軸承,在運(yùn)行管理中應(yīng)作為重要對(duì)象予以關(guān)注。

4沖程中速柴油機(jī)的曲軸及軸承故障中,其中一個(gè)嚴(yán)重故障是曲軸及主軸承燒損事故。主機(jī)曲軸軸承燒損,導(dǎo)致曲軸粘著磨損,曲軸硬度增大,甚至出現(xiàn)裂紋。一旦發(fā)生曲軸燒損事故,由于船上無法自行修理,給航行安全帶來極大的威脅,同時(shí)由于船舶停航、需要請(qǐng)專業(yè)公司進(jìn)行磨軸,而給船東造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。

下文將通過對(duì) TY輪 4沖程主機(jī)曲軸及主軸承燒損的事故分析,就如何防止這類事故的發(fā)生談點(diǎn)建議,敬請(qǐng)有關(guān)專家和同行指正。

1 事故經(jīng)過及處理

1.1 事故經(jīng)過

TY輪主機(jī)是 MAN 7L 52/55A 4沖程柴油機(jī),輸出功率 5 425 kW,額定轉(zhuǎn)速為 450 r/min,為日本川崎重工設(shè)計(jì)制造。主機(jī)通過減速比 1∶3.36的減速齒輪箱驅(qū)動(dòng)調(diào)距槳及軸帶發(fā)電機(jī)。

2008年某日晚 22∶00,駕駛臺(tái)通知備車離港,22∶20沖車后起車,22∶40加到額定轉(zhuǎn)速后轉(zhuǎn)到駕控,運(yùn)轉(zhuǎn)幾分鐘后,突然主機(jī) 4號(hào)主軸承高溫報(bào)警,不能判斷是否是異常報(bào)警,到機(jī)旁發(fā)現(xiàn)從曲軸輸出端有大量濃煙竄出,立即轉(zhuǎn)到機(jī)控,降速停車。

停車后立即進(jìn)行搶修,打開機(jī)體兩端道門,發(fā)現(xiàn)在曲軸箱內(nèi)有大量的金屬粉末和碎片,判定是 4號(hào)主軸承故障。向公司匯報(bào)后,開始拆卸 4號(hào)主軸承。拆下 4號(hào)主軸承上瓦和下瓦后,發(fā)現(xiàn)主軸承上下瓦均嚴(yán)重?zé)龘p,合金層幾乎全部脫落,主軸頸有多處拉痕,表面沾有大量軸承合金,兩側(cè)因發(fā)熱成褐色。因軸頸嚴(yán)重?zé)龘p,船上無法自修,只能等專業(yè)廠家進(jìn)行檢查修理。

1.2 事故處理

事故發(fā)生后,新加坡高登公司技術(shù)人員登輪進(jìn)行檢查。測(cè)量了 3號(hào)主軸頸跳動(dòng)量并做了硬度測(cè)量及磁力探傷,同時(shí)測(cè)量了 1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)主軸頸跳動(dòng)量。結(jié)果 2號(hào)主軸頸跳動(dòng)量最大處為 0.28 mm,1號(hào)正常、4號(hào)主軸頸跳動(dòng)量為 0.08 mm,3號(hào)主軸頸跳動(dòng)量為 0.10mm,軸頸表面有 40 mm×50mm面積硬度過大,表面不存在裂紋。由于 2號(hào)主軸頸跳動(dòng)量過大,軸頸直徑需要磨掉1 mm,3號(hào)主軸頸可能要磨掉 1～2mm,以消除硬度減小跳動(dòng)量。方案定下來后,先由船上人員將 1、2、3號(hào)缸活塞吊出,其余 4個(gè)缸活塞用專用工具頂升,然后由磨軸人員安裝氣動(dòng)磨軸工具,用盤車機(jī)一邊盤車一邊空轉(zhuǎn)磨軸。最終,3號(hào)主軸頸直徑磨掉 2 mm,2號(hào)主軸頸直徑磨掉 1 mm,安裝加厚瓦裝復(fù)。后經(jīng)試車,正常。此次事故前后歷時(shí) 20余天,停航及修理費(fèi)用損失近 50萬元。

2 事故分析

TY輪是 1981年投入營(yíng)運(yùn)的,自營(yíng)運(yùn)以來,主機(jī)曲軸曾發(fā)生過多次事故。上世紀(jì) 90年代,發(fā)生過 3起曲柄銷燒損故障。2004年,主機(jī) 4號(hào)主軸頸及軸瓦燒損,結(jié)果 4號(hào)主軸頸磨掉 1 mm。前幾次的曲軸故障,由于船舶多次易手,沒有可參考的事故報(bào)告。時(shí)隔 4年后,再次發(fā)生了曲軸故障。

這次 TY輪主軸頸及軸承燒損事故,綜合磨軸公司技術(shù)人員的檢查、船員的自檢及主機(jī)的狀況,分析有如下原因。

1)曲軸軸線不正。磨軸公司技術(shù)人員測(cè)量了幾道主軸頸跳動(dòng)量,船員在拆檢各道主軸承時(shí)也測(cè)量了軸頸跳動(dòng)量,其中 2、3、4、6號(hào)主軸頸都超過了 0.05 mm,2、3號(hào)軸頸跳動(dòng)量嚴(yán)重超標(biāo)。據(jù)磨軸人員介紹,TY輪 2004年磨軸也是他們做的(由于 TY輪是 2007年現(xiàn)在的船東購(gòu)入的,并不了解當(dāng)時(shí)的情況)。當(dāng)時(shí)磨軸檢查測(cè)量時(shí),發(fā)現(xiàn) 2、3號(hào)主軸頸跳動(dòng)量過大,曾向當(dāng)時(shí)的船東建議進(jìn)行抽軸校正,但因費(fèi)用過高船東沒有采納,可以說 TY輪主機(jī)一直是帶病運(yùn)行。

曲軸跳動(dòng)量過大,意味著軸頸在軸承中偏心,曲軸在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中與主軸承間隙忽大忽小,破壞軸承間的動(dòng)力潤(rùn)滑,而且軸承負(fù)荷不均。在拆檢主軸承時(shí),發(fā)現(xiàn) 2號(hào)主軸承上瓦見銅。安裝主軸承時(shí),測(cè)量下瓦剖面左右兩側(cè)距離軸頸間隙,發(fā)現(xiàn)幾道跳動(dòng)量的主軸頸主軸承左右間隙不等,甚至主軸頸轉(zhuǎn)到一定角度時(shí)間隙為 0,這些都是軸頸跳動(dòng)量過大的例證和惡果。3號(hào)主軸承故障,不能進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量,但毫無疑問,軸線不正是 3號(hào)主軸頸和軸承燒損的一大因素。

2)滑油不干凈。進(jìn)行拆檢各道主軸承和曲柄銷軸承時(shí),發(fā)現(xiàn)幾道軸頸和軸承周向不同程度地出現(xiàn)了拉痕,雖然不很嚴(yán)重,但明顯看出是硬質(zhì)顆粒進(jìn)入到軸頸軸承中。主機(jī)系統(tǒng)油理化性能是正常的,20天前由 BP公司人員上船取樣化驗(yàn),化驗(yàn)顯示各項(xiàng)指標(biāo)均正常。經(jīng)事后檢查,硬質(zhì)顆?？赡苁怯善茡p的滑油濾芯進(jìn)入到主機(jī)的。檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)滑油進(jìn)機(jī)細(xì)濾器及滑油自清濾器柱形濾芯,有幾根出現(xiàn)濾網(wǎng)開裂、破損現(xiàn)象。主機(jī)滑油系統(tǒng)有兩道細(xì)濾器,從油泵出來的壓力油先經(jīng)過滑油自清濾器,再經(jīng)過滑油進(jìn)機(jī)細(xì)濾器。這兩種濾器都采用柱形濾芯。長(zhǎng)期以來,進(jìn)機(jī)細(xì)濾器每天清洗一次,自清濾器大概每 7天拆洗一次,這樣頻繁的清洗濾器,導(dǎo)致濾芯破損,硬質(zhì)顆粒可能是在清洗濾芯時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的。

3)主軸承狀態(tài)不佳。主軸承使用時(shí)間都超過了 20 000 h,按要求應(yīng)該進(jìn)行拆檢,但由于船期比較緊,一直沒有進(jìn)行檢查。事故后,為了解其他主軸承狀態(tài),都進(jìn)行了拆檢,結(jié)果發(fā)現(xiàn)主軸承狀態(tài)不佳。其中 4號(hào)主軸承下瓦 80%面積見銅,有縱向拉痕,軸頸也出現(xiàn)輕微拉痕。2號(hào)主軸承下瓦 50%面積見銅,有縱向拉痕,上瓦也有磨損,小部分見銅。

3號(hào)主軸承因破壞無法得知故障前的狀態(tài),但從拆檢的其他幾道主軸承看,也極有可能過度磨損。

3 管理對(duì)策

TY輪這次曲軸故障事故損失慘重,教訓(xùn)深刻。事故起因一方面是曲軸長(zhǎng)期帶病運(yùn)行,另一方面是對(duì)滑油系統(tǒng)、軸承管理不善所致。為了防止發(fā)生類似事故,須注意以下事項(xiàng)。

1)公司機(jī)務(wù)主管須制定有針對(duì)性的管理方案。TY輪是公司購(gòu)入的二手船,目前營(yíng)運(yùn)不到 1年。該船是 1980年臺(tái)灣中華船廠建造的,船齡比較大,主機(jī)曲軸多處受傷。公司機(jī)務(wù)針對(duì)這種情況,只是強(qiáng)調(diào)主機(jī)不能超負(fù)荷,排溫不能超過 470℃。輪機(jī)管理人員往往缺乏對(duì)曲軸及主軸承的管理經(jīng)驗(yàn),加之集裝箱船航期緊張,未能針對(duì)性地進(jìn)行保養(yǎng)。公司機(jī)務(wù)需要制定針對(duì)曲軸及軸承的管理方案,利用輪機(jī)長(zhǎng)、大管輪接班前的體系培訓(xùn)機(jī)會(huì)重點(diǎn)予以培訓(xùn),并在以后的工作中進(jìn)行指導(dǎo)監(jiān)督,保證維護(hù)保養(yǎng)工作能夠落實(shí)。

2)滑油系統(tǒng)的管理。4沖程主機(jī)滑油易受污染,對(duì)滑油的管理,保證滑油的清凈性,減少滑油的消耗是日常管理的一大重點(diǎn)。為此,需要注意以下幾點(diǎn)。

(1)滑油循環(huán)柜中的油量應(yīng)保持一定數(shù)量,循環(huán)倍率保持在 15～18(即滑油泵的排量除以油柜油量等于 15～18)?；头钟蜋C(jī)要保持連續(xù)工作,只有在維修保養(yǎng)時(shí)才停止工作。分油機(jī)加熱油溫控制在 85℃左右,不能過低。分離流量不要太高,控制在分油機(jī)額定流量的 25%～30%。

(2)注意滑油自清濾器的自動(dòng)清洗工作次數(shù),如工作次數(shù)增多,說明滑油質(zhì)量惡化,要查找原因,并予排除。拆洗滑油濾器時(shí),主管輪機(jī)員最好在場(chǎng)檢查濾芯內(nèi)是否有金屬顆?；蚍勰?濾芯如有破損,必須馬上更換。

(3)滑油消耗如異常增加,原因多是活塞環(huán)故障或缸套磨損量增大。吊缸時(shí),一定要準(zhǔn)確測(cè)量缸套內(nèi)徑,缸套磨損到一定時(shí)要換新,不要等到磨損極限時(shí)再換新。這是由于缸套磨損到一定值后,雖然按照說明書的要求,可以理論上繼續(xù)使用,但活塞缸套間隙變大,導(dǎo)致燃燒產(chǎn)物漏入曲拐箱增加,滑油消耗增加,污染加重。嚴(yán)重時(shí),會(huì)引起軸瓦異常磨損、燒瓦。

(4)適當(dāng)縮短滑油化驗(yàn)時(shí)間,當(dāng)滑油受到嚴(yán)重污染,一時(shí)又查找不到原因,應(yīng)即時(shí)送檢。

3)曲拐箱的監(jiān)控。定期打開曲拐箱,檢查油流情況,以及是否存在金屬屑。對(duì)曲拐箱油霧濃度檢測(cè)裝置及主軸承溫度監(jiān)測(cè)裝置加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng),保證功能正常,警報(bào)及主機(jī)降速連鎖有效。

4)曲軸及主軸承的檢查。定期測(cè)量主軸承間隙及下瓦磨損量,測(cè)量軸承間隙時(shí)注意從前后兩端測(cè)量。定期測(cè)量曲軸拐檔差。適當(dāng)縮短主軸承拆檢周期,拆檢時(shí)注意拍照存檔,在拆檢主軸承時(shí),要檢查軸頸跳動(dòng)量及下瓦剖分面處與軸頸兩側(cè)間隙,做到心中有數(shù)。

總之,針對(duì) TY輪曲軸多處受傷的情況,只有在管理上下功夫,才能避免發(fā)生類似的惡性事故。