MAN 5L20/27型主發(fā)電機(jī)拉缸機(jī)損原因分析

林建偉

摘? ? 要：本文通過(guò)對(duì)船用主發(fā)電機(jī)（MAN 5L20/27）的結(jié)構(gòu)及原理的學(xué)習(xí)和了解，結(jié)合柴油機(jī)MAN 5L20/27修理過(guò)程的實(shí)例，介紹活塞潤(rùn)滑特點(diǎn)和工作原理，用列舉法分析發(fā)電機(jī)產(chǎn)生拉缸機(jī)損的原因，并通過(guò)試驗(yàn)印證了由于活塞潤(rùn)滑的缺陷導(dǎo)致了發(fā)電機(jī)拉缸的機(jī)損事件，為今后同機(jī)型的發(fā)電機(jī)維護(hù)保養(yǎng)方面提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，避免同類型機(jī)損事件的發(fā)生。同時(shí)，也提出了在修理過(guò)程中需要注意的一些事項(xiàng)，供今后類似的柴油機(jī)修理積累經(jīng)驗(yàn)和參考。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī);活塞;潤(rùn)滑系統(tǒng);拉缸

中圖分類號(hào)：U665.11 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：? By studying and understanding the structure and principle of MAN 5L20/27 marine main generator， combined with the example of the MAN 5L20/27 diesel engine repair process， this paper introduces the characteristics and working principle of piston lubrication， analyzes the cause of the scuffing of cylinder bore by enumeration method， and proves that the failure of piston lubrication causes the scuffing of cylinder bore of the generator. Some matters that need attention in the repair process for the scuffing are also put forward for the future similar diesel engine repair to accumulate experience and reference.

Key words： Diesel engine; Piston; Lubrication system; Scuffing of cylinder bore

1? ? ?前言

某大型航運(yùn)公司57 000 DWT散貨船于2005年在上海某船廠交船并投入營(yíng)運(yùn)。該輪#2發(fā)電機(jī)曾發(fā)生過(guò)拉缸的現(xiàn)象，在日常運(yùn)行中減負(fù)荷使用。2017年進(jìn)廠修理時(shí)，船東決定對(duì)該輪進(jìn)行常規(guī)拆檢修理;缸頭、活塞、連桿吊廠修理，缸套原地清潔測(cè)量;主軸承全部拆檢。各測(cè)量數(shù)據(jù)、各運(yùn)動(dòng)部件均未發(fā)現(xiàn)重大的技術(shù)缺陷，繼續(xù)使用原活塞沒有換新，連桿活塞在車間組裝后上船裝復(fù)，壓油壓水正常后啟動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行第一次負(fù)荷試驗(yàn)。

2? ? ? 各項(xiàng)負(fù)荷試驗(yàn)機(jī)損現(xiàn)象

該輪主發(fā)電機(jī)組基本參數(shù)如下：機(jī)型MAN 5L20/27;額定功率320 kW;額定轉(zhuǎn)速750 r/min;缸徑200mm;行程270 mm。

2.1? 第一次負(fù)荷試驗(yàn)

整機(jī)裝復(fù)后進(jìn)行第一次負(fù)荷試驗(yàn)：空車運(yùn)行了4小時(shí)后，各運(yùn)動(dòng)部件及軸承溫度、排氣溫度正常，未發(fā)現(xiàn)明顯的異常;當(dāng)負(fù)荷加至100 kW左右時(shí)，運(yùn)行了1個(gè)小時(shí)，各運(yùn)動(dòng)部件及軸承溫度、排氣溫度正常，也未發(fā)現(xiàn)明顯的異常;但當(dāng)負(fù)荷加至試驗(yàn)最高負(fù)荷240 kW（75%額定功率）時(shí)，發(fā)電機(jī)運(yùn)行了約15分鐘，突然“砰”的一聲巨響，現(xiàn)場(chǎng)操作人員手動(dòng)緊急停車。打開道門檢查，發(fā)現(xiàn)#5缸嚴(yán)重拉缸，活塞在活塞銷位置被拉斷，活塞頭仍留在缸套頂部，活塞裙部碰撞變形;缸套嚴(yán)重?zé)g拉傷，缸套左下部（從自由端往電球方向看，以下相同）被連桿碰撞斷裂開了一個(gè)缺口。

現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)各曲拐及連桿大端瓦完好無(wú)損。于是現(xiàn)場(chǎng)人員重新?lián)Q新了#5缸的缸套、改進(jìn)型活塞（改進(jìn)型只有一個(gè)供滑油進(jìn)的邊小孔，對(duì)準(zhǔn)噴射油管）、連桿及軸瓦后，整機(jī)裝復(fù)進(jìn)行第二次負(fù)荷試驗(yàn)。

2.2? 第二次負(fù)荷試驗(yàn)

經(jīng)壓油、壓水檢驗(yàn)無(wú)誤后進(jìn)行第二次負(fù)荷試驗(yàn)：發(fā)電機(jī)空車運(yùn)行了4小時(shí)后，各運(yùn)動(dòng)部件及軸承溫度、排氣溫度正常，無(wú)發(fā)現(xiàn)明顯的異常;當(dāng)負(fù)荷加至100 kW左右時(shí)，運(yùn)行了4小時(shí)，各運(yùn)動(dòng)部件及軸承溫度、排氣溫度正常，也無(wú)發(fā)現(xiàn)明顯的異常;同樣，當(dāng)負(fù)荷加至試驗(yàn)最高負(fù)荷240 kW（75%額定功率）運(yùn)行了約30分鐘后，發(fā)現(xiàn)機(jī)油溫度比第一次試驗(yàn)時(shí)高了10 ℃不正常，現(xiàn)場(chǎng)人員馬上手動(dòng)停車進(jìn)行檢查。打開道門用點(diǎn)溫計(jì)測(cè)量各軸承的溫度，發(fā)現(xiàn)#3缸的連桿大端軸承溫度異常，達(dá)到83 ℃。于是現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)#3缸缸套、活塞、連桿、曲拐銷進(jìn)行了拆檢，發(fā)現(xiàn)#3缸連桿大端軸瓦嚴(yán)重?zé)g白合金脫落，缸曲拐銷粘滿燒蝕的白合金并拉傷，但缸套、活塞等未見明顯的異常;檢查其他各缸，均發(fā)現(xiàn)連桿軸瓦、主軸瓦有一定程度的輕微白合金磨合層壓離的現(xiàn)象，但并未有燒毀，缸套、活塞等部件未見明顯的異常。因#3缸的曲拐銷粘滿燒蝕的白合金并拉傷，決定將曲軸拉出吊廠進(jìn)行了修復(fù)。

3? ? 拉缸機(jī)損現(xiàn)象技術(shù)成因分析

連續(xù)2次負(fù)荷試驗(yàn)拉缸機(jī)損后，船廠組織技術(shù)中心、質(zhì)檢部、機(jī)電車間等部門的工程技術(shù)人員和船公司相關(guān)技術(shù)部門對(duì)工程修理、測(cè)量數(shù)據(jù)、質(zhì)量監(jiān)控、船上的反映、柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)、備配件的結(jié)構(gòu)差異等進(jìn)行了綜合的分析：

（1）軸瓦的質(zhì)量

除了#3缸連桿軸瓦燒毀外，其他各缸的連桿軸瓦、主軸瓦均有一定程度的白合金磨合層的壓離現(xiàn)象，但未見燒毀。所以，軸瓦質(zhì)量的好壞與#3缸連桿軸瓦的燒毀沒有直接關(guān)系;

（2）滑油的油品質(zhì)量

無(wú)發(fā)現(xiàn)滑油有水、油質(zhì)明顯變化的現(xiàn)象，所以滑油的油品質(zhì)量應(yīng)與本次的機(jī)損現(xiàn)象沒有直接關(guān)系;

（3）潤(rùn)滑系統(tǒng)

尚未發(fā)現(xiàn)該機(jī)的滑油潤(rùn)滑系統(tǒng)及部件有明顯的異常，所以該機(jī)的滑油潤(rùn)滑系統(tǒng)應(yīng)與本次的機(jī)損現(xiàn)象沒有直接的關(guān)系。

（4）修理安裝質(zhì)量

暫無(wú)發(fā)現(xiàn)清潔、安裝等有違工藝技術(shù)和工藝流程的現(xiàn)象，所以本次的機(jī)損事件與修理安裝質(zhì)量沒有直接關(guān)系;

（5）試驗(yàn)、油水的壓力溫度與控制

試驗(yàn)按照試驗(yàn)大綱要求進(jìn)行，試驗(yàn)起始轉(zhuǎn)速和時(shí)間的長(zhǎng)短、負(fù)荷加速的快慢和大小、滑油的壓力大小與溫度控制、冷卻淡水的壓力大小與溫度控制等，與拉缸和軸瓦的燒蝕沒有直接關(guān)系;

（6）冷卻油管的構(gòu)造

該機(jī)型活塞頂部的冷卻、活塞頭部的冷卻、活塞銷的潤(rùn)滑和冷卻、缸套的潤(rùn)滑和冷卻，僅由缸套底部（靠后方）的唯一一根油管向上噴油來(lái)滿足。如果該油管噴油到活塞底部的其中一個(gè)上油孔，而后通過(guò)活塞內(nèi)部到達(dá)冷卻腔，從而達(dá)到對(duì)活塞頂部、活塞頭部的冷卻、活塞銷的潤(rùn)滑和冷卻，但無(wú)法對(duì)缸套進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻;同樣，如果該油管沒有直接噴油到活塞底部的其中一個(gè)上油孔，噴油將為散狀，可直接噴油對(duì)缸套進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻，但會(huì)影響到上活塞冷卻腔的油量，無(wú)法滿足活塞頂部的冷卻、活塞頭部的冷卻、活塞銷的潤(rùn)滑和冷卻。由此可知，這樣的設(shè)計(jì)存在缺陷，無(wú)法同時(shí)滿足活塞、缸套的冷卻和潤(rùn)滑功能，活塞的過(guò)熱、拉缸也就成為了必然。

（7）兩孔活塞結(jié)構(gòu)

該機(jī)型活塞底部有兩個(gè)供滑油進(jìn)出的邊小孔，其中一個(gè)供滑油進(jìn)，另一個(gè)供滑油出;但同時(shí)在活塞的中部還有一個(gè)孔，是使活塞腔中的滑油流出去潤(rùn)滑活塞銷的（見圖1）。

現(xiàn)場(chǎng)人員在現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了該機(jī)型的改進(jìn)型活塞（見圖2）。該活塞只有一個(gè)供滑油進(jìn)的邊小孔（對(duì)準(zhǔn)噴射油管），活塞的中部同樣有一個(gè)孔，是供潤(rùn)滑活塞銷的。該改進(jìn)型活塞是廠家對(duì)原設(shè)計(jì)的改進(jìn)，目的是保證活塞銷的潤(rùn)滑和冷卻，但本機(jī)卻無(wú)使用。

顯而易見，兩孔活塞對(duì)活塞銷的潤(rùn)滑和冷卻比改進(jìn)型一孔活塞的效果差。兩個(gè)孔活塞的潤(rùn)滑和冷卻，在柴油機(jī)空車運(yùn)轉(zhuǎn)或低負(fù)荷時(shí)尚能滿足，但當(dāng)柴油機(jī)在高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)或加速太快時(shí)，活塞銷的潤(rùn)滑和冷卻就無(wú)法保證，活塞的過(guò)熱也就成為了必然，這也是活塞的過(guò)熱的主因。

（8）非飛濺潤(rùn)滑方式

傳統(tǒng)的桶型活塞柴油機(jī)，特別是國(guó)外成熟的機(jī)型均采用飛濺潤(rùn)滑方式來(lái)滿足活塞和缸套的冷卻和潤(rùn)滑，實(shí)踐證明效果良好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，拉缸現(xiàn)象不常發(fā)生。而本機(jī)型由于采用干式油底殼設(shè)計(jì)，曲拐和連桿大端及軸承不能浸泡在滑油中，回到油底殼的滑油迅速又回到循環(huán)柜，故不具備飛濺潤(rùn)滑的條件，所以2#發(fā)電機(jī)機(jī)型只能采用圖2所示的桶型活塞，無(wú)法使用飛濺潤(rùn)滑構(gòu)造的活塞。

在第一次拉缸機(jī)損事件中，由于活塞是非飛濺潤(rùn)滑構(gòu)造，當(dāng)#5缸發(fā)生拉缸現(xiàn)象時(shí)，勢(shì)必會(huì)加大其它缸連桿大端軸承的負(fù)荷，連桿大端軸瓦的白合金已經(jīng)部分燒蝕或部分粘貼在曲拐上，只是尚未完全抱死還可以轉(zhuǎn)車，這樣就埋下了機(jī)損再次發(fā)生的隱患和缺陷;而#3缸的連桿大端軸承，是燒蝕較嚴(yán)重的一個(gè)。所以軸瓦的燒毀、曲拐的損傷也就成為了必然。

綜上所述，由于該機(jī)型活塞存在的設(shè)計(jì)缺陷與不足，活塞、活塞銷、缸套無(wú)法同時(shí)得到潤(rùn)滑和冷卻，是造成本次#2發(fā)電機(jī)拉缸機(jī)損事故的真正原因。

4? ? 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述的技術(shù)分析，全部換新成只有一個(gè)供滑油進(jìn)的邊小孔的改進(jìn)型活塞，見圖2，在曲軸修復(fù)后整機(jī)裝復(fù)進(jìn)行第三次試驗(yàn)。在各種工況下、各運(yùn)動(dòng)部件及軸承溫度，排氣溫度正常，#2發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀況參數(shù)指標(biāo)正常。由此印證了機(jī)損現(xiàn)象技術(shù)成因分析的準(zhǔn)確性，從而徹底消除了#2發(fā)電機(jī)存在拉缸的隱患。通過(guò)此次的實(shí)際案例分析，發(fā)現(xiàn)了該機(jī)型活塞潤(rùn)滑設(shè)計(jì)存在缺陷和不足，希望能夠給廠家提供改進(jìn)設(shè)計(jì)幫助，同時(shí)也給同機(jī)型的船舶管理和修理工作提供經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，防止此類機(jī)損事故再次發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1] MAN 5L20/27柴油機(jī)說(shuō)明書.

[2] 韓雪峰，修長(zhǎng)發(fā).船舶柴油機(jī)[M]. 北京：人民交通出版社.