船用柴油機(jī)拉缸故障分析

張立平

摘 要：船用柴油機(jī)被用作船舶推進(jìn)動(dòng)力，具有熱效率高、經(jīng)濟(jì)性好、啟動(dòng)容易等優(yōu)勢，對(duì)各類船舶有很大的適應(yīng)性。本文分析船用柴油機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)拉缸故障的原因，并提出了拉缸故障的預(yù)防和處理措施，以期實(shí)現(xiàn)船用柴油機(jī)的長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī);拉缸;處理

中圖分類號(hào)：U664.121文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）14-0053-03

Failure Analysis of Cylinder Scoring of Marine Diesel Engine

ZHANG Liping

（Xiamen Tonghai Shunda Shipping Engineering Co.， Ltd.，Xiamen Fujian 361000）

Abstract： Marine diesel engines are used as propulsion power for ships， which have the advantages of high thermal efficiency， good economy， and easy start-up， and have great adaptability to various types of ships. This paper analyzed the causes of cylinder pull failures during operation of marine diesel engines， and put forward the prevention and treatment measures of cylinder pull failures in order to achieve long-term safe and stable operation of marine diesel engines.

Keywords： diesel engine;cylinder scoring;treatment

船用柴油機(jī)是民用船舶、中小型艦艇和常規(guī)潛艇的主要?jiǎng)恿?，其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)出現(xiàn)拉缸故障。拉缸現(xiàn)象持續(xù)發(fā)展，會(huì)導(dǎo)致活塞和氣缸壁之間的黏著，輕則危害活塞和氣缸，重則卡住活塞并卡在缸套里，使得主機(jī)停轉(zhuǎn)而曲軸不動(dòng)，引發(fā)活塞和連桿斷裂，損壞機(jī)器部件，造成重大事故。假如能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，排除故障，則可以避免更大的危害和損失。因此，有必要研究主機(jī)拉缸事故的形成原因，尋找初期征兆，采取正確的處理辦法，加強(qiáng)柴油機(jī)操作管理，提高柴油機(jī)安全運(yùn)行的可靠性和使用年限，增強(qiáng)輪機(jī)人員的故障診斷能力。

1 拉缸現(xiàn)象和形成機(jī)理

1.1 常見的柴油機(jī)拉缸現(xiàn)象

拉缸是指活塞裙、環(huán)、缸套三者往復(fù)運(yùn)動(dòng)而形成的表面摩擦損壞。此時(shí)，運(yùn)動(dòng)部位的潤滑油膜受到局部破壞，柴油機(jī)多會(huì)出現(xiàn)劃傷、拉缸和咬缸等現(xiàn)象。從廣義看，三者均屬于拉缸故障[1]。

船用柴油機(jī)出現(xiàn)拉缸現(xiàn)象時(shí)，無論是外部還是內(nèi)部都會(huì)有一些異常的跡象，人們可以通過聽、觸、嗅、看等方法來觀察[2]。例如，氣缸冷卻水出口溫度和活塞冷卻液出口溫度明顯升高;可以聽到活塞環(huán)與氣缸壁間干摩擦的異常聲響，發(fā)動(dòng)機(jī)聲音悶沉，有嗒嗒或吭吭的異常響聲;曲軸箱和掃氣箱的溫度會(huì)升高，嚴(yán)重的甚至?xí)袩煔猱a(chǎn)生。壓縮和做功的行程中會(huì)發(fā)生串氣或串機(jī)油的現(xiàn)象，使得耗油量增加;排氣溫度和潤滑油的溫度明顯提高，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，功率下降。

1.2 發(fā)生拉缸現(xiàn)象的機(jī)理

活塞、氣缸、氣缸蓋等部件組成封閉的燃燒室[3]。其工作環(huán)境極為惡劣，受到高溫、高壓、化學(xué)腐蝕和燒蝕的作用，高速運(yùn)轉(zhuǎn)，承受著燃?xì)鈮毫屯鶑?fù)力所帶來的負(fù)荷。如果保養(yǎng)不好，拉缸故障的出現(xiàn)可能沒有預(yù)兆。研究表明，在混合潤滑模型的狀態(tài)下，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞和氣缸有時(shí)處在流體潤滑狀態(tài)，有時(shí)處在邊界潤滑狀態(tài)。拉缸故障的內(nèi)部成因是活塞環(huán)、壁和環(huán)三者互相作用，受某種因素影響，潤滑油膜變稀薄或受到破壞，如果潤滑條件不好，其會(huì)出現(xiàn)干摩擦或半干摩擦，將會(huì)形成高溫黏著磨損。

氣缸套和活塞兩者間的潤滑油膜惡化斷絕是形成拉缸的必要條件。氣缸套和活塞間的油膜萬一斷絕，二者間表層的金屬由原本的液體摩擦變?yōu)楣腆w干摩擦或半干摩擦，這是因?yàn)槟Σ粮北砻娴目焖龠\(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生熱量，這些熱量不斷累積，形成的溫度會(huì)高出金屬熔點(diǎn)，引發(fā)三者表面產(chǎn)生細(xì)微熔化，劃落并最后連接在一塊。假如油膜能及時(shí)修復(fù)，進(jìn)行清洗和冷卻，溫度下降后，細(xì)小的部分熔著不會(huì)因脫落而擴(kuò)展。假如油膜恢復(fù)緩慢，那擴(kuò)展的部分將導(dǎo)致大規(guī)模的異常磨損，而缸壁、活塞、活塞環(huán)迅速遭受嚴(yán)重?fù)p壞，缸體表面出現(xiàn)流動(dòng)形態(tài)的熔融，呈現(xiàn)不均勻、又無規(guī)律的邊緣紋痕和褶皺，如果不加以控制而任其繼續(xù)發(fā)展，將會(huì)產(chǎn)生拉缸[4]。

2 預(yù)防和處理措施

2.1 拉缸時(shí)的征兆

氣缸冷卻水出口溫度和活塞冷卻液出口溫度明顯升高;可以聽到活塞環(huán)與氣缸壁間的干摩擦的異常聲響;曲軸箱和掃氣箱溫度升高，甚至有煙氣冒出;當(dāng)曲柄上升到上止點(diǎn)位置時(shí)，如果發(fā)生拉缸，所在的氣缸會(huì)有敲擊聲出現(xiàn)，并且主機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)下降或自行停車。

2.2 影響柴油機(jī)拉缸的原因

形成拉缸的緣故非常多，如布局設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、材料選取、運(yùn)行管理等。實(shí)踐證明，拉缸多為維修不當(dāng)所致。具體地說，以下情況均有可能導(dǎo)致拉缸故障。

2.2.1 氣缸潤滑不良。氣缸注油器供油量調(diào)節(jié)過小;注油管內(nèi)壁因結(jié)炭嚴(yán)重而堵塞;注油管接頭漏油;氣缸套注油孔或布油槽堵塞;注油器出現(xiàn)故障;氣缸油規(guī)格選擇不當(dāng)或與其他不同型號(hào)的潤滑油混合;氣缸油變質(zhì)。

2.2.2 磨合不充分。沒達(dá)到規(guī)定的磨合期，過早投入營運(yùn);磨合期，各缸柴油機(jī)的氣缸各負(fù)荷分配時(shí)間長短不合理，忙于增加更大的負(fù)荷;磨合期運(yùn)行時(shí)，注油器供油量不足。

2.2.3 冷卻不良。冷卻水泵供水不足或中斷;冷卻水腔銹蝕或臟污;冷卻水沒有及時(shí)化驗(yàn)、投藥，水質(zhì)差;冷卻水溫過高;冷卻水中含有大量氣體。

2.2.4 活塞環(huán)斷裂。活塞環(huán)的搭口間隙過小，使活塞環(huán)斷裂[5];天地間隙過小，活塞環(huán)卡死斷裂;搭口間隙過大或磨損嚴(yán)重;環(huán)槽內(nèi)結(jié)炭較多，使活塞環(huán)黏著。

2.2.5 燃用劣質(zhì)油。不完全燃燒致使殘?zhí)吭龆?后燃燒使排氣溫度升高，沒有及時(shí)采取正確的技術(shù)措施;氣缸潤滑油堿性不合適。

2.2.6 長期超負(fù)荷。柴油機(jī)長時(shí)間過負(fù)荷運(yùn)行，熱負(fù)荷增加令機(jī)件過熱。

2.2.7 油底殼大量進(jìn)柴油。唇形密封圈磨損或老化，柴油進(jìn)入齒輪箱轉(zhuǎn)而進(jìn)入油底殼內(nèi)，使油變稀，造成壓力低，從而使活塞和氣缸的冷卻效果和潤滑效果都受到影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐衫坠收稀?/p>

2.2.8 氣缸套與支承孔配合不當(dāng)。以康明斯6BB1型柴油機(jī)為例，其氣缸套與機(jī)體氣缸孔之間應(yīng)該是過盈配合。安裝時(shí)，應(yīng)該采取熱入氣缸套的方式，即將機(jī)體加熱，使其保持在280～290 ℃，把氣缸套有倒角的一端朝向氣缸孔，并插入氣缸孔內(nèi)。這是由于這種筒干式缸套冷卻水腔孔在壁外，冷卻水可以冷卻氣缸孔壁，而剩余的熱量首先通過外壁傳到內(nèi)壁，然后被冷卻水帶走。如果使用外徑尺寸偏小的氣缸套，會(huì)造成氣缸套表面溫度過高，導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)發(fā)生拉缸事故。

2.2.9 活塞環(huán)選取不當(dāng)。假如選擇的搭扣間隙尺寸過小，受缸內(nèi)高溫氣體膨脹的影響，活塞環(huán)會(huì)受熱膨脹，但又被氣缸限制不能自由伸展，只能向開口間隙處蔓延[6]。假如開口沒有間隙，同時(shí)繼續(xù)擴(kuò)大，將會(huì)出現(xiàn)壓碎破壞或斷環(huán)，最終造成拉缸現(xiàn)象。

2.2.10 潤滑油冷卻器工作狀況不良。例如，滑油冷卻器墊破裂后，進(jìn)油通道和回油通道連通，油壓低，活塞不能有效冷卻和潤滑，造成拉缸。

2.2.11 冷卻液的添加不符合要求。以康明斯6BT5.9型柴油機(jī)為例，根據(jù)使用規(guī)定，冷卻液應(yīng)使用長效防凍液。但此液長期使用也會(huì)使水分散失，這時(shí)應(yīng)按要求添加蒸餾水，不能用自來水或含有其他雜質(zhì)成分的水來代替。否則，柴油機(jī)冷卻水道會(huì)堆積雜質(zhì)，形成水垢[7]。水道積垢后會(huì)變窄，影響柴油機(jī)冷卻水的循環(huán)效果，降低柴油機(jī)的冷卻性能，致使柴油機(jī)溫度偏高而造成拉缸。

2.2.12 忘記安裝活塞銷卡簧或者卡簧的彈性不夠?？ɑ傻淖饔檬强ㄗ』钊N，預(yù)防活塞銷沿其軸向竄動(dòng)。若維修時(shí)忽略安裝卡簧，活塞銷將會(huì)因軸向位移劃傷氣缸壁，進(jìn)而造成拉缸。此外，假如活塞銷卡簧失去彈性或彈性不足，同時(shí)繼續(xù)使用該卡簧，很可能因卡簧脫落而導(dǎo)致活塞銷刮傷氣缸壁。

2.2.13 活塞銷與活塞銷座孔配合太緊。造成活塞軸向變形，使平行于活塞銷方向的直徑增大，垂直于活塞銷方向的直徑減小，也易導(dǎo)致拉缸事故的出現(xiàn)。

2.2.14 連桿螺栓松動(dòng)。柴油機(jī)連桿和活塞之間出現(xiàn)缺口松動(dòng)后，會(huì)形成沖擊載荷和塑形變型連桿彎曲引起的氣缸拉缸。

2.2.15 沒有按照操作規(guī)程辦事。柴油機(jī)未經(jīng)過預(yù)熱，在冷卻狀態(tài)即強(qiáng)行啟動(dòng)并立即高速運(yùn)轉(zhuǎn)，也易引起拉缸。

2.3 預(yù)防拉缸的措施

在值勤過程中，值班輪機(jī)員應(yīng)該首先加強(qiáng)對(duì)柴油機(jī)的管理，特別是檢查主機(jī)的排氣溫度、壓力、油位、水位是否正常。如果發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)恢復(fù)調(diào)整。啟動(dòng)新的或經(jīng)過大修后的柴油機(jī)時(shí)，首先要進(jìn)行磨合，維持良好的潤滑條件，并根據(jù)主機(jī)轉(zhuǎn)速由低速到高速、負(fù)荷從小到大的漸進(jìn)原則，投入正常的運(yùn)行狀態(tài)。要根據(jù)制造商提供的說明書，正確選用活塞裙部與氣缸套之間的間隙、活塞環(huán)的開口間隙、搭扣間隙等。在修理時(shí)，要確?；钊黄?，同時(shí)確保氣缸套尺寸的精度[8]。

加大對(duì)冷卻系統(tǒng)的日常維護(hù)保養(yǎng)力度，保證柴油機(jī)在合適的溫度環(huán)境下工作。在柴油機(jī)運(yùn)行的過程中，人們應(yīng)當(dāng)隨時(shí)觀察冷卻水的溫度及冷卻效果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問題，同時(shí)使冷卻水的液位保持在一定范圍內(nèi)。液位不足時(shí)，應(yīng)立即添加，必要時(shí)可投入添加劑而使水質(zhì)軟化，減少發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)件上有害物質(zhì)和水垢的形成、中和酸性物質(zhì)、減少腐蝕、改善水質(zhì)，確保冷卻水的質(zhì)量。要按期對(duì)冷卻器和海底門的濾網(wǎng)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

潤滑系統(tǒng)保持良好，可有效地防止積炭和機(jī)械雜質(zhì)對(duì)氣缸套的磨損。人們要加強(qiáng)燃油系統(tǒng)管理，定期檢查油位和日用油箱的排泄放殘，合理使用燃料添加劑，減少燃料殘?jiān)?，確保柴油機(jī)運(yùn)行正常。同時(shí)，要合理調(diào)整柴油機(jī)供油提前角和噴油提前角，防止過早噴油而導(dǎo)致燃燒異常，避免氣缸壁有不完全燃燒產(chǎn)物混入潤滑油膜，減少缸壁磨損。

人們要合理使用和操作柴油機(jī)，避免使其長期超負(fù)荷運(yùn)行或怠機(jī)運(yùn)行。柴油機(jī)在啟動(dòng)時(shí)必須暖機(jī)一段時(shí)間，當(dāng)溫度上升到額定溫度時(shí)才可以加大負(fù)荷運(yùn)行，否則很容易出現(xiàn)事故。柴油機(jī)長時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，油溫不斷上升，潤滑油的黏度降低，油膜難以形成，最終可能導(dǎo)致氣缸拉缸。如果空閑時(shí)間太長，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速下降，溫度偏低，容易造成低溫腐蝕，加快氣缸套的磨損。在冷機(jī)啟動(dòng)時(shí)，禁止猛然增大柴油供應(yīng)量，避免柴油機(jī)剛剛啟動(dòng)就馬上全負(fù)荷運(yùn)行。

2.4 拉缸的應(yīng)急處理措施

初期檢測到拉缸的征兆時(shí)，值班輪機(jī)員要先增大氣缸的注油量。假如溫度沒有明顯下降，則可以選擇封缸運(yùn)行，同時(shí)增大活塞的冷卻，主機(jī)降速運(yùn)行，直到溫度下降到正常水平。當(dāng)發(fā)生拉缸故障時(shí)，要立即降低柴油機(jī)的運(yùn)行速度，怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，然后停止，并立刻轉(zhuǎn)車。此時(shí)，應(yīng)增加活塞的冷卻，增大冷卻液的流量，但不能同時(shí)提高缸套冷卻水的流量。

假如發(fā)現(xiàn)活塞發(fā)生咬死現(xiàn)象而短時(shí)間內(nèi)不能轉(zhuǎn)車，可以冷卻活塞一段時(shí)間后再對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)車操作。如果采取上面說明的方法還不能繼續(xù)轉(zhuǎn)車，可將煤油注入活塞和氣缸壁之間，等過段時(shí)間煤油滲透充分后再進(jìn)行轉(zhuǎn)車[9]。如果仍然沒有效果，可用專門配備的專用工具拆卸出海底螺帽或曲軸銷軸承蓋，并用起重機(jī)把活塞吊出來，同時(shí)持續(xù)加注煤油。

當(dāng)活塞被吊出來后，認(rèn)真檢查活塞環(huán)有無損壞，如果發(fā)現(xiàn)損壞，應(yīng)及時(shí)將其更換，同時(shí)將受損氣缸套出現(xiàn)的拉痕進(jìn)行修復(fù)，用油石進(jìn)行磨光[10]。在重新安裝時(shí)，特別要注意管與接頭或孔之間的密封。如果更換了新部件，首先要對(duì)其進(jìn)行拋光磨合。對(duì)無法修復(fù)的拉缸故障，可采取封缸運(yùn)行的方法進(jìn)行處理。

3 結(jié)論

柴油機(jī)是船舶的動(dòng)力裝置，是船舶最重要的部位，它的運(yùn)行性能和工作環(huán)境都直接影響船舶的機(jī)動(dòng)性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。而引起拉缸的因素眾多，有些簡單，有些比較復(fù)雜，如果處理不當(dāng)或不及時(shí)，將會(huì)加深部件的損壞，甚至影響船舶的安全。因此，在船舶航行中，如果船用柴油機(jī)出現(xiàn)拉缸故障，人們要注意其所產(chǎn)生的現(xiàn)象及征兆，迅速并冷靜地做出決定，制定出合理有效的措施。

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