某型柴油机曲轴异常损伤原因浅析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 某型柴油机曲轴异常损伤原因浅析 摘 要：曲轴是柴油机中技术要 求高，造价较昂贵的部件之一，由于其 工作中承受较大的周期性的交变载荷， 从而容易出现磨损。本文通过对某型柴 油机曲轴和连杆大端轴瓦磨损状况的讲 述，对其磨损的原因进行了分析，并以 此为据提出了相应的对策。 中国论文网 /8/view-12926947.htm 关键词：柴油机；曲轴；轴瓦； 异常损伤；原因；对策 1.引 言 Xx 公司“xx ”是一艘大型的电 力推进工程船，其发电原动机采用 xx 型柴油机。该机型也是 xx 公司首次采 用的大型发电机组柴油机，我们对该机 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 型缺乏足够的了解，没有足够的维修经 验。虽然主机厂推荐的大修周期为 1200020000 小时。考虑到该发电机的 实际工况比较恶劣（长期低负荷运行且 负荷突变频繁） ，仅凭外部观察到的运 行参数，我们并不能对柴油机内部结构 如缸套、活塞环、活塞、曲轴、轴瓦等 重要部件状态进行准确判断，为确保设 备的安全运行，我们把第一次大修的时 间定在厂家推荐的下限，即 12000 小时， 以便尽早掌握柴油机内部的状况，及时 发现可能存在的缺陷，并随时根据设备 实际情况进行更好的维护和保养。 2.故障现象 首先对 2 号柴油机进行大修（总 运行时间：13320 小时） ，在拆除了每缸 的连杆大头并把活塞吊出后，初步检查， 发现每一缸的曲柄销在和轴瓦接触的同 一位置均有一个气蚀点，大小约 15x15mm，最深处约 0.2mm，气蚀点距 离曲柄销大约 12 厘米；在曲柄销中间 位置有连续的浅拉痕。每个连杆大端轴 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 瓦都有较严重的磨损及气蚀，下瓦的表 面金属层已大部分磨损脱落。曲轴及连 杆瓦气蚀点如下图所示： 2 号柴油机曲柄销气蚀点 连杆大 端轴瓦气蚀点 经检测，发现：每缸出现气蚀点 的位置基本相同，气蚀点距离曲柄销大 约 12 厘米，最宽处约 15mm，最深点 约下沉 0.2mm，除此之外，各曲柄销的 圆度、圆柱度均正常，没有其他异常磨 损。 3.原因分析 该柴油机仅运行了 13320 小时， 每缸曲柄销上都出现气蚀点，这是不同 寻常的现象，对此，我们分析如下： 柴油机工作时，气缸内的压力在 不断变化，就产生了不稳定载荷，使曲 轴的轴颈在径向迅速通过工作行程时， 其后面间隙扩大，在这较短的时间内， 附近的油流不能迅速加以补充，形成了 真空。随后润滑油进入真空区，便会形 成空泡，且迅速破灭，造成了对曲轴和 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 轴瓦表面起破坏作用的冲击波，产生气 蚀破坏。同时由于不稳定载荷使曲轴上 的载荷产生波动，载荷波动的频率和幅 度对气蚀的产生有着较大的影响，频率 波动越高，波动幅度越大，就越容易产 生气蚀。 曲轴的曲柄销上有进出油孔，以 便润滑轴颈和连杆大端轴承，当有压力 的润滑油通过油孔时，油流被油孔边缘 迅速地切断，油流因惯性作用而继续流 动，在切断处产生真空，形成空泡；通 过油的回流或偏离 1800 油孔位置时又 开始供油，重新建立的压力使空泡破灭， 形成了对曲轴和轴瓦表面的冲击破坏作 用。这种真空程度越高，生成的空泡越 大，破灭时产生的冲击速度就越快，破 坏性也就越强。 该柴油机作为起重工程船上的发 电原动机，为起重机等设备提供电力， 由于工程船使用上的特殊性，经常处于 空车或长期低负荷运行的状态，而且负 荷突变频繁。这些都会造成柴油机工况 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 不稳定，从而导致曲轴和轴瓦中滑油压 力波动。当轴瓦中某一局部滑油压力降 低时，溶解其中的气体就可能析出形成 气泡，这些气泡受到曲柄销和连杆瓦的 挤压作用而破灭，周围的液体以极高的 速度冲向气泡，产生高压冲击波，形成 气蚀。如此长期反复作用，从而在曲柄 销和连杆瓦表面某一集中区域形成金属 疲劳剥落。 拆出的 2 号柴油机连杆大端下瓦 在中间油孔旁边有 2 个明显的气蚀点， 这个位置和曲柄销气蚀点的位置刚好重 合。根据曲柄销及轴瓦气蚀点重合时的 位置分析，应该是在下死点前的某个角 度。2 号柴油机拆出的连杆大端下瓦在 中间部位没有油孔或油槽，轴瓦的两端 都有多个油孔，轴瓦两端的油孔不相贯 通。工况变化时，在曲柄销和连杆瓦的 某一局部区域，滑油来不及及时补充， 出现局部负压面而产生气泡，并且顺着 滑油流动方向，轴瓦末端附近区域是滑 油流体特性最差区域，容易出现负压， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 因而最容易产生气蚀。 注意到柴油机厂家提供的随机备 件中柴油机连杆大端下瓦结构与我们拆 出的连杆大端下瓦有所不同，新的下瓦 油槽贯穿整个轴瓦。 这应该是柴油机厂家已经注意到 该型柴油机轴瓦存在的问题而做出改进。 综上所述，我们认为这个气蚀点 应该是因为 2 号机轴瓦的结构造成的， 而发生气蚀的时刻应该是作功冲程末排 气阀提前打开的时刻。 4.处理措施 考虑到各曲柄销的圆度、圆柱度 均正常，没有其他异常磨损，气蚀点范 围不大，我们首先对每一缸曲柄销上的 气蚀点，尽可能地用各种适合的油石和 砂布慢慢打磨，去除粗糙的表面，恢复 其光滑度。为避免应力集中，气蚀点和 曲柄销的分界面打磨成圆弧过渡，抛光 气蚀点口边，使其获得光滑的圆弧过渡。 随后我们对修整过的曲轴进行磁粉探伤， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 在反复多次探伤确认没有隐藏的裂纹后， 结束对曲轴的修理。 整机大修结束后，我们试车 10 分钟后打开道口盖检查曲柄连杆机构正 常，装复道口盖再次试车 2 小时，无异 常，加载使用 100 小时候，我们再拆检 连杆大端轴瓦，轴瓦、曲柄销正常。该 发电机转入正常使用。 5.后续机器的检修情况 随后又对该船 4 号柴油机进行大 修，大修过程中却没有发现和 2 号柴油 机同样的故障现象。2 号和 4 号柴油机 的机型一样，平时管理、维护保养、运 行时间以及运行工况都基本相同，唯一 不同的是两台机连杆大端轴瓦的下瓦在 结构上有点不一样，2 号柴油机的连杆 大端下瓦在径向的中间部位没有油孔或 油槽，4 号机连杆大端下瓦却采用的是 改进型的轴瓦，其油槽贯穿整个轴瓦。 连杆大端轴瓦结构形式不一样，拆检的 结果也完全不同。这也从侧面印证了我 们的分析是正确的。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅