《第一节船机故障》PPT课件.ppt

1、9:51武汉海事学校 杨界1 第一节 船机故障及船舶维修体系 主讲 杨界 9:51武汉海事学校 杨界2 一、船机故障 (一)船机故障分类、故障原因及征兆 机械故障: 机械系统(零件、组件、部件或整台设备乃至一系 列的设备组合)因偏离其设计状态而丧失部分或全 部功能的现象。 引起系统立即丧失其功能的破坏性故障。 与设备性能降低有关的性能上的故障。 设备正常运转时，操作者无意或蓄意使设备脱 离正常运转时的故障。 9:51武汉海事学校 杨界3 故障的表现形式: 主机起动不起来 拉缸 曲轴折断 1.船机故障分类 常见的故障分类方法 9:51武汉海事学校 杨界4 (2)按故障原因分类: 1)结构性故障。

2、如柴油机气缸套上部凸缘根部因 设计上受力不当和制造工艺不良引起的凸缘根 部多发性裂纹，甚至缸套断裂。 2)工艺性故障。例如，轴系校中安装质量不良引 起的轴系振动、轴承发热或过度磨损等。 3)磨损性故障。例如，由于过度磨损活塞-气缸间 隙过大而产生敲缸、窜气等故障。 4)管理性故障。例如，滑油长期不化验、不更换， 变质滑油引起轴承合金熔化的故废。 9:51武汉海事学校 杨界5 (1)按故障的技术性原因分类 磨损性故障： 运动部件磨损，在某一时刻使其性能参数超过极限值所 引起的故障。 磨损: 机械在工作过程中，互相接触做相互运动的对偶表面， 在摩擦作用下发生尺寸、形状和表面质量变化的现象。 例如：

3、由于过度磨损使气缸套与活塞之间间隙过大而产 生敲缸、窜气；轴与轴承之间过度磨损导致的轴承间隙 过大等故障。 9:51武汉海事学校 杨界6 腐蚀性故障： 由于化学腐蚀、电化学腐蚀或者物理腐蚀使零件 失去原有尺寸精度或者几何形状发生变化而产生 的故障。 例如：柴油机气缸套和活塞冷却水腔的电化学腐 蚀；排气阀的高温化学腐蚀等。 9:51武汉海事学校 杨界7 断裂性故障： 船机设备因材料性质不均匀、加工工艺处理不当、承受 过载或者撞击而导致的故障。 例如：地脚螺栓因紧固程度不够而产生的断裂；气缸盖 因热应力和机械应力周期作用引起热疲劳或机械疲劳或 高温疲劳而产生的裂纹等。 老化性故障： 因腐蚀、磨损、

4、疲劳等综合因素作用于船机设备，使其 性能老化所引起的故障。例如：机座活动垫块的老化等。 9:51武汉海事学校 杨界8 (2)按故障的性质分类 人为故障: 管理、操作人员的行为过失或制造和安装不良引 起的故障。 在船上它已占80以上，为故障的主要原因。 例如：在没有开启主机滑油泵的情况下，起动主 机，导致的轴瓦烧蚀； 轴系校中不良引发的轴系振动、断轴等事故。 9:51武汉海事学校 杨界9 (2)按故障的性质分类 自然故障: 船舶机械工作环境变坏，使用条件恶劣，结构和材料的 缺陷造成的故障。 分为正常自然故障和异常自然故障， 正常自然故障：一般具有规律性， 如设备的正常磨损，老化导致的故障； 异常

5、自然故障：一般具有偶然性， 如结构和材料的缺陷造成引起的故障，如船用柴油机中 的热应力问题等。 9:51武汉海事学校 杨界10 (3)按故障发生、发展的进程分类 突发性故障: 各种不利因素和偶然外界影响的共同作用超出了设备所 能承受的限度而突然发生的故障。 这类故障一般无明显征兆，依靠事前检查或监视不能预 知的故障。 例如：螺旋桨桨叶折断、主机自动停车、舵机转舵突然 失灵等。 9:51武汉海事学校 杨界11 渐进性故障: 在长时间的运转过程中，由于设备中某些零件的技术指 标逐渐恶化，最终超出允许范围或极限而引发的故障。 这类故障的发生与设备零件的磨损、腐蚀、疲劳等密切 相关，可通过连续的状态检

6、测来有效地防止故障发生。 一般发生在设备零件有效寿命的后期；有规律，可预防； 故障发生的概率与设备运转时间有关。 例如：柴油机气缸套与活塞环之问的磨损；管路的腐蚀 穿孔；密封橡胶因老化漏气、漏油等。 9:51武汉海事学校 杨界12 波及性故障(二次故障): 船机设备的某种故障引发的更大的故障，无法预测和防 止。 例如：柴油机连杆螺栓脱落或断裂引起连杆、活塞气缸 套和气缸盖甚至机体的破坏，俗称连杆蹬腿等。 断续性故障: 设备在某一时间成故障状态，而在另一时间功能又自行 恢复的故障，故障反复发生。 例如船上电气设备开关接触不良等。 9:51武汉海事学校 杨界13 (4)按故障对船舶的营运和影响程度

7、分类 船舶不停航的局部故障 局部故障导致船机设备的功能部分丧失，或船机 附属系统设备故障，不需要停航修理，航行中进 行故障处理。 例如：更换主机某缸的喷油泵；对主机备用滑油 泵或者淡水泵的拆卸、修理等。 9:51武汉海事学校 杨界14 船舶短时间停航的重大事故 严重的故障使船机设备的功能丧失，必须停航争 取短时间内船员自修，采用更换备件等措施排除 故障。 例如：主机某缸发生较严重的拉缸故障，停机检 修或者实施封缸措施，修后继续航行。 停航时间规定： 货船不超过6 h；客船不超过2 h。 9:51武汉海事学校 杨界15 船舶长时间停航 全局性异常严重的故障导致船机设备的功能丧失， 造成船舶丧失航

8、行的能力，需要进厂进行长时间 的维修。 例如：主机曲轴断裂；艉轴或者中间轴断裂；船 舶搁浅；船体破坏等。 按故障发生的时间分为早期故障、使用期故障 (随机故障)和晚期故障(老化期故障)； 按故障的损伤程度分为允许故障和不允许故障等。 9:51武汉海事学校 杨界16 2.故障原因及征兆 故障原因分内因和外因两种， 故障的外因:工作应力、环境应力、人为因素和 时间。 故障的内因（故障机理）: 导致机械故障的物理、化学或机械过程。 一般情况下故障的原因可分为四个部分： 自然损坏，使用维护不当，修理质量不高和设计、 制造方面的缺陷。 9:51武汉海事学校 杨界17 (1)自然损坏 磨损、腐蚀、疲劳等因

9、素而使设备零部件尺寸、 形状和质量发生的变化，破坏设备原有的工作状 态而导致的故障。 9:51武汉海事学校 杨界18 (2)使用维护不当 在使用中，未严格按照操作规程进行操作，甚至 违章操作；维护不当或缺少维护而造成设备零部 件的损坏，引起的船舶故障。 例如：在主机备车时，对主机的预润滑不够；未 及时地检查、添加或更换机油，造成机油数量不 符合标准、机油变质；不及时清洗滑油冷却器、 空气滤器等，使其流通阻力增大引发故障等。 9:51武汉海事学校 杨界19 (3)修理质量不高 船用设备的零部件在维修时，从分解、清洗、检验、维 修到装配等各个环节，均有严格的技术标准和要求。如 不注重维修质量，则会

10、造成设备工作中出现故障，浪费 物力、财力。 常见的有：主机气阀间隙过大，敲缸严重，喷油泵针阀 的研磨等。 提高维修质量的有效途径： 严格修理规范、改进维修设备、提高维修技能、加强对 维修的检查和验收等方法。 9:51武汉海事学校 杨界20 (4)设计、制造方面的缺陷 零部件在设计、制造方面存在缺陷，在使用过程 中突然或逐渐暴露出来，造成设备的故障。 例如：主要铸件(气缸盖、气缸体等)存在砂眼、 细小裂纹； 运动件(连杆、曲轴等)的强度和刚度过小， 9:51武汉海事学校 杨界21 船用设备产生故障的征兆 : 工作状态突变。 设备的工作状态突然出现不正常现象。 例如： 主机转速突然增加或减少； 主

11、机熄火后不能起动； 滑油泵出口压力突然降低等。 9:51武汉海事学校 杨界22 异常响声 设备在运转过程中出现非正常声响，故障的“报 警器”， 船上管理人员应该降速或者停车检查，切不可让 设备“带病作业”。 例如:主机在运转过程中出现“铛、铛”的异常 响声，则有可能敲缸；泵出现“哗啦、哗啦 的响声，则有可能轴套松动；增压器出现刺耳的 呜叫声等。 9:51武汉海事学校 杨界23 排气颜色不正常 排烟的颜色变黑、变蓝或变白，排烟不正常。 润滑油上窜到气缸时，尾气呈蓝色； 燃烧不完全时尾气呈黑色； 油中有水时，尾气呈白色。 9:51武汉海事学校 杨界24 过热高温 通常出现在主机排烟管或者油泵、水泵

12、的壳体上。 例如： 主机排烟温度过高，排温表温度单缸过高； 轴承温度过高，可能是冷却不良等。 9:51武汉海事学校 杨界25 渗漏 发动机的燃油、滑油以及压缩空气等的渗漏现象。 燃油泄漏:主机机体上有漏油的痕迹或机舱滑铁 板上有滩状的油迹； 压缩空气漏泄时，明显地听到“嘶嘶”的漏气声 音。 有特殊的气味 在主机或设备运转过程中，闻到一股特殊的气味， 例如：离心泵填料烧焦的味道；电路短路时的焦 糊味。 9:51武汉海事学校 杨界26 (二)故障模式、故障规律 1.故障模式 磨损、变形、断裂(特别是疲劳断裂)和腐蚀。 船机零件的磨损。 固体摩擦表面上物质不断损耗的过程。 表现：物体尺寸或形状的改变

13、、表面质量的变化。 磨损的形式： 黏着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、浸 蚀磨损和微动磨损等。 9:51武汉海事学校 杨界27 磨粒磨损：物体表面与硬质颗粒或硬质凸出物（包括硬 金属）相互摩擦引起表面材料损失。 粘着磨损：摩擦副相对运动时，由于固相焊合作用的结 果，造成接触面金属损耗。 表面疲劳磨损：两接触表面在交变接触压应力的作用下， 材料表面因疲劳而产生物质损失。 腐蚀磨损：零件表面在摩擦的过程中，表面金属与周围 介质发生化学或电化学反应，因而出现的物质损失。 微动磨损：两接触表面间没有宏观相对运动，但在外界 变动负荷影响下，有小振幅的相对振动（小于100m）， 此时接触表面间产生大量

14、的微小氧化物磨损粉末，因此 造成的磨损称为微动磨损 9:51武汉海事学校 杨界28 船机零件的变形。 机械设备由于工况条件恶劣，经常满载或超载工 作，零件产生变形。 零件形状简单，变形的检查和校正较容易。 最典型的例子：曲轴和连杆。 气缸体、变速箱体、机架等形状复杂、相互位置 精度高、测量检查及校正均比较困难的基础件， 9:51武汉海事学校 杨界29 船机零件的断裂 断裂是指物体在机械力、热、腐蚀等单独或联合 作用下，使其本身连续性遭到破坏，从而发生局 部开裂或分成几部分的现象。 疲劳断裂：机械零件在循环应力作用下会发生； 蠕变断裂：在高温持久应力作用下出现； 腐蚀或腐蚀疲劳：在腐蚀环境下产生

15、应力。 断裂是零件失效的重要原因之一。 9:51武汉海事学校 杨界30 船机零件的腐蚀。 腐蚀是金属受周围介质的作用而引起损伤的现象。 腐蚀损伤总是从金属表面开始，然后或快或慢地 往里深入，并使表面的外形发生变化，出现不规 则形状的凹洞、斑点、溃疡等破坏区域。 破坏的金属变为氧化物或氢氧化物，形成腐蚀产 物并部分地附着在表面上。 钢铁零件生锈就是最明显的例子。 9:51武汉海事学校 杨界31 2.故障规律 故障率曲线：一般机械设备的故障率与时间相对 应的寿命特征曲线。 浴盆曲线：多数零件的故障率曲线具有浴盆形状。 三个阶段与三种基本故障类型相对应。 第一阶段为早期故障期，相当于故障率减小型。

16、磨合期：开始的故障率高，但随着时间的推移， 故障率迅速下降。 此期间发生的故障主要是设计、制造上的缺陷 9:51武汉海事学校 杨界32 图图7-1 7-1 常见船机零件的故障率曲线常见船机零件的故障率曲线 9:51武汉海事学校 杨界33 第二阶段为偶然故障期，相当于故障率恒定型。 设备的故障率最低，处于最佳工作状态。 偶然故障期时间的长短，反映了设备有效寿命的 长短， 故障多为设计、使用不当及维修不力产生的。 第三阶段为损耗故障期，相当于故障率增加型。 设备的某些零部件已老化损耗，故障率上升。 拐点P的位置： 及时修复或更换，使故障率降下来，延长其有效 寿命。 9:51武汉海事学校 杨界34

17、图图7-1 7-1 常见船机零件的故障率曲线常见船机零件的故障率曲线 9:51武汉海事学校 杨界35 其他故障率曲线 图7-2(a) 恒定的或者略增的故障率，有明显的磨损 期。 图7-2(b) 缓慢增长的故障率，但没有明显的磨损期。 图7-2(c) 新设备从刚出厂的低故障率，急剧地增长 到一个恒定的故障率。 图7-2(d) 设备的故障率为恒定值，出现的故障常常 是偶然因素造成的。 图7-2(e) 设备开始有高的初期故障率，然后急剧下 降到一个恒定的或者是增长极为缓慢的故障率。 9:51武汉海事学校 杨界36 图图7_2五种故障率曲线图五种故障率曲线图 9:51武汉海事学校 杨界37 设备的故障

18、率应该是图7-2所示的五种曲线中的 一种或者几种的合成， 浴盆曲线则可看做图7-2(a)、图7-2(d)和图7- 2(e)的合成。 设备故障率取决于设备的复杂性， 设备越复杂，其故障率越是接近于图7-2(d)和7- 2(e)。 9:51武汉海事学校 杨界38 图图7_2五种故障率曲线图五种故障率曲线图 9:51武汉海事学校 杨界39 (三)故障的影响因素 1.影响磨损的因素 零件材料、运转条件、几何因素、环境因素等， 防止或减少磨损方法： 选择合适的润滑剂， 选择正确的使用材料， 在制造零件时进行表面处理和合理的结构设计， 改善其工作条件， 正确的使用和维护。 9:51武汉海事学校 杨界40

19、表表7-1 7-1 影响磨损的因素影响磨损的因素 材料材料运转条件运转条件几何因素几何因素环境因素环境因素 成分成分载荷压力载荷压力面积面积总的润滑剂量总的润滑剂量 组织结构组织结构速度速度形状形状污染情况污染情况 弹性模量弹性模量滑动距离滑动距离尺寸大小尺寸大小外界温度外界温度 硬度硬度滑动时间滑动时间表面粗糙度表面粗糙度外界压力外界压力 润滑剂类型润滑剂类型循环次数循环次数间隙间隙湿度湿度 润滑剂黏度润滑剂黏度表面温升表面温升对中性对中性空气成分空气成分 工作表面物理和化学性工作表面物理和化学性 质质 润滑膜厚度润滑膜厚度刀痕刀痕 9:51武汉海事学校 杨界41 2.影响变形的因素 主要是

20、零件的应力超过材料的屈服强度所致， 影响因素： (1)外载荷 当外载荷产生的应力超过材料的屈服强度时，则 零件将产生过应力永久变形。 这种现象在工况条件恶劣、经常满载或超载工作、 频繁制动、停车和起动，有振动和冲击、结构布 置不合理等情况下很容易出现。 9:51武汉海事学校 杨界42 (2)温度 温度升高，材料屈服强度降低； 当温度超过一定程度时，在一定温度和应力作用 下，随着时间的增加，金属材料将缓慢地发生塑 性变形(蠕变)； 零件受热不均，各处温差较大，会产生较大的热 应力和内应力而引起零件变形。 9:51武汉海事学校 杨界43 (3)内应力 有些零件的毛坯为铸件、锻件或焊接件，它们都 有

21、一个从高温冷却下来的过程，必然会产生很大 的内应力。 在切削加工过程中，因装夹、切削力、切削热的 作用，零件表层会发生塑性变形和冷作硬化，因 而产生内应力，也会引起变形。 9:51武汉海事学校 杨界44 (4)结晶缺陷 产生变形的内在原因是材料内部缺陷，如位错、空位等， 特别是位错及其移动和扩散，构成影响变形的主要内在 因素。 零件变形实际上是多次变形累积的结果。 减少变形的相应对策： 设计、加工、修理和使用等方面。 特别是在机械设备大修时，不能只检查配合面的磨损情 况，对于相互位置精度也必须认真检查，以便修复。 9:51武汉海事学校 杨界45 3.影响断裂的因素 (1)局部应力集中 绝大部分

22、疲劳断裂都起源于应力集中严重的部位。 (2)残余应力影响 加工或处理时的塑性变形、热胀冷缩以及组织转 变造成残余应力的。 残余拉应力是有害的，残余压应力是有益的。 渗碳、渗氮、喷丸和滚压等工艺均可以产生残余 压应力，减小断裂可能性。 9:51武汉海事学校 杨界46 渗碳：是对金属表面处理的一种，采用渗碳的多为 低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活 性渗碳介质中，加热到900-950摄氏度的单相奥氏 体区，保温足够时间后，使渗碳介质中分解出的活 性碳原子渗入钢件表层，从而获得表层高碳，心部 仍保持原有成分。 渗碳是指使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再 经过淬火和低温回火，使工件的表面层

23、具有高硬度 和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的 韧性和塑性。 9:51武汉海事学校 杨界47 渗氮，是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表 层的化学热处理工艺。 常见有液体渗氮、气体渗氮、离子渗氮。 传统的气体渗氮是把工件放入密封容器中，通以流动的 氨气并加热，保温较长时间后，氨气热分解产生活性氮 原子，不断吸附到工件表面，并扩散渗入工件表层内， 从而改变表层的化学成分和组织，获得优良的表面性能。 如果在渗氮过程中同时渗入碳以促进氮的扩散，则称为 氮碳共渗。 常用的是气体渗氮和离子渗氮。 9:51武汉海事学校 杨界48 (3)附加载荷的影响 载荷对裂纹的产生和扩展有直接的影响。

24、9:51武汉海事学校 杨界49 4.影响腐蚀的因素 腐蚀的机理是化学反应或电化学作用。 金属腐蚀：化学腐蚀和电化学腐蚀两种。 化学腐蚀：金属与外部电解质作用直接产生化学 反应的结果，腐蚀过程中不产生电流。 外部电介质多数为非电解质物质，如干燥空气、 高温气体、有机液体、汽油、润滑油等。 9:51武汉海事学校 杨界50 电化学腐蚀：金属与电解质物质接触时产生的腐 蚀。腐蚀过程中有电流产生。 按照所接触环境的不同，可把电化学腐蚀分为： 大气腐蚀、土壤腐蚀、在电解质溶液中的腐蚀、 在熔融盐中的腐蚀。 金属腐蚀造成的损失大多数是电化学腐蚀引起的。 9:51武汉海事学校 杨界51 (1)金属的特性 标准

25、电位越低，化学活性就越高，越容易腐蚀。 (2)金属的成分 金属中的杂质越多，抗腐蚀性愈差 (3)零件表面状况 零件的外表形状越复杂，表面粗糙度就越大，抗 腐蚀性也就越差。 (4)环境 9:51武汉海事学校 杨界52 二、可靠性与可维修性： 可靠性： 产品在规定的时间、规定的条件下完成规定的功 能的能力。 可靠性是设计时赋予产品固有的特性 9:51武汉海事学校 杨界53 可维修性： 发生故障的产品，在规定的时间内通过维修使 之保持或恢复到规定使用条件下完成规定功能 的能力。 可维修性是产品的一种固有特性，是由设计、 制造等决定的。 维修的目的：是通过维修迅速而经济地保持或 恢复产品的原有功能。

26、9:51武汉海事学校 杨界54 三、船舶维修方式和体系 (一)现代船舶维修方式 维修是对船舶机械和设备维护与修理的统称。 维护(技术保养): 保持船舶机械和设备的技术性能正常发挥所采取 的技术措施； 船舶修理(修船): 船舶机械和设备保持或恢复其原有的技术性能所 采取的技术措施。 9:51武汉海事学校 杨界55 现代船舶维修大多以预防维修为主。 预防维修: 防止机械和设备发生故障，在故障发生前有计划 地进行一系列的维修工作。 20世纪3050年代中期是英、美等西方国家广泛 地应用传统预防维修的阶段。 20世纪50年代后期采用状态监控的手段防止故障 的发生。 自50年代中后期至今是采用现代预防维

27、修的阶段 9:51武汉海事学校 杨界56 设备的维修主要的几种方式 1.事后维修 事后维修是在设备发生故障后才进行的维修。 在故障发生前后均连续不断地进行状态监控，收 集和分析设备的使用、维修的材料，以便评定和 改进设备的可靠性和安全性。 事后维修是一种非预防性的维修方式。 9:51武汉海事学校 杨界57 事后维修适用于: 故障不直接危害使用安全仍保持基本性能的设备 采取预防维修不经济的损耗设备。 事后维修特点: 不具备预防性，且只限于修复故障。 事后处理不应当是一种消极和被动的办法，而应 当主动地加以监控。 9:51武汉海事学校 杨界58 2.定期(计划)维修 定期维修是按照规定的时限对机械、设备进行拆 卸检验和维修，以防止故障的发生。 定时维修的机械、设备应具有以下的条件： 故障率曲线有明显的磨损故障期，不适于发生 偶然性故障设备。 设备的无故障生存期要足够大，即正常使用期 较长；否则无维修的必要。 采用其他任何维修方式均不适宜的设备。 9:51武汉海事学校 杨界59 定期维修是现代预防维修中不可缺少的维修方式。 定期维修的缺点： 针对性和准确性不高， 有时不仅无效甚至有害， 可靠性不高和维修工作量大、费用高。 定期维修对设备的监控是阶段性的、不连续的。 9:51武