某轮试航时主机咬缸故障的原因分析

关于咬缸的定义：气缸套与活塞的摩擦表面局部发生干摩擦而导致局部高温、金属熔着、撕裂，形成粘着磨损，俗称“拉缸”。若再恶化发展，会使磨损表面产生严重粗糙沟痕和金属发生过热。若不及时采取措施，粘着磨损面积越来越大。最后，大面积损伤和粘着，使活塞不能滑动而被咬死即称为“咬缸”。这是一种事故性的损伤，粘着磨损常会发生在使用初期的磨合阶段。一、该主机咬缸的故障现象1、故障发生的现象某轮一台刚刚修理过的柴油机MAN9L20/27主机,额定功率900KW,额定转速1000r/min,在试航时,该主机在700r/min的转速下运转了近一小时后,将主机的转速调至800r/min,并在该转速下仅运行了5min左右,就将主机的转速调升到900r/min,在900r/min的转速下运转了不到分钟,第一缸突然发生严重的咬缸。经拆检发现,该活塞裙部侧推面熔融粘着,活塞销以下大面积熔融,同时缸套也严重受损,除了第二缸有轻微的损伤外,其余的未发现有任何的问题。2、该故障的解决和处理事后,对第一缸的缸套及活塞组件进行了更换,对其他各缸的活塞缸套进行了测量分析。测量的结果是,其他各缸的活塞缸套的配合间隙都在0.18mm~0.25mm之间,缸套的圆度误差和活塞的圆度误差均在规范之内。所以对其余各缸没有更换,对第二缸的受损部位用细磨砂纸研磨了一下。但一个月后,该渡轮的工作人员在自己拆检过程中,发现新换的活塞裙部两侧的推力面有部分剥落,而缸套的情况正常。再次更换活塞后进行试航时,当转速从800r/min转到950r/min时,突然又出现了咬缸,部位仍在第一缸的两侧推面。故障发生时,柴油机的其他各参数均正常。最后厂方只更换了一个裙部配合间隙较大的活塞,本质上没有根本解决问题。三、咬缸原因的分析根据故障发生的现象,笔者认为本次事故的原因主要由两方面引起:首先,维修刚完工的柴油机没有进行正确或有效的磨合,就进行高速高负荷运行,加上操作不当,在700r/min调至800r/min后,却在800r/min的工况下仅运行了5min,直接又上调到900r/min。使热负荷和机械负荷聚增,在没有有效磨合的情况下,高负荷运行极易产生咬缸事故。第二,检修装配质量差,活塞与缸套装配间隙过小,满足不了热膨胀和贮存油膜需要,会使活塞环粘着折断,随即产生活塞与缸套干摩擦,出现拉缸,继而发生咬缸事故。但是装配间隙过大，燃气会下窜对活塞等加热,并吹沸、焦化润滑油,还会加重活塞对缸套的撞击,产生敲缸,敲缸使油膜被击破,加快磨损。由于没有进行良好的磨合,活塞组各摩擦表面粗糙度太差,容易产生干摩擦。四、预防此类故障的措施1、保证正确或有效的磨合活塞与缸套相对摩擦磨损一般在初期较快,因为加工刀痕和毛刺易于划破润滑油膜,也最容易发生干摩擦拉缸或咬缸。故应在低负荷、充分润滑下低速进行磨合,经磨合的表面光洁度和硬度都有提高,进入正常磨损阶段,磨损速度下降,这也是机体正常工作期。气缸套或活塞环经换新后,应进行磨合运转。根据气缸磨合方法和要点,在磨合期间最好使用精炼矿物油或该柴油机的曲柄箱滑油,以便能在较短时间内能快速磨掉加工时形成的沟纹。在磨合阶段,气缸注油量应为正常运转时的1.5~1.7倍。磨合时间的长短应视燃油的含硫量而定,如果含硫少而磨合时间过短,则气缸磨合不到位,经磨合的表面光洁度和硬度都达不到要求;如果含硫多而磨合时间过长,则导致气缸磨合过度。对于单独更换气缸套或活塞环的气缸,因为只能用原来的碱性气缸油磨合,不能采用整机磨合的方法,可采用减小该缸负荷的方法。最好先以大约75%的功率运转24h以上,待配合表面达到良好配合状态,然后逐渐增大到正常功率。磨合运转时间与机件材料表面加工质量及润滑油情况等有关。在运转中应定期停机通过气缸检查孔或吊缸检查活塞、活塞环及缸套磨损情况,特别是活塞裙磨损情况,以便及时消除不正常情况。2、运行中防止咬缸的管理要点船舶动力装置运行中,轮机管理的重点之一是防止运动部件发生粘着磨损。运行中的主机发生粘着磨损的原因有很多,其中润滑不良、超负荷运转、冷却不良是最主要的原因,都极易引起运动部件粘着磨损,导致拉缸和咬缸。为防止燃气对活塞造成的热负荷和机械负荷过大,应限制柴油机的负荷,尤其避免长期超负荷运转。它不仅指整台柴油机超负荷,也包括某一缸超负荷工况。排气温度高,活塞、缸套受热多。超负荷不仅与操作有关,还与维护管理有关。如各种定时不正确,就会出现超负荷情况;若喷油器漏油或雾化不良,该缸排气温度会升高。限制活塞组件的热负荷非常关键,在燃气作用下,活塞组件的工作温度很高,摩擦磨损因高温而严重,拉缸、咬缸都因高温作用而容易发生。良好的冷却和散热有助于活塞工作温度降低。冷却液不仅要流量正确,温度应控制在适宜范围。运转操作时，还应使冷却液温度与缸内温度同步升高或降低,否则易使热应力破坏加重或停机时发生咬缸等事故。五、结束语由于使用劣质燃料,更换气缸套，活塞组件是非常频繁的,但某些修理厂家对修理质量把关不严,活塞装入缸套不进行校中检查修整工作,活塞配合面也不及时修整划痕、毛刺,更谈不上保证活塞与缸套的最佳配合间隙;更换气缸套、活塞组件后,没有合理的磨合计划,只在试验时象征性地磨合一下,就进行高负荷运行，给日后的航行埋下了安全隐患。所以,应保证修理质量,缸套内