TY轮 4冲程主机曲轴及主轴承烧损事故分析

仉大志

(大连海事大学,辽宁大连 116001)

在船用柴油机中,4冲程中速机相比 2冲程低速机,由于转速高、滑油容易污染及工作条件差,曲轴、主轴承和连杆大端轴承更容易出现故障。据劳氏船级社统计,中速机各部件故障占柴油机总故障比例中,曲轴及主轴承的故障率最高,高达13.4%。因此,对于 4冲程中速柴油机的曲轴及轴承,在运行管理中应作为重要对象予以关注。

4冲程中速柴油机的曲轴及轴承故障中,其中一个严重故障是曲轴及主轴承烧损事故。主机曲轴轴承烧损,导致曲轴粘着磨损,曲轴硬度增大,甚至出现裂纹。一旦发生曲轴烧损事故,由于船上无法自行修理,给航行安全带来极大的威胁,同时由于船舶停航、需要请专业公司进行磨轴,而给船东造成极大的经济损失。

下文将通过对 TY轮 4冲程主机曲轴及主轴承烧损的事故分析,就如何防止这类事故的发生谈点建议,敬请有关专家和同行指正。

1 事故经过及处理

1.1 事故经过

TY轮主机是 MAN 7L 52/55A 4冲程柴油机,输出功率 5 425 kW,额定转速为 450 r/min,为日本川崎重工设计制造。主机通过减速比 1∶3.36的减速齿轮箱驱动调距桨及轴带发电机。

2008年某日晚 22∶00,驾驶台通知备车离港,22∶20冲车后起车,22∶40加到额定转速后转到驾控,运转几分钟后,突然主机 4号主轴承高温报警,不能判断是否是异常报警,到机旁发现从曲轴输出端有大量浓烟窜出,立即转到机控,降速停车。

停车后立即进行抢修,打开机体两端道门,发现在曲轴箱内有大量的金属粉末和碎片,判定是 4号主轴承故障。向公司汇报后,开始拆卸 4号主轴承。拆下 4号主轴承上瓦和下瓦后,发现主轴承上下瓦均严重烧损,合金层几乎全部脱落,主轴颈有多处拉痕,表面沾有大量轴承合金,两侧因发热成褐色。因轴颈严重烧损,船上无法自修,只能等专业厂家进行检查修理。

1.2 事故处理

事故发生后,新加坡高登公司技术人员登轮进行检查。测量了 3号主轴颈跳动量并做了硬度测量及磁力探伤,同时测量了 1号、2号、4号主轴颈跳动量。结果 2号主轴颈跳动量最大处为 0.28 mm,1号正常、4号主轴颈跳动量为 0.08 mm,3号主轴颈跳动量为 0.10mm,轴颈表面有 40 mm×50mm面积硬度过大,表面不存在裂纹。由于 2号主轴颈跳动量过大,轴颈直径需要磨掉1 mm,3号主轴颈可能要磨掉 1～2mm,以消除硬度减小跳动量。方案定下来后,先由船上人员将 1、2、3号缸活塞吊出,其余 4个缸活塞用专用工具顶升,然后由磨轴人员安装气动磨轴工具,用盘车机一边盘车一边空转磨轴。最终,3号主轴颈直径磨掉 2 mm,2号主轴颈直径磨掉 1 mm,安装加厚瓦装复。后经试车,正常。此次事故前后历时 20余天,停航及修理费用损失近 50万元。

2 事故分析

TY轮是 1981年投入营运的,自营运以来,主机曲轴曾发生过多次事故。上世纪 90年代,发生过 3起曲柄销烧损故障。2004年,主机 4号主轴颈及轴瓦烧损,结果 4号主轴颈磨掉 1 mm。前几次的曲轴故障,由于船舶多次易手,没有可参考的事故报告。时隔 4年后,再次发生了曲轴故障。

这次 TY轮主轴颈及轴承烧损事故,综合磨轴公司技术人员的检查、船员的自检及主机的状况,分析有如下原因。

1)曲轴轴线不正。磨轴公司技术人员测量了几道主轴颈跳动量,船员在拆检各道主轴承时也测量了轴颈跳动量,其中 2、3、4、6号主轴颈都超过了 0.05 mm,2、3号轴颈跳动量严重超标。据磨轴人员介绍,TY轮 2004年磨轴也是他们做的(由于 TY轮是 2007年现在的船东购入的,并不了解当时的情况)。当时磨轴检查测量时,发现 2、3号主轴颈跳动量过大,曾向当时的船东建议进行抽轴校正,但因费用过高船东没有采纳,可以说 TY轮主机一直是带病运行。

曲轴跳动量过大,意味着轴颈在轴承中偏心,曲轴在运转过程中与主轴承间隙忽大忽小,破坏轴承间的动力润滑,而且轴承负荷不均。在拆检主轴承时,发现 2号主轴承上瓦见铜。安装主轴承时,测量下瓦剖面左右两侧距离轴颈间隙,发现几道跳动量的主轴颈主轴承左右间隙不等,甚至主轴颈转到一定角度时间隙为 0,这些都是轴颈跳动量过大的例证和恶果。3号主轴承故障,不能进行准确的测量,但毫无疑问,轴线不正是 3号主轴颈和轴承烧损的一大因素。

2)滑油不干净。进行拆检各道主轴承和曲柄销轴承时,发现几道轴颈和轴承周向不同程度地出现了拉痕,虽然不很严重,但明显看出是硬质颗粒进入到轴颈轴承中。主机系统油理化性能是正常的,20天前由 BP公司人员上船取样化验,化验显示各项指标均正常。经事后检查,硬质颗粒可能是由破损的滑油滤芯进入到主机的。检查时发现滑油进机细滤器及滑油自清滤器柱形滤芯,有几根出现滤网开裂、破损现象。主机滑油系统有两道细滤器,从油泵出来的压力油先经过滑油自清滤器,再经过滑油进机细滤器。这两种滤器都采用柱形滤芯。长期以来,进机细滤器每天清洗一次,自清滤器大概每 7天拆洗一次,这样频繁的清洗滤器,导致滤芯破损,硬质颗粒可能是在清洗滤芯时进入系统的。

3)主轴承状态不佳。主轴承使用时间都超过了 20 000 h,按要求应该进行拆检,但由于船期比较紧,一直没有进行检查。事故后,为了解其他主轴承状态,都进行了拆检,结果发现主轴承状态不佳。其中 4号主轴承下瓦 80%面积见铜,有纵向拉痕,轴颈也出现轻微拉痕。2号主轴承下瓦 50%面积见铜,有纵向拉痕,上瓦也有磨损,小部分见铜。

3号主轴承因破坏无法得知故障前的状态,但从拆检的其他几道主轴承看,也极有可能过度磨损。

3 管理对策

TY轮这次曲轴故障事故损失惨重,教训深刻。事故起因一方面是曲轴长期带病运行,另一方面是对滑油系统、轴承管理不善所致。为了防止发生类似事故,须注意以下事项。

1)公司机务主管须制定有针对性的管理方案。TY轮是公司购入的二手船,目前营运不到 1年。该船是 1980年台湾中华船厂建造的,船龄比较大,主机曲轴多处受伤。公司机务针对这种情况,只是强调主机不能超负荷,排温不能超过 470℃。轮机管理人员往往缺乏对曲轴及主轴承的管理经验,加之集装箱船航期紧张,未能针对性地进行保养。公司机务需要制定针对曲轴及轴承的管理方案,利用轮机长、大管轮接班前的体系培训机会重点予以培训,并在以后的工作中进行指导监督,保证维护保养工作能够落实。

2)滑油系统的管理。4冲程主机滑油易受污染,对滑油的管理,保证滑油的清净性,减少滑油的消耗是日常管理的一大重点。为此,需要注意以下几点。

(1)滑油循环柜中的油量应保持一定数量,循环倍率保持在 15～18(即滑油泵的排量除以油柜油量等于 15～18)。滑油分油机要保持连续工作,只有在维修保养时才停止工作。分油机加热油温控制在 85℃左右,不能过低。分离流量不要太高,控制在分油机额定流量的 25%～30%。

(2)注意滑油自清滤器的自动清洗工作次数,如工作次数增多,说明滑油质量恶化,要查找原因,并予排除。拆洗滑油滤器时,主管轮机员最好在场检查滤芯内是否有金属颗粒或粉末,滤芯如有破损,必须马上更换。

(3)滑油消耗如异常增加,原因多是活塞环故障或缸套磨损量增大。吊缸时,一定要准确测量缸套内径,缸套磨损到一定时要换新,不要等到磨损极限时再换新。这是由于缸套磨损到一定值后,虽然按照说明书的要求,可以理论上继续使用,但活塞缸套间隙变大,导致燃烧产物漏入曲拐箱增加,滑油消耗增加,污染加重。严重时,会引起轴瓦异常磨损、烧瓦。

(4)适当缩短滑油化验时间,当滑油受到严重污染,一时又查找不到原因,应即时送检。

3)曲拐箱的监控。定期打开曲拐箱,检查油流情况,以及是否存在金属屑。对曲拐箱油雾浓度检测装置及主轴承温度监测装置加强维护保养,保证功能正常,警报及主机降速连锁有效。

4)曲轴及主轴承的检查。定期测量主轴承间隙及下瓦磨损量,测量轴承间隙时注意从前后两端测量。定期测量曲轴拐档差。适当缩短主轴承拆检周期,拆检时注意拍照存档,在拆检主轴承时,要检查轴颈跳动量及下瓦剖分面处与轴颈两侧间隙,做到心中有数。

总之,针对 TY轮曲轴多处受伤的情况,只有在管理上下功夫,才能避免发生类似的恶性事故。