船用柴油机拉缸故障分析

张立平

摘 要：船用柴油机被用作船舶推进动力，具有热效率高、经济性好、启动容易等优势，对各类船舶有很大的适应性。本文分析船用柴油机在运转过程中出现拉缸故障的原因，并提出了拉缸故障的预防和处理措施，以期实现船用柴油机的长期安全稳定运行。

关键词：柴油机;拉缸;处理

中图分类号：U664.121文献标识码：A文章编号：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

船用柴油机是民用船舶、中小型舰艇和常规潜艇的主要动力，其在运转过程中会出现拉缸故障。拉缸现象持续发展，会导致活塞和气缸壁之间的黏着，轻则危害活塞和气缸，重则卡住活塞并卡在缸套里，使得主机停转而曲轴不动，引发活塞和连杆断裂，损坏机器部件，造成重大事故。假如能及时发现问题，排除故障，则可以避免更大的危害和损失。因此，有必要研究主机拉缸事故的形成原因，寻找初期征兆，采取正确的处理办法，加强柴油机操作管理，提高柴油机安全运行的可靠性和使用年限，增强轮机人员的故障诊断能力。

1 拉缸现象和形成机理

1.1 常见的柴油机拉缸现象

拉缸是指活塞裙、环、缸套三者往复运动而形成的表面摩擦损坏。此时，运动部位的润滑油膜受到局部破坏，柴油机多会出现划伤、拉缸和咬缸等现象。从广义看，三者均属于拉缸故障[1]。

船用柴油机出现拉缸现象时，无论是外部还是内部都会有一些异常的迹象，人们可以通过听、触、嗅、看等方法来观察[2]。例如，气缸冷却水出口温度和活塞冷却液出口温度明显升高;可以听到活塞环与气缸壁间干摩擦的异常声响，发动机声音闷沉，有嗒嗒或吭吭的异常响声;曲轴箱和扫气箱的温度会升高，严重的甚至会有烟气产生。压缩和做功的行程中会发生串气或串机油的现象，使得耗油量增加;排气温度和润滑油的温度明显提高，转速不稳定，功率下降。

1.2 发生拉缸现象的机理

活塞、气缸、气缸盖等部件组成封闭的燃烧室[3]。其工作环境极为恶劣，受到高温、高压、化学腐蚀和烧蚀的作用，高速运转，承受着燃气压力和往复力所带来的负荷。如果保养不好，拉缸故障的出现可能没有预兆。研究表明，在混合润滑模型的状态下，柴油发动机的活塞和气缸有时处在流体润滑状态，有时处在边界润滑状态。拉缸故障的内部成因是活塞环、壁和环三者互相作用，受某种因素影响，润滑油膜变稀薄或受到破坏，如果润滑条件不好，其会出现干摩擦或半干摩擦，将会形成高温黏着磨损。

气缸套和活塞两者间的润滑油膜恶化断绝是形成拉缸的必要条件。气缸套和活塞间的油膜万一断绝，二者间表层的金属由原本的液体摩擦变为固体干摩擦或半干摩擦，这是因为摩擦副表面的快速运转产生热量，这些热量不断累积，形成的温度会高出金属熔点，引发三者表面产生细微熔化，划落并最后连接在一块。假如油膜能及时修复，进行清洗和冷却，温度下降后，细小的部分熔着不会因脱落而扩展。假如油膜恢复缓慢，那扩展的部分将导致大规模的异常磨损，而缸壁、活塞、活塞环迅速遭受严重损坏，缸体表面出现流动形态的熔融，呈现不均匀、又无规律的边缘纹痕和褶皱，如果不加以控制而任其继续发展，将会产生拉缸[4]。

2 预防和处理措施

2.1 拉缸时的征兆

气缸冷却水出口温度和活塞冷却液出口温度明显升高;可以听到活塞环与气缸壁间的干摩擦的异常声响;曲轴箱和扫气箱温度升高，甚至有烟气冒出;当曲柄上升到上止点位置时，如果发生拉缸，所在的气缸会有敲击声出现，并且主机的转速会下降或自行停车。

2.2 影响柴油机拉缸的原因

形成拉缸的缘故非常多，如布局设计、生产工艺、材料选取、运行管理等。实践证明，拉缸多为维修不当所致。具体地说，以下情况均有可能导致拉缸故障。

2.2.1 气缸润滑不良。气缸注油器供油量调节过小;注油管内壁因结炭严重而堵塞;注油管接头漏油;气缸套注油孔或布油槽堵塞;注油器出现故障;气缸油规格选择不当或与其他不同型号的润滑油混合;气缸油变質。

2.2.2 磨合不充分。没达到规定的磨合期，过早投入营运;磨合期，各缸柴油机的气缸各负荷分配时间长短不合理，忙于增加更大的负荷;磨合期运行时，注油器供油量不足。

2.2.3 冷却不良。冷却水泵供水不足或中断;冷却水腔锈蚀或脏污;冷却水没有及时化验、投药，水质差;冷却水温过高;冷却水中含有大量气体。

2.2.4 活塞环断裂。活塞环的搭口间隙过小，使活塞环断裂[5];天地间隙过小，活塞环卡死断裂;搭口间隙过大或磨损严重;环槽内结炭较多，使活塞环黏着。

2.2.5 燃用劣质油。不完全燃烧致使残炭增多;后燃烧使排气温度升高，没有及时采取正确的技术措施;气缸润滑油碱性不合适。

2.2.6 长期超负荷。柴油机长时间过负荷运行，热负荷增加令机件过热。

2.2.7 油底壳大量进柴油。唇形密封圈磨损或老化，柴油进入齿轮箱转而进入油底壳内，使油变稀，造成压力低，从而使活塞和气缸的冷却效果和润滑效果都受到影响，严重时甚至会造成拉缸故障。

2.2.8 气缸套与支承孔配合不当。以康明斯6BB1型柴油机为例，其气缸套与机体气缸孔之间应该是过盈配合。安装时，应该采取热入气缸套的方式，即将机体加热，使其保持在280～290 ℃，把气缸套有倒角的一端朝向气缸孔，并插入气缸孔内。这是由于这种筒干式缸套冷却水腔孔在壁外，冷却水可以冷却气缸孔壁，而剩余的热量首先通过外壁传到内壁，然后被冷却水带走。如果使用外径尺寸偏小的气缸套，会造成气缸套表面温度过高，导致短时间内发生拉缸事故。

2.2.9 活塞环选取不当。假如选择的搭扣间隙尺寸过小，受缸内高温气体膨胀的影响，活塞环会受热膨胀，但又被气缸限制不能自由伸展，只能向开口间隙处蔓延[6]。假如开口没有间隙，同时继续扩大，将会出现压碎破坏或断环，最终造成拉缸现象。

2.2.10 润滑油冷却器工作状况不良。例如，滑油冷却器垫破裂后，进油通道和回油通道连通，油压低，活塞不能有效冷却和润滑，造成拉缸。

2.2.11 冷却液的添加不符合要求。以康明斯6BT5.9型柴油机为例，根据使用规定，冷却液应使用长效防冻液。但此液长期使用也会使水分散失，这时应按要求添加蒸馏水，不能用自来水或含有其他杂质成分的水来代替。否则，柴油机冷却水道会堆积杂质，形成水垢[7]。水道积垢后会变窄，影响柴油机冷却水的循环效果，降低柴油机的冷却性能，致使柴油机温度偏高而造成拉缸。

2.2.12 忘记安装活塞销卡簧或者卡簧的弹性不够。卡簧的作用是卡住活塞销，预防活塞销沿其轴向窜动。若维修时忽略安装卡簧，活塞销将会因轴向位移划伤气缸壁，进而造成拉缸。此外，假如活塞销卡簧失去弹性或弹性不足，同时继续使用该卡簧，很可能因卡簧脱落而导致活塞销刮伤气缸壁。

2.2.13 活塞销与活塞销座孔配合太紧。造成活塞轴向变形，使平行于活塞销方向的直径增大，垂直于活塞销方向的直径减小，也易导致拉缸事故的出现。

2.2.14 连杆螺栓松动。柴油机连杆和活塞之间出现缺口松动后，会形成冲击载荷和塑形变型连杆弯曲引起的气缸拉缸。

2.2.15 没有按照操作规程办事。柴油机未经过预热，在冷却状态即强行启动并立即高速运转，也易引起拉缸。

2.3 预防拉缸的措施

在值勤过程中，值班轮机员应该首先加强对柴油机的管理，特别是检查主机的排气温度、压力、油位、水位是否正常。如果发现异常现象，应及时恢复调整。启动新的或经过大修后的柴油机时，首先要进行磨合，维持良好的润滑条件，并根据主机转速由低速到高速、负荷从小到大的渐进原则，投入正常的运行状态。要根据制造商提供的说明书，正确选用活塞裙部与气缸套之间的间隙、活塞环的开口间隙、搭扣间隙等。在修理时，要确保活塞不偏缸，同时确保气缸套尺寸的精度[8]。

加大对冷却系统的日常维护保养力度，保证柴油机在合适的温度环境下工作。在柴油机运行的过程中，人们应当随时观察冷却水的温度及冷却效果，及时发现和处理问题，同时使冷却水的液位保持在一定范围内。液位不足时，应立即添加，必要时可投入添加剂而使水质软化，减少发动机机件上有害物质和水垢的形成、中和酸性物质、减少腐蚀、改善水质，确保冷却水的质量。要按期对冷却器和海底门的滤网进行维护保养。

润滑系统保持良好，可有效地防止积炭和机械杂质对气缸套的磨损。人们要加强燃油系统管理，定期检查油位和日用油箱的排泄放残，合理使用燃料添加剂，减少燃料残渣，确保柴油机运行正常。同时，要合理调整柴油机供油提前角和喷油提前角，防止过早喷油而导致燃烧异常，避免气缸壁有不完全燃烧产物混入润滑油膜，减少缸壁磨损。

人们要合理使用和操作柴油机，避免使其长期超负荷运行或怠机运行。柴油机在启动时必须暖机一段时间，当温度上升到额定温度时才可以加大负荷运行，否则很容易出现事故。柴油机长时间超负荷运行时，油温不断上升，润滑油的黏度降低，油膜难以形成，最终可能导致气缸拉缸。如果空闲时间太长，柴油机转速下降，温度偏低，容易造成低温腐蚀，加快气缸套的磨损。在冷机启动时，禁止猛然增大柴油供应量，避免柴油机刚刚启动就马上全负荷运行。

2.4 拉缸的应急处理措施

初期检测到拉缸的征兆时，值班轮机员要先增大气缸的注油量。假如温度没有明显下降，则可以选择封缸运行，同时增大活塞的冷却，主机降速运行，直到温度下降到正常水平。当发生拉缸故障时，要立即降低柴油机的运行速度，怠速运转，然后停止，并立刻转车。此时，应增加活塞的冷却，增大冷却液的流量，但不能同时提高缸套冷却水的流量。

假如发现活塞发生咬死现象而短时间内不能转车，可以冷却活塞一段时间后再对发动机进行转车操作。如果采取上面说明的方法还不能继续转车，可将煤油注入活塞和气缸壁之间，等过段时间煤油渗透充分后再进行转车[9]。如果仍然没有效果，可用专门配备的专用工具拆卸出海底螺帽或曲轴销轴承盖，并用起重机把活塞吊出来，同时持续加注煤油。

当活塞被吊出来后，认真检查活塞环有无损坏，如果发现损坏，应及时将其更换，同时将受损气缸套出现的拉痕进行修复，用油石进行磨光[10]。在重新安装时，特别要注意管与接头或孔之间的密封。如果更换了新部件，首先要对其进行抛光磨合。对无法修复的拉缸故障，可采取封缸运行的方法进行处理。

3 结论

柴油机是船舶的动力装置，是船舶最重要的部位，它的运行性能和工作环境都直接影响船舶的机动性、经济性和安全性。而引起拉缸的因素众多，有些简单，有些比较复杂，如果处理不当或不及时，将会加深部件的损坏，甚至影响船舶的安全。因此，在船舶航行中，如果船用柴油机出现拉缸故障，人们要注意其所产生的现象及征兆，迅速并冷静地做出决定，制定出合理有效的措施。

参考文献：

[1]吴明元，苏勤.柴油机拉缸故障的原因分析及预防措施[J].柴油机，2007（4）：54-56.

[2]蒋宏，张万里.柴油机拉缸故障的分析与维修措施[J].中国新技术新产品，2011（1）：119-120.

[3]李义.柴油机拉缸故障的原因与预防[J].设备管理与维修实践和探索，2005（1）：399-403.

[4]陈永世，郑军，邵利民.某型柴油机拉缸故障原因分析与处理[J].装备制造技术，2013（12）：41-42.

[5]蒋世明，何果龙，王小伟，等.某船用主机连续拉缸的故障分析及预防措施[J].中国修船，2009（3）：17-19.

[6]陈永世，郑军，邵利民.某型柴油机拉缸故障原因分析与处理[J].装备制造技术，2013（12）：41-42.

[7]刘谊信.柴油机拉缸的原因分析和预防[J].中国科技财富，2009（8）：86.

[8]蒋世明，何果龙，王小伟，等.某船用主机连续拉缸的故障分析及预防措施[J].中国修船，2009（3）：17-19.

[9]陳平.浅析柴油机拉缸的成因及预防措施[J].南通航运职业技术学院学报，2009（2）：59-62.

[10]李志勇.柴油机拉缸原因分析及预防[J].柴油机，2000（3）：40-42.