某执法船高速柴油机轴瓦损伤故障分析

袁德 鲁寒坤 罗东宏 张恭

摘    要：本文主要介绍了某执法船高速柴油机在航行试验时，由于主轴瓦异常磨损导致主机停机。针对该故障现象进行了各种排查，并在排查的基础上对可能引起故障的各种原因进行分析，在分析的基础上进行整改并解决了问题。

关键词：柴油机；轴瓦；曲轴；制造；装配

中图分类号：U664.21                              文献标识码：A

Failure Analysis of Bearing Bush Damage of High Speed

Diesel Engine of a Law Enforcement Vessel

YUAN De1，  LU Hankun2，  LUO Donghong2，  ZHANG Gong2

（ 1.The Third Military Representative Office of the Naval Equipment Department in Guangzhou， Guangzhou 510656;

2.Guangzhou Marine Engineering Corporation， Guangzhou 510250 ）

Abstract： This paper mainly introduces the failure phenomenon of main engine shutdown caused by abnormal wear of main bearing bush of a certain type of marine high-speed diesel engine during navigation test. Various troubleshootings are carried out for this fault phenomenon， and on the basis of investigation， various possible causes for the fault are analyzed to provide a set of analysis methods. On the basis of analysis， rectification is carried out and problems are solved.

Key words： diesel engine; bearing bush; crankshaft; manufacture; assembly

1     概述

某高速執法船，主动力采用3套推进系统，每套推进系统由一台高速柴油机通过高弹性联轴器与齿轮箱连接，通过中间轴、艉轴驱动固定螺距螺旋桨。其中，主机通过弹性隔振器与船体结构基座固定，齿轮箱直接刚性固定在船体结构基座上，机组布置见图1。

主机取得CCS证书，其中右主机在出厂时做了100 h的耐久性试验；主机及动力保障系统经检验合格，按系泊试验大纲做了主机组系泊试验，试验过程中机组各项参数均在正常范围内，未发现异常。

2    故障现象

航行试验过程中，在全速航行左满舵回转试验时，右主机在无任何明显异常下突然熄火停机并无法启动。经主机厂家现场检查：曲轴抱死无法盘车，曲轴轴向窜动量为3～4丝，初步怀疑轴瓦抱死，试验终止返回船厂。

整个试航过程中除了滑油压力出现低报警现象外，其它参数（如：排气温度、淡水温度、滑油温度等）均正常，未发现其它异常现象。

为了找出故障原因，拆卸右主机油底壳后发现大量白色金属碎片及条状金属块，疑似为轴瓦刮摩碎片和推力环破坏残片，见图2所示。

在清理另外两台主机时，发现中间主机油底壳有白色金属碎片，疑似轴瓦刮摩残片，见图3所示。

船厂将主机运至车间后，由主机厂家对该机进行拆检观察：右主机曲轴主轴颈和连杆轴颈灼烧变色，柴油机曲轴主轴径发黑变色，连杆轴颈部分磨损严重，磨损曲轴的主轴颈和连杆轴颈对应的轴瓦均严重变形变色，内止推环上环烧伤严重，并有部分破裂脱落，其它部件未见明显异常，如图4所示。

将中间机拆解后，其故障现象与右机基本相同，相对轻微，轴瓦金属层脱落，未见烧灼过热痕迹，上瓦有轻微磨损，未见脱落、灼烧，曲轴表面有可视摩擦痕迹，其它运动部件无异常。

3    主轴瓦损伤原因分析

高速柴油机轴瓦异常磨损或烧瓦的原因较多，基本可以分为两大类：一类是柴油机对中安装等外部因素影响；另一类是柴油机内部部件或系统问题。

外部影响因素主要有以下几个方面：

（1）柴油机对中不满足要求。主机与齿轮箱对中不满足机组对中要求时，曲轴会轻微变形，曲轴轴承座会额外承受附加应力，运转时曲轴与轴瓦中心线不一致，会引起轴瓦异常磨损；

（2）柴油机安装不满足要求。弹性安装的柴油机其弹性隔振器预压不满足要求，使用一段时间后会导致柴油机对中偏差；隔振器之间压缩量不均衡，差值较大会引起隔振器受力不均，柴油机易产生振动，运动部件产生额外受力，加速轴瓦磨损；

（3）主机超负荷运转。柴油机在超负荷状态下长期使用，会造成轴瓦与曲轴的冲击载荷变大，轴瓦与曲轴之间的油膜无法承载时会引起轴瓦异常磨损，产生烧瓦现象。

内部影响因素主要有以下几个方面：

（1）滑油压力低。滑油压力低会导致轴瓦润滑冷却不充分，轴瓦与曲轴之间的油膜无法建立，轴瓦易过热，导致轴瓦异常磨损；

（2）滑油脏污。当滑油混入水分或其它杂质时，滑油会变质，影响润滑，导致轴瓦异常磨损；

（3）轴瓦质量不符合要求。轴瓦合金镀层粘附力不够，柴油机在变载荷时轴瓦反复受到变载荷作用，轴瓦合金镀层脱落，引起轴瓦不正常磨损；

（4）轴瓦装配精度超差。轴瓦与轴径安装间隙不满足要求，间隙过大或过小都会影响轴瓦与曲轴油膜的建立，导致润滑不充分，引起轴瓦异常磨损；

（5）关键部件的质量问题。机体强度不够，导致机体变形或曲轴安装、制造精度不满足要求，导致曲轴与轴瓦中心线不一致，当曲轴旋转时，有的地方因间隙过大油膜无法建立，有的地方间隙过小形成干磨而烧瓦。

根据主轴瓦故障原因，首先对外部因素进行排查，主要对主机对中、主机安装、主机负荷等进行排查；对主机本身影响因素，主要从滑油压力、滑油清洁度、轴瓦材料及运动曲轴、轴瓦等关键零部件加工精度及装配精度进行排查：

3.1  主机安装对中

经查阅主机组操作使用说明书，主机安装对中控制要求为：径向对中允差偏差为± 0.25 mm；轴向对中允许误差为± 0.25 mm。根据船厂建造时对中数据，其满足使用说明书中机组对中要求，三台主机轴向和径向的偏移量最大为0.15 mm，小于主机对中允许偏差的要求。

故障出现后，对三台主机对中重新复测，中间主机对中与初始对中数据基本一致；右主机对中有一些偏差，超过允许范围。因右机曲轴灼烧严重，曲轴可能存在一定变形，造成对中偏差，考虑到中机在对中良好的情况下仍然出现主轴瓦异常磨损状态，可排除主机对中的影响。

3.2   主机弹性隔振器安装

故障出现后，对主机隔振器进行了排查，发现隔振器的压缩量与隔振器安装要求存在偏差，其中最大偏差的两个隔振器差值超过3 mm，不满足安装要求。隔振器安装超差会影响主机工作状态对中，此外主机在800 r/min附近及全速回转时，主机均有明显振动现象。

3.3   主机超负荷运转

主机超负荷运转主要表现为：柴油机排气温度、滑油温度偏高；柴油机冒黑烟；柴油机转速无法达到设定最高转速等。试航时，主机排气温度、滑油温度均在正常范围内，没有明显冒黑烟现象，在各档转速下柴油机均运转平稳，转速可以达到最高运转速度。

经查阅设计文件，螺旋桨的设计工况点对应于主机95%额定功率，留有5%的功率储备余量；此外设计时留有3%的储备余量，建造时控制重量合理，最终排水量比设计值小了约3%，试航时最大航速比设计值高约1.5 kn。由此可知，本船不存在主机超负荷运转。

3.4  滑油压力

本船主机在1 000 r/min以下及以上分别设置两个报警值（其中小于1 000 r/min为0.15 MPa，大于1000 r/min为0.25 MPa），航行试验过程中主机转速在1 000 r/min～1200 r/min运转时经常出现滑油压力低报警，且主机转速变化、正倒车等多种变工况下均出现滑油压力低报警现象；此外，在额定转速（2 150 r/min）时，滑油压力仅0.4 MPa左右。经查阅其它高速柴油机在额定转速时滑油压力基本在0.5 MPa以上，滑油压力低会导致曲轴与轴瓦间润滑不充分，导致轴瓦异常磨损。

3.5   滑油质量

滑油质量不合格会造成柴油机主要运动副严重磨损，如主轴瓦、连杆瓦、止推环、气缸套、活塞环等。通过对相关运动副的排查，仅发现主轴瓦、连杆瓦、止推环磨损，其他零部件如气缸套、活塞环等未见异常磨损迹象。经第三方机构对所加注滑油样品检测，滑油粘度、水分、杂质等指标正常，可排除滑油质量问题。

3.6   轴瓦质量

经观察，中间主机及右主机拆检下来损坏的轴瓦均存在镀层材料大片剥离现象，疑为轴瓦与曲轴接触的镀层材料粘合力不足。因轴瓦属于工艺要求高、关键性零部件，目前高端轴瓦大多为国外生产。本船主机轴瓦为国外公司供应，经分别送检国内外第三方，检查同批次轴瓦，未发现异常。

3.7  轴瓦装配

本船主机主轴承间隙范围为0.12～0.17 mm，实际装配主轴承间隙接近0.12 mm，个别小于0.12 mm，处于技术要求下限。装配间隙过小，滑油不易进入，限制滑油的流动，增加轴瓦异常磨损的可能性。

3.8   相關重件的制造和装配

通过对柴油机机体、曲轴、连杆等相关重件制造检验记录查询，主要零部件各项检测数据清晰，符合要求，未发现异常。

从以上故障排查分析可知：主机轴瓦的异常磨损与主机超负荷、机组对中等外部因素无关；与轴瓦本身质量、曲轴等零部件制造装配、滑油质量等因素也无关；主机运行时滑油压力偏低、主轴承间隙偏小，均会引起主轴瓦异常磨损，隔振器不满足安装要求，引起主机异常振动，会加速轴瓦磨损。

4    整改措施

根据故障排查分析，主机厂家分别进行主轴承间隙控制、滑油压力提升改进以及加强隔振器安装质量控制：

（1）新安装三台主机，其主轴承间隙由原来平均 0.124 mm 增加至平均 0.150 mm，基本控制到中差要求；

（2）新安装的主机，通过调整机油冷却器后的限压阀开启压力和使用大流量机油预供泵等措施，使滤后机油压力全工况提升，额定转速稳定在0.5 MPa左右，在转速段范围内均未出现滑油压力低报警现象；

（3）新安装的主机隔振器，在型号不变前提下更换了承载能力大的弹性元件，安装时严格按照隔振器安装技术要求进行。

5     效果验证

三台新机通过采取控制主轴承间隙在中差、调整机油冷却器后限压阀开启压力、更换大流量滑油预供泵、进一步控制隔振器安装质量等措施，三台新机在台架上模拟实船状态进行联调试验，试验完毕后拆检油底壳及滑油滤器，未发现异常；三台新机装船后进行系泊及航行试验，主机试验累计运行60多小时，主机运行参数良好，未发现异常振动；试验后进行了开放性检查，主轴瓦未发现异常磨损。

6    结束语

高速柴油机轴瓦异常磨损是比较常见的故障问题。本文通过对引起轴瓦异常磨损的原因进行分析，并在此基础上逐步排查，对排查发现的异常进行整改，最后经试验验证，未发现异常磨损问题，整改措施有效。本文对类似的质量问题，具有一定的参考意义。

参考文献

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