某型柴油机曲轴异常损伤原因浅析

黎锌

摘 要：曲轴是柴油机中技术要求高，造价较昂贵的部件之一，由于其工作中承受较大的周期性的交变载荷，从而容易出现磨损。本文通过对某型柴油机曲轴和连杆大端轴瓦磨损状况的讲述，对其磨损的原因进行了分析，并以此为据提出了相应的对策。

关键词：柴油机；曲轴；轴瓦；异常损伤；原因；对策

1.引 言

Xx公司“xx龍”是一艘大型的电力推进工程船，其发电原动机采用xx型柴油机。该机型也是xx公司首次采用的大型发电机组柴油机，我们对该机型缺乏足够的了解，没有足够的维修经验。虽然主机厂推荐的大修周期为12000～20000小时。考虑到该发电机的实际工况比较恶劣（长期低负荷运行且负荷突变频繁），仅凭外部观察到的运行参数，我们并不能对柴油机内部结构如缸套、活塞环、活塞、曲轴、轴瓦等重要部件状态进行准确判断，为确保设备的安全运行，我们把第一次大修的时间定在厂家推荐的下限，即12000小时，以便尽早掌握柴油机内部的状况，及时发现可能存在的缺陷，并随时根据设备实际情况进行更好的维护和保养。

2.故障现象

首先对2号柴油机进行大修（总运行时间：13320小时），在拆除了每缸的连杆大头并把活塞吊出后，初步检查，发现每一缸的曲柄销在和轴瓦接触的同一位置均有一个气蚀点，大小约15x15mm，最深处约0.2mm，气蚀点距离曲柄销大约12厘米；在曲柄销中间位置有连续的浅拉痕。每个连杆大端轴瓦都有较严重的磨损及气蚀，下瓦的表面金属层已大部分磨损脱落。曲轴及连杆瓦气蚀点如下图所示：

2号柴油机曲柄销气蚀点 连杆大端轴瓦气蚀点

经检测，发现：每缸出现气蚀点的位置基本相同，气蚀点距离曲柄销大约12厘米，最宽处约15mm，最深点约下沉0.2mm，除此之外，各曲柄销的圆度、圆柱度均正常，没有其他异常磨损。

3.原因分析

该柴油机仅运行了13320小时，每缸曲柄销上都出现气蚀点，这是不同寻常的现象，对此，我们分析如下：

柴油机工作时，气缸内的压力在不断变化，就产生了不稳定载荷，使曲轴的轴颈在径向迅速通过工作行程时，其后面间隙扩大，在这较短的时间内，附近的油流不能迅速加以补充，形成了真空。随后润滑油进入真空区，便会形成空泡，且迅速破灭，造成了对曲轴和轴瓦表面起破坏作用的冲击波，产生气蚀破坏。同时由于不稳定载荷使曲轴上的载荷产生波动，载荷波动的频率和幅度对气蚀的产生有着较大的影响，频率波动越高，波动幅度越大，就越容易产生气蚀。

曲轴的曲柄销上有进出油孔，以便润滑轴颈和连杆大端轴承，当有压力的润滑油通过油孔时，油流被油孔边缘迅速地切断，油流因惯性作用而继续流动，在切断处产生真空，形成空泡；通过油的回流或偏离1800油孔位置时又开始供油，重新建立的压力使空泡破灭，形成了对曲轴和轴瓦表面的冲击破坏作用。这种真空程度越高，生成的空泡越大，破灭时产生的冲击速度就越快，破坏性也就越强。

该柴油机作为起重工程船上的发电原动机，为起重机等设备提供电力，由于工程船使用上的特殊性，经常处于空车或长期低负荷运行的状态，而且负荷突变频繁。这些都会造成柴油机工况不稳定，从而导致曲轴和轴瓦中滑油压力波动。当轴瓦中某一局部滑油压力降低时，溶解其中的气体就可能析出形成气泡，这些气泡受到曲柄销和连杆瓦的挤压作用而破灭，周围的液体以极高的速度冲向气泡，产生高压冲击波，形成气蚀。如此长期反复作用，从而在曲柄销和连杆瓦表面某一集中区域形成金属疲劳剥落。

拆出的2号柴油机连杆大端下瓦在中间油孔旁边有2个明显的气蚀点，这个位置和曲柄销气蚀点的位置刚好重合。根据曲柄销及轴瓦气蚀点重合时的位置分析，应该是在下死点前的某个角度。2号柴油机拆出的连杆大端下瓦在中间部位没有油孔或油槽，轴瓦的两端都有多个油孔，轴瓦两端的油孔不相贯通。工况变化时，在曲柄销和连杆瓦的某一局部区域，滑油来不及及时补充，出现局部负压面而产生气泡，并且顺着滑油流动方向，轴瓦末端附近区域是滑油流体特性最差区域，容易出现负压，因而最容易产生气蚀。

注意到柴油机厂家提供的随机备件中柴油机连杆大端下瓦结构与我们拆出的连杆大端下瓦有所不同，新的下瓦油槽贯穿整个轴瓦。

这应该是柴油机厂家已经注意到该型柴油机轴瓦存在的问题而做出改进。

综上所述，我们认为这个气蚀点应该是因为2号机轴瓦的结构造成的，而发生气蚀的时刻应该是作功冲程末排气阀提前打开的时刻。

4.处理措施

考虑到各曲柄销的圆度、圆柱度均正常，没有其他异常磨损，气蚀点范围不大，我们首先对每一缸曲柄销上的气蚀点，尽可能地用各种适合的油石和砂布慢慢打磨，去除粗糙的表面，恢复其光滑度。为避免应力集中，气蚀点和曲柄销的分界面打磨成圆弧过渡，抛光气蚀点口边，使其获得光滑的圆弧过渡。随后我们对修整过的曲轴进行磁粉探伤，在反复多次探伤确认没有隐藏的裂纹后，结束对曲轴的修理。

整机大修结束后，我们试车10分钟后打开道口盖检查曲柄连杆机构正常，装复道口盖再次试车2小时，无异常，加载使用100小时候，我们再拆检连杆大端轴瓦，轴瓦、曲柄销正常。该发电机转入正常使用。

5.后续机器的检修情况

随后又对该船4号柴油机进行大修，大修过程中却没有发现和2号柴油机同样的故障现象。2号和4号柴油机的机型一样，平时管理、维护保养、运行时间以及运行工况都基本相同，唯一不同的是两台机连杆大端轴瓦的下瓦在结构上有点不一样，2号柴油机的连杆大端下瓦在径向的中间部位没有油孔或油槽，4号机连杆大端下瓦却采用的是改进型的轴瓦，其油槽贯穿整个轴瓦。连杆大端轴瓦结构形式不一样，拆检的结果也完全不同。这也从侧面印证了我们的分析是正确的。

6.结束语

柴油机在生产过程中肯定会不断地改进和完善，一个开拓进取和负责任设备商肯定不会隐瞒自己设备存在的缺点，而且也也会采取有效的改进措施。作为最终用户，我们希望设备商能及时通知用户相关改进信息和管理举措。只有设备商和最终用户同心协力才能更好地发挥设备的效能。

参考文献

[1]GB/I，18844-2002《滑动轴承损坏和外观变化的术语，特征与原函》.

[2]《内燃机配件》2005.