某高速柴油机轴瓦异常磨损故障原因分析及解决措施

2023-11-08徐鲁杰王江伟张青锋

中国修船 2023年5期

徐鲁杰，王江伟，韩莉，张青锋

（1.海装驻某地区军代室，河南洛阳 471039；2.河南柴油机重工有限责任公司，河南洛阳 471039）

1 故障现象

某高速柴油机1 000 h 摸底试验顺利完成后对柴油机进行拆检。拆检过程发现如下问题[1-2]。

1）连杆瓦拆检情况。A8 档上下瓦和B8 档下瓦均有不同程度的圆周方向上贯穿性磨损，区域集中在连杆上下瓦的中间，宽度约8.5 mm；A8 档连杆上瓦和B8档连杆下瓦中间的主承载区域漏铜。连杆瓦磨损漏铜位置示意图见图1，其余瓦未见异常。同时曲轴的A8 档、B8 档连杆轴颈上包裹油孔的径向区域有可见的划痕[3-6]。

图1 连杆瓦磨损漏铜位置示意图

2）主轴瓦拆检情况。主轴瓦第7 档、8 档、9档均存在不同程度穴蚀，主要为柳叶状穴蚀，其余主轴瓦未见异常。主轴瓦穴蚀位置示意图见图2。

图2 主轴瓦穴蚀位置示意图

2 故障原因分析

根据现场拆检情况，结合可能造成轴瓦异常磨损原因，梳理形成故障树。主轴瓦穴蚀及连杆瓦异常磨损故障树如图3 所示[7]。结合故障树，对列举的各项进行逐一排查。

图3 主轴瓦穴蚀及连杆瓦异常磨损故障树

1）机体。复测机体主轴孔同轴度（机体所有主轴孔同轴度要求不大于0.08 mm、相邻两档主轴孔的同轴度要求不大于0.02 mm），符合技术要求。

2）柴油机运行情况。柴油机按照1 000 kW、1 800 r/min 工况运行，无超负荷运行情况。但柴油机在运行时，进气压力波动范围为85～98 kPa，排气压力波动范围为121～165 kPa，与正常试验工况差异较大，进排气压力长期高频率大幅波动；另一方面，柴油机运转转速波动变化较大，波动范围最大可达40 r/min（工艺要求转速波动15 r/min）。因此，柴油机运行工况的因素不能排除。

3）机油质量。试验过程中根据试验大纲要求，提取机油进行理化分析，机油黏度、闪点、成分均无异常。

4）轴瓦质量。试验后对轴瓦进行复测，主轴瓦第7、8、9 档存在穴蚀；连杆瓦A8 档、B8 档出现漏铜，其余轴瓦外观检查无异常、尺寸（开口尺寸、壁厚等）合格。

5）连杆加工及组装质量。连杆盖和连杆体安装时有标记，复查连杆盖无装反问题。连杆加工完成后，在入库前有检验合格证，包含大头孔圆柱度、连杆平行和扭曲检测，均符合技术要求。连杆瓦压装后有尺寸测量记录，包含压装后内孔尺寸和椭圆度检测，均符合技术要求。试验后复测，均未达到磨损极限。

6）曲轴。曲轴轴颈跳动和直线度复测结果均符合技术要求。但在涂色检查时，发现A8 档、B8档连杆轴颈上，在覆盖油孔的径向区域存在不同程度的异常磨损带，涂色检查发现该区域贴合度较差，与A8档和B8档连杆瓦吻合的曲轴连杆轴颈区域出现较宽的接触亮带，局部漏铜。A8 档、B8档曲轴连杆轴颈见图4。

图4 A8档、B8档曲轴连杆轴颈

7）清洁度控制。柴油机装配和试验中拆检等操作过程中均严格控制清洁度。拆检后的轴瓦工作表面无杂质镶嵌或异物划伤等情况。

8）轴承间隙。试验后复测主轴承和连杆轴承间隙合格。

3 机理分析

结合故障树的排查分析，A8 档、B8 档连杆瓦产生的异常磨损主要是因为曲轴A8档和B8档连杆轴颈上覆盖油孔的径向区域存在局部高点，使A8档和B8档连杆瓦相应区域接触面较小、应力较大，局部过载导致了该区域油膜较难建立，出现了异常磨损的故障。

穴蚀是一种纯机械性质的低周疲劳现象，柴油机工作时，由于曲轴轴颈在轴承间隙较大的位置变化，在重力及离心力的作用下，局部地区产生涡流，使某些部位的瞬时油压降为负值，油膜中产生气泡。随后，曲轴轴颈急剧做向心运动，使润滑油压力增加，气泡移动到压力较高位置发生破裂，气泡周围的润滑油迅速补充到原气泡处，形成射流，并因此产生较高的压力波，冲击轴瓦局部表面，使其承受剧烈冲击载荷。本次柴油机轴瓦处出现的穴蚀与运行工况相关，柴油机在运行时，进气压力、排气压力波动范围较正常工况值的波动范围大，进气压力、排气压力长期高频率大幅波动，加剧轴瓦载荷的波动；另一方面，柴油机运转时的转速波动变化较大，造成油压不稳。载荷波动和油压不稳加剧了轴瓦的穴蚀。