浅析船舶柴油机拉缸故障两例

    陈艳明 赵天翔 李小波 黄进明

    摘 要：拉缸现象是指活塞组件与气缸套之间相对运动的工作表面的相互作用而造成的表面损伤。根据损伤程度的不同，可以分为划伤、拉缸、烧伤和咬缸，但在广义上统称拉缸。拉缸发展严重时会造成咬缸，致使柴油机停车。这是柴油机管理中最严重的事故之一，应尽力避免。

    关键词：柴油机故障;柴油机管理;拉缸

    1 拉缸故障案例

    1.1 案例一

    某航运公司长江42003号货轮6L23/30主机在短时间内连续四次都在同一缸发生拉缸，损失很大。该主机编号94-39，已连续运行多年，一直都很正常。根据主机运转时间状况，该公司对柴油机进行了常规保养和维修，工作结束立即投入运营。船开出去不久后就发生了拉缸，且事前无任何征兆，油压水温等都显示正常。拉缸后，船员进行了检查并更换了相关部件，装复后又立即投入营运，但船开出后不久第一缸发生再次拉缸。船员怀疑更换新部件后磨合时间不够，重新更换损坏的部件后，增加磨合时间，但主机转速超过600r/min时，第一缸又出现拉缸，连续四次在同一缸发生拉缸，事前无任何征兆。船员怀疑更换新部件后磨合时间不够，重新更换损坏的部件后，增加磨合时间，但主机转速超过600r/min时，第一缸又出现拉缸，连续四次在同一缸发生拉缸，事前无任何征兆。公司非常着急：是船员操作不正确，还是更换的部件质量有问题？还是主机本身某个部位变形？带着种种猜想和疑惑不解，向柴油机售后服务商求助。

    服务商上船后首先根据用户的要求对需要更换的部件进行了测量检查，再对前几次拉缸损坏的部件进行了仔细察看检查，检查中发现损坏的活塞缸套表面拉痕都很规则均布四周，几次拉缸损坏的程度都几乎相同，从现象上看是活塞缸套过热引起的拉缸，但航行记录上油压、水温、排温都正常，怎么会拉缸呢，拆开第一道主轴瓦检查未见异常，用滑油预供泵压油检查，压力正常，滑油流量未见异常，只是感觉第一缸滑油出油量比其他各缸少一些，对此服务商要求扩大检查主滑油分配管，当时船员还有埋怨情绪，不想拆卸主油管，在服务商坚持说服下，拆开主滑油分配管发现在第一缸滑油进油孔内，有一条粗毛巾堵在里面，虽未完全堵死，但由于滑油流量少造成活塞冷却不足而拉缸。

    经船员回忆，对主机进行常规保养时，连接主滑油管的外饥接管拆卸过，当时由于怕有脏东西进入主滑油管内，就用了一条粗毛巾堵在里面，安装时忘了取出来，所以导致了近期多次连续拉缸，造成该船多次停航，不能营运。

    1.2 案例二

    在装配某品牌5L16/24机组时，出现不能盘车的现象，厂家对机架、曲轴和气缸套等零件的相关装配尺寸进行了检查，结果如下：

    连杆：两孔平行度：0.022mm。

    活塞：活塞销孔与外圆的垂直度：0.023mm，活塞裙与活塞头的中心偏差：0.037mm。

    冷却水套：两端面平行度：0.021mm，内孔与基准面的垂直度：0.020mm。

    缸套：止口断面与基准中心线跳动：0.007mm，内孔与外圆中心线基准跳动：0.015mm，火焰圈孔与基准中心线跳动：0.050mm。

    曲轴：各项相关尺寸符合图纸要求。

    在发现盘车不灵活之后，更换了机架和曲轴，但是盘车还有一点轻微的卡滞现象。由于客观原因，该机组正常试车。

    动车磨合开始，5分钟检查时发现第1、2缸出现拉缸。拉缸表面现象基本一致，活塞内部润滑、连杆供油、活塞销表面润滑良好，没有出现异常现象。为了核实拉缸的原因和查明柴油机不能盘车的原因，厂家对气缸单元安装机架后机架的变形情况进行了检查。

    测量方法：在机架仅装好的主轴承盖的情况下，检查2个凸轮轴孔和主轴承孔的直线度;将5个气缸单元（不安装活塞连轴杆组）装入机架，在拧紧的情况下，检查凸轮轴孔和主轴承孔的直线度变化，看机架是否变形;在此状态下，将机架放平，测量气缸套的内径变化。

    测量结果：装入气缸套后，机架的凸轮轴孔和主轴承孔基本没有变化，说明机架的刚度足够，没有产生变形;气缸套的内径变化非常大，5个气缸套的下部尺寸都在+0.02—0.03mm左右，在图纸要求的范围内，但是在倒角接触的位置，有2只气缸套尺寸为-0.04mm，其余3只气缸套的尺寸为-0.10mm。

    结论：活塞销垂直方向的活塞直径尺寸为159.91mm，所以在该位置，活塞与气缸套之间为过盈配合，导致不能盘车。当气缸套变形量比较小的时候，虽然能盘车，但是有轻微的卡带现象，这种情况在动后，由于工作温度升高，摩擦副之间的干涉加剧，最终导致拉缸。质量管理部对现场和库存的气缸套进行了详细的检查，发现气缸套的机架安装平面与倒角边缘线的距离为32.5mm（自由公差：正负0.30mm），但实际尺寸明显超过图纸要求在33.0—33.3之间。儿机架的相应尺寸为33.5mm，实际在33.2—33.3之间，符合自由公差的要求。从上述两个尺寸来看，部分气缸套安装后会出现干涉的情况。

    纠正预防措施：（1）对库存的所有L16/24气缸套进行返工，尺寸控制在32.5mm以下。（2）技术中心在图纸上明确气缸套上33.5尺寸的公差范围。（3）修改QRQ8209-04（L16/24气缸套检验报告），增加该检查项目。（4）质量管理部的外检员和数控监查员在以后的工作中，关注该尺寸的检查。

    对已经试车结束的L16/24发电机组进行检查;使用内窥镜检查气缸套的磨损情况。质量部在装配实验分厂的配合下，检查完了所有在厂内的L16/24柴油机，总共有四台机8个气缸套出现比较轻微的划伤。

    2 案例解析

    拉缸現象是指活塞组件与气缸套之间相对运动的工作表面的相互作用而造成的表面损伤。根据损伤程度的不同，可以分为划伤、拉缸、烧伤和咬缸，但在广义上统称拉缸。拉缸发展严重时会造成咬缸，致使柴油机停车。拉缸事故发生后，维修和更换工作量较大，小则更换全套活塞、活塞环、气缸套等摩擦副，大则损坏机架、曲轴造成更大的损失。这是柴油机管理中最严重的事故之一，应尽力避免。

    2.1 拉缸故障原因

    探讨发生拉缸事故的直接原因可以归纳为：活塞、活塞环和气缸套摩擦副过热。但造成该摩擦副过热的原因则可分解为：润滑不良和气缸工作温度太高。润滑不良可以说是发生拉缸事故的最常见原因。本案例1长江42003号货轮6L23/30主机就是因为润滑油道中进入异物造成润滑油供油不足导致拉缸的典型。气缸工作温度太高。是发生拉缸事故中另一个比较常见的原因。增压空气进气温度（空冷器后）过高、柴油机长期低负荷工作使燃烧室部位积碳严重、更换活塞环和气缸套后磨合不够、各缸工作不均匀甚至个别缸长期超负荷工作以及活塞、活塞环和气缸套摩擦副间隙太小甚至存在干涉（案例2）、活塞环质量低劣都有可能造成气缸实际工作温度升高，以致产生拉缸严重后果。

    2.2 举一反三分析拉缸前的症状和容易出现拉缸的细节

    （1）拉缸前的症状。柴油机在运转过程中，如果出现下列现象，很有可能会发生拉缸故障：①柴油机运转的声音比平时偏大。②转速不稳定会出现自动下降。由于摩擦力增大，致使柴油机转速下降，甚至停车;③曲轴箱或扫气箱冒烟或冒火。如果出现拉缸时。缸套、活塞等零件温度会迅速升高，很有可能会发生内燃。④排气、冷却水和润滑油的温度也会明显升高。

    （2）拉缸的原因细节分析。拉缸的原因是有很多方面的造成的话，同时也是比较复杂的，有时往往多个因素的综合影响。如船舶振动过大和船体变形、柴油机的装配和安装质量、柴油机有关的辅助机械布置不合理，以及有些柴油机自身存在的冷却、润滑、燃油等方面的问题。现就在正常运行中容易引起拉缸的因素分析如下：①气缸套的安装不到位。气缸套安装质量不高，引起其局部变形，使活塞和气缸套间隙为负值，从而导致拉缸。如某柴油机因封水橡皮圈太粗，使气缸装进气缸体时过紧而局部变形，局部向内凸起。机器运行后在封水橡皮圈区域左右对称 40b～ 60b范围内的气缸套表面拉毛，同时，活塞在活塞销孔两边 40b～ 60b范围内拉毛。②气缸套与活塞之间的组件装配间隙过大或过小。如果间隙过大的话，不仅会窜气严重、破坏油膜，而且活塞在气缸内摆动过大时，活塞环外圈工作面的上下棱缘与气缸壁接触，使接触压力增大，容易破坏油膜，引起拉缸。如果间隙过小的话，活塞环会出现所谓/机械粘着0，随着活塞环的往复上下运动，环和气缸壁之间可能出现过大的接触压力而粘着，使环胀死，不仅环可能被拉断，而且会产生拉缸。③活塞环开口间隙过小。活塞环安装时直切口活塞环的最小间隙一般为缸径的0.6%，斜切口活塞环的最小间隙大約相当于缸径的0.4%左右。柴油机运行时，活塞环和气缸套都因温度增高而膨胀。但是，活塞环温度比气缸套高，沿圆周方向伸长多一些，开口间隙减小。当活塞环移到气缸下部工作表面时，因为气缸套的温度较低，膨胀小，而且磨损也小，活塞环开口间隙就有可能消失，甚至形成负值，从而可能引起拉缸。④冷却不足。柴油机在额定负荷和正常冷却的情况下，第一道环对应缸套处的温度在 200℃左右。当冷却水量压力不足、冷却水腔内水垢、铁锈过多、或者冷却水供应中断时，气缸套工作表面温度过高、油膜不易建立、甚至烧焦，导致气缸套上部工作表面出现拉缸。

    2.3 应急处置

    （1）早期发现拉缸，首先应加大气缸注油量。若过热现象不消除且航行中不允许停车时，可减油降速、单缸停油、加强活塞冷却并打开该缸示功阀，直到过热现象消除。不可同时增加气缸套冷却水量。

    （2）发现拉缸且条件许可临时停车，首先要减低柴油机转速。

    （3）发生拉缸事故后应充分检查相关的机架和曲轴油道，确认油道中是否有异物堵塞。

    （4）造成活塞、活塞环和气缸套摩擦副润滑不良还有可能是润滑油牌号不当（使用的润滑油牌号低于API分类CD级）、润滑油品质恶化、润滑油压力太低以及润滑油管路中管接头泄漏等原因，在处理过程中应逐个进行检查和排除。

    （5）若拉缸故障无法修复或不允许修复，可采取封缸运行的方法处理。

    3 结语

    本文对两例船舶柴油机拉缸故障进行分析，对案例进行回顾，分析拉缸原因以及应急处置方法。为使船舶柴油机在各种航行条件下可靠、不间断的工作，轮机管理人员要努力提高业务水平，正确执行操作规程，认真做好柴油机启动前的准备工作和运行中的管理工作，确保柴油机处于良好技术状态。

    参考文献：

    [1]孙培延.船舶柴油机[M].大连：大连海事大学出版社，2006.