某轮主机连杆大端轴承损坏原因分析
石拥军
摘要：针对四冲程船舶主机由于管理和润滑等原因易出现连杆轴承损坏的现状，通过对某轮四冲程船舶主机连杆大端轴承烧损事故的案例分析并结合船舶轮机管理的要点，采用案例分析与原因推断相结合的方法，推断出了四冲程船舶主机连杆轴承损坏的原因并给出了预防对策，尽可能的避免了四冲程船舶主机连杆大端轴承烧损事故的发生。
关键字：连杆大端轴承 损坏 原因分析
在船用柴油機中，四冲程中速机与二冲程低速机相比，由于转速高、滑油容易污染及工作条件差等原因，曲轴、主轴承和连杆大端轴承更容易出现故障。在四冲程中速柴油机的曲轴及轴承故障中，其中较为严重的一个故障是曲轴及轴承烧损事故。主机曲轴轴承的烧损，会导致曲轴粘着磨损[1]，曲轴硬度增大，甚至出现裂纹。一旦发生曲轴烧损事故，靠船员自身力量一般难以修复，对海上航行船舶的安全构成严重威胁，同时由于船舶停航、需要请专业公司进行磨轴，而给船东造成极大的经济损失。
1 某轮连杆大端轴承烧损案例
1.1故障经过
某轮2010年11月29日航行途中，0741L于日本Akashi Kaikyo Traffic Route水域 ，机舱出现主机高温淡水（HT系统）压力报警，备用泵启动，经检查发现主机空冷器高温淡水橡胶软接头一直破裂漏水，轮机长立即电告驾驶台要求停车更换，经船长同意，0852L主机完车，船舶抛锚。
0924L主机起动，0942L转驾驶台控制，0945L船舶起锚续航。1052L电机员巡回检查中发现，主机油雾浓度仪黄灯在3-4格左右闪烁，轮机长得知后立即用电子点温计对各缸曲拐箱道门进行探测，发现主机4#缸曲拐箱道门温度比其他缸曲拐箱道门温度偏高10℃左右，并发现主机滑油压力持续下降，轮机长立即将主机滑油电动泵由备用位置转为手动开启位置；转换使用主机滑油自冲旁通滤器；转换使用主机滑油双联细滤器，以保持主机滑油压力。1112L船舶靠泊于大阪C-12E码头，驾驶台电告机舱完车。
在完车操作过程中，于1123L主机转速420RPM时，出现了主机油雾浓度报警、主机应急停车报警并自动停车，轮机长即要求合上主机盘车机、启动气缸油泵、打开主机各缸示功阀进行盘车。盘车至1230L，打开主机所有缸的曲拐箱道门检查，发现主机4#缸连杆大端轴瓦变形。撬动各缸连杆大端，均能轴向移动。轮机长立即组织人员打开主机4#缸连杆大端轴承，1400L轴承拆出，检查发现主机4#缸连杆大端轴承及轴颈过热损坏，曲轴颈及轴瓦损坏情况见下图。
1.2 主机机型、供电及滑油系统情况
该轮主机是MAK 8M552C四冲程柴油机，正常运行时主机定速500r/min。其动力输出分两路：前端经齿轮驱动自带滑油泵，后端经变速齿轮箱驱动调距桨和轴带发电机。全船的电力供应：正常航行时由轴带发电机提供，机动航行期间则由柴油发电机提供。主滑油系统有两台油泵：一台是由主机曲轴驱动的自带式油泵，主机正常运行中的滑油由它供应；另一台是由主电网供电的主滑油泵。两台泵并联在系统上。电力驱动的主滑油泵的控制方式有：自动/手动。自动的条件是：主滑油系统压力低于0.25MPa或主机转速低于300rpm时，则自动启动；主机转速高于300rpm且主滑油系统压力大于0.25MPa，则自动停止。连杆大端的润滑由主滑油系统经曲轴钻孔流到曲柄销轴承完成。
2. 连杆大端轴承烧损故障原因分析
引起连杆大端轴承烧损的原因很多，如：轴承的材质，轴瓦的浇注工艺，曲柄销和轴瓦的配合间隙，轴承安装工艺，主机的负荷，轴瓦、轴颈表面的粗糙度，滑油的品质和供应量[2]等。
由于故障原因很多，为此机务人员做了大量细致的检查工作。通过对烧损的轴承的检查和测量，未发现有白合金的局部脱落及偏磨，但轴承表面有明显的烧痕和拉毛的现象，另外，在故障发生前，主滑油系统中的滤器上也未发现明显的白合金粉末。由这些可分析得出，轴承、材质和浇注工艺满足运行要求。大端轴承的安装是根据说明书进行操作的，不存在安装工艺的问题。轴承的配合间隙经塞尺法测量也在要求范围之内。主机没有超负荷运行，轴承安装时对表面粗糙度都进行仔细检查，符合规范。滑油的定期化验中，其品质满足运行要求。综合上述分析，最大的疑点就是滑油的供应量不足。
检查报警记录，发现在抛锚完车时主机曾发生滑油低压报警，经询问相关船员，得知由于高温淡水膨胀接头破裂，高温淡水压力波动使得高温淡水备用泵自动启动，在停备用高温淡水泵时误将备用滑油泵从备用位置转换至停止位置，因此在停车时备用电动滑油泵未能及时启动，造成滑油压力低压报警。由此可见此次连杆大端轴承故障的直接原因是停车时滑油的供应量不足造成。滑油的供应量不足导致连杆大端轴承在一定时间内润滑、冷却不良，局部很可能产生干磨、过热。干磨处轴承白合金被拉毛和烧伤，增加了轴承表面的粗糙度。冷却不足引的过热，可能会使轴承在某些部位因热胀而咬合，稍一运动，咬合处的金属被撕裂，这也会增加轴承表面粗糙度。粗糙度的增加使运动副之问无法形成良好的润滑油膜，整个轴承表面就产生烧损现象，严重时轴瓦与曲柄销就咬合在一起。
另外，由于该轮主机曲拐箱油雾浓度报警装置灵敏度较高，多次发生误报警，导致主机在正常运行中多次自动停车。一旦主机发生自动停车，轴带发电机就跳电，引起主电网失电，机舱内所有的运行设备被迫停止。而柴油发电机的自动启动并车性能又差，不能及时恢复电力供应。在这期间，一方面，由于滑油自带泵的低转速乃至停转，其所产生的油压和油量不足以提供良好的润滑和冷却；另一方面，主电网的失电，又使该自动启动的主滑油泵不能发挥作用。这一系列的连锁反应也会导致连杆大端轴承在一定时间内润滑、冷却不良，局部很可能产生干磨、过热，引起轴承受损。
由此看出，此次连杆大端轴承受损的直接原因是停车时主机电动滑油泵未能及时启动；间接原因是主机正常运行中的故障自动停车和由此引起的电网失电，使连杆大端轴承处的滑油供应出现了中断。而该轴承由于其本身的位置特点，供油正常时润滑情况不理想，在缺油的情况下，润滑更加恶劣，以致发生烧损事故。综合上述分析，减少人为失误和解决主机的故障自动停车是避免连杆大端轴承烧损的一项主要工作。
3 预防对策
（1）曲拐箱油雾报警器应定期进行校验、维修，确保其工作正常。因轴承过热使滑油气化等原因会使油雾警报器报警，万一其失灵而检测不到这些事故征兆，极易造成事故扩大，发生恶性事故。在主机运行中如发生警报器报警，要及时停车，分析查找原因，采取必要的措施，確保机器安全运转[3]。
（2）主机完车后，盘车润滑、冷却不少于1小时，除非检修需要，最好保持滑油泵连续运行。这一点在实际中往往被忽视。对定速柴油机来说，刚完车时，轴承的热负荷还很大，如缺乏有效的冷却，可能会使轴承因热胀而咬合，下次启动时咬合处就被撕裂。
（3）保证柴油机运转良好工况。良好的燃烧，各运行参数的调整，活塞环的密封性，缸套磨损后的椭圆度对减少滑油污染非常重要[4]。吊缸时，一定要准确测量缸套内径，缸套磨损到一定程度时要换新，不要等到磨损极限再换新。这是由于缸套磨损到一定值后，虽然按照说明书的要求，可以理论上继续使用，但活塞缸套间隙变大，导致燃烧产物漏入曲拐箱增加，滑油消耗增加，污染加重。严重时，会引起轴瓦异常磨损、烧瓦。
需勤检查曲拐箱，密切注意自清滤器冲洗频率及双联滤器脏堵频率，从而决定缸内工况及活塞环是否断裂，缸套、活塞是否损坏。按说明书要求12000h必须吊缸检查，不得拖延时间。定期进行油头泵压，进、排气阀研磨，喷油定时校正；定期爆压检测，避免爆燃和各缸负荷不均匀造成的部件应力过大。
（4）定期测量拐挡差、各轴承间隙、K值并存档。中速机的曲轴刚性较低速机强，拐挡差值不能明显地反映出主轴承细微的变化，有时甚至个别主轴承悬空仍未发现，故应仔细研究分析开档的微小变化，并认真做好记录。对有怀疑的主轴承要认真检查。平时在维修保养时，应有计划地对主轴承及连杆轴承逐个进行检查，做好记录。防止轴承座变形及轴瓦弹性不足，加强检查轴承螺栓扭力、轴瓦配合间隙、轴承座孔过热一般会产生向内收缩变形，轴颈过热后其表面硬度增大，变蓝变黑，产生不同程度的裂纹、轴线弯曲。另外，爆压不均、爆燃也会产生轴承座孔的变形趋势；连杆轴瓦K值小于极限0.7mm，必须更换轴瓦或轴承座。配置轴承温度检测装置，加强滑油温度监控，值班时注意烟雾浓度报警。
（5）加强滑油系统管理。滑油污染是引起轴及轴瓦损坏的主要原因，四冲程主机滑油易受污染，对滑油的管理，保证滑油的清净性，减少滑油的消耗是日常管理的一大重点。为此，需要注意如下几点：
① 正确使用分油机。由于是四冲程柴油机又燃烧重油，为此保证净油机不间断工作和分离效果是相当重要的。注意保持分离温度在90℃～95℃之间，不能过低，合理选择比重环，分离流量控制在分油机额定流量的25%一30%左右。
② 各滤器要定期清洗，并检查滤芯有无滤网破损，滑油有无旁通现象；自清滤器工作是否正常，注意其冲洗空气和滑油压力，流量是否正常、冲洗次数是否正常，如冲洗次数增多，说明滑油质量恶化，要查找原因，并予排除；滑油滤器中的滤网要使用合格产品，保证目数，流通面积，破损强度；定期清洗双联滤器滤筒。
③ 滑油压力变化。此滑油系统最后一道主轴承滑油压力保证在0.4MPa～0.5MPa范围内。压力下降必须查找原因，检查压力表、滑油泵工作是否正常，滑油是否泄漏，轴承间隙是否磨损变大，滑油滤器是否堵塞，调压阀是否正常，通过曲拐箱检查各缸缸套，活塞及活塞环是否损坏导致滑油脏堵，检查各润滑点的油流情况。
④ 适当缩短滑油取样化验时间，认真分析化验结果并存档以便连续监控.
（6）检查减振器与弹性联轴器。这一点往往被轮机管理人员疏忽，平时应加强检查这些部件螺栓、橡胶环有无撕裂、是否缺少硅油而影响轴系对中偏差带来的轴系振动增加所产生的不良后果，加强传动齿轮检查，防止断油或缺油造成润滑不良后果。
4 结束语
四冲程船舶主机的连杆大端轴承烧损直接影响到船舶的航行安全，尤其在大风浪天气，所以加强日常的维护保养和管理及按照轮机操作的要求进行操作直接关系到船舶的安全。在平时工作中应加强管理，多观察，多分析，多总结经验，防止类似事故发生。
参考文献：
[1]刘海明.某型副机连杆大端轴承频繁损坏的原因分析[J].航海技术，2005，6：63-64.
[2]王瑞宣. J.R轮主机连杆大端化瓦事故原因分析及处理措施[J].中国修船，2006，3（19）：18-20.
[3]黎思敏.某型引进船用柴油机连杆大端轴瓦镀层剥落研究.中国修船，2007，6（20）：17-21.
[4]李红，张宗杰.B系列柴油机连杆烧瓦故障分析及对策.内燃机工程，2003，2（24）：78-81.
摘要：针对四冲程船舶主机由于管理和润滑等原因易出现连杆轴承损坏的现状，通过对某轮四冲程船舶主机连杆大端轴承烧损事故的案例分析并结合船舶轮机管理的要点，采用案例分析与原因推断相结合的方法，推断出了四冲程船舶主机连杆轴承损坏的原因并给出了预防对策，尽可能的避免了四冲程船舶主机连杆大端轴承烧损事故的发生。
关键字：连杆大端轴承 损坏 原因分析
在船用柴油機中，四冲程中速机与二冲程低速机相比，由于转速高、滑油容易污染及工作条件差等原因，曲轴、主轴承和连杆大端轴承更容易出现故障。在四冲程中速柴油机的曲轴及轴承故障中，其中较为严重的一个故障是曲轴及轴承烧损事故。主机曲轴轴承的烧损，会导致曲轴粘着磨损[1]，曲轴硬度增大，甚至出现裂纹。一旦发生曲轴烧损事故，靠船员自身力量一般难以修复，对海上航行船舶的安全构成严重威胁，同时由于船舶停航、需要请专业公司进行磨轴，而给船东造成极大的经济损失。
1 某轮连杆大端轴承烧损案例
1.1故障经过
某轮2010年11月29日航行途中，0741L于日本Akashi Kaikyo Traffic Route水域 ，机舱出现主机高温淡水（HT系统）压力报警，备用泵启动，经检查发现主机空冷器高温淡水橡胶软接头一直破裂漏水，轮机长立即电告驾驶台要求停车更换，经船长同意，0852L主机完车，船舶抛锚。
0924L主机起动，0942L转驾驶台控制，0945L船舶起锚续航。1052L电机员巡回检查中发现，主机油雾浓度仪黄灯在3-4格左右闪烁，轮机长得知后立即用电子点温计对各缸曲拐箱道门进行探测，发现主机4#缸曲拐箱道门温度比其他缸曲拐箱道门温度偏高10℃左右，并发现主机滑油压力持续下降，轮机长立即将主机滑油电动泵由备用位置转为手动开启位置；转换使用主机滑油自冲旁通滤器；转换使用主机滑油双联细滤器，以保持主机滑油压力。1112L船舶靠泊于大阪C-12E码头，驾驶台电告机舱完车。
在完车操作过程中，于1123L主机转速420RPM时，出现了主机油雾浓度报警、主机应急停车报警并自动停车，轮机长即要求合上主机盘车机、启动气缸油泵、打开主机各缸示功阀进行盘车。盘车至1230L，打开主机所有缸的曲拐箱道门检查，发现主机4#缸连杆大端轴瓦变形。撬动各缸连杆大端，均能轴向移动。轮机长立即组织人员打开主机4#缸连杆大端轴承，1400L轴承拆出，检查发现主机4#缸连杆大端轴承及轴颈过热损坏，曲轴颈及轴瓦损坏情况见下图。
1.2 主机机型、供电及滑油系统情况
该轮主机是MAK 8M552C四冲程柴油机，正常运行时主机定速500r/min。其动力输出分两路：前端经齿轮驱动自带滑油泵，后端经变速齿轮箱驱动调距桨和轴带发电机。全船的电力供应：正常航行时由轴带发电机提供，机动航行期间则由柴油发电机提供。主滑油系统有两台油泵：一台是由主机曲轴驱动的自带式油泵，主机正常运行中的滑油由它供应；另一台是由主电网供电的主滑油泵。两台泵并联在系统上。电力驱动的主滑油泵的控制方式有：自动/手动。自动的条件是：主滑油系统压力低于0.25MPa或主机转速低于300rpm时，则自动启动；主机转速高于300rpm且主滑油系统压力大于0.25MPa，则自动停止。连杆大端的润滑由主滑油系统经曲轴钻孔流到曲柄销轴承完成。
2. 连杆大端轴承烧损故障原因分析
引起连杆大端轴承烧损的原因很多，如：轴承的材质，轴瓦的浇注工艺，曲柄销和轴瓦的配合间隙，轴承安装工艺，主机的负荷，轴瓦、轴颈表面的粗糙度，滑油的品质和供应量[2]等。
由于故障原因很多，为此机务人员做了大量细致的检查工作。通过对烧损的轴承的检查和测量，未发现有白合金的局部脱落及偏磨，但轴承表面有明显的烧痕和拉毛的现象，另外，在故障发生前，主滑油系统中的滤器上也未发现明显的白合金粉末。由这些可分析得出，轴承、材质和浇注工艺满足运行要求。大端轴承的安装是根据说明书进行操作的，不存在安装工艺的问题。轴承的配合间隙经塞尺法测量也在要求范围之内。主机没有超负荷运行，轴承安装时对表面粗糙度都进行仔细检查，符合规范。滑油的定期化验中，其品质满足运行要求。综合上述分析，最大的疑点就是滑油的供应量不足。
检查报警记录，发现在抛锚完车时主机曾发生滑油低压报警，经询问相关船员，得知由于高温淡水膨胀接头破裂，高温淡水压力波动使得高温淡水备用泵自动启动，在停备用高温淡水泵时误将备用滑油泵从备用位置转换至停止位置，因此在停车时备用电动滑油泵未能及时启动，造成滑油压力低压报警。由此可见此次连杆大端轴承故障的直接原因是停车时滑油的供应量不足造成。滑油的供应量不足导致连杆大端轴承在一定时间内润滑、冷却不良，局部很可能产生干磨、过热。干磨处轴承白合金被拉毛和烧伤，增加了轴承表面的粗糙度。冷却不足引的过热，可能会使轴承在某些部位因热胀而咬合，稍一运动，咬合处的金属被撕裂，这也会增加轴承表面粗糙度。粗糙度的增加使运动副之问无法形成良好的润滑油膜，整个轴承表面就产生烧损现象，严重时轴瓦与曲柄销就咬合在一起。
另外，由于该轮主机曲拐箱油雾浓度报警装置灵敏度较高，多次发生误报警，导致主机在正常运行中多次自动停车。一旦主机发生自动停车，轴带发电机就跳电，引起主电网失电，机舱内所有的运行设备被迫停止。而柴油发电机的自动启动并车性能又差，不能及时恢复电力供应。在这期间，一方面，由于滑油自带泵的低转速乃至停转，其所产生的油压和油量不足以提供良好的润滑和冷却；另一方面，主电网的失电，又使该自动启动的主滑油泵不能发挥作用。这一系列的连锁反应也会导致连杆大端轴承在一定时间内润滑、冷却不良，局部很可能产生干磨、过热，引起轴承受损。
由此看出，此次连杆大端轴承受损的直接原因是停车时主机电动滑油泵未能及时启动；间接原因是主机正常运行中的故障自动停车和由此引起的电网失电，使连杆大端轴承处的滑油供应出现了中断。而该轴承由于其本身的位置特点，供油正常时润滑情况不理想，在缺油的情况下，润滑更加恶劣，以致发生烧损事故。综合上述分析，减少人为失误和解决主机的故障自动停车是避免连杆大端轴承烧损的一项主要工作。
3 预防对策
（1）曲拐箱油雾报警器应定期进行校验、维修，确保其工作正常。因轴承过热使滑油气化等原因会使油雾警报器报警，万一其失灵而检测不到这些事故征兆，极易造成事故扩大，发生恶性事故。在主机运行中如发生警报器报警，要及时停车，分析查找原因，采取必要的措施，確保机器安全运转[3]。
（2）主机完车后，盘车润滑、冷却不少于1小时，除非检修需要，最好保持滑油泵连续运行。这一点在实际中往往被忽视。对定速柴油机来说，刚完车时，轴承的热负荷还很大，如缺乏有效的冷却，可能会使轴承因热胀而咬合，下次启动时咬合处就被撕裂。
（3）保证柴油机运转良好工况。良好的燃烧，各运行参数的调整，活塞环的密封性，缸套磨损后的椭圆度对减少滑油污染非常重要[4]。吊缸时，一定要准确测量缸套内径，缸套磨损到一定程度时要换新，不要等到磨损极限再换新。这是由于缸套磨损到一定值后，虽然按照说明书的要求，可以理论上继续使用，但活塞缸套间隙变大，导致燃烧产物漏入曲拐箱增加，滑油消耗增加，污染加重。严重时，会引起轴瓦异常磨损、烧瓦。
需勤检查曲拐箱，密切注意自清滤器冲洗频率及双联滤器脏堵频率，从而决定缸内工况及活塞环是否断裂，缸套、活塞是否损坏。按说明书要求12000h必须吊缸检查，不得拖延时间。定期进行油头泵压，进、排气阀研磨，喷油定时校正；定期爆压检测，避免爆燃和各缸负荷不均匀造成的部件应力过大。
（4）定期测量拐挡差、各轴承间隙、K值并存档。中速机的曲轴刚性较低速机强，拐挡差值不能明显地反映出主轴承细微的变化，有时甚至个别主轴承悬空仍未发现，故应仔细研究分析开档的微小变化，并认真做好记录。对有怀疑的主轴承要认真检查。平时在维修保养时，应有计划地对主轴承及连杆轴承逐个进行检查，做好记录。防止轴承座变形及轴瓦弹性不足，加强检查轴承螺栓扭力、轴瓦配合间隙、轴承座孔过热一般会产生向内收缩变形，轴颈过热后其表面硬度增大，变蓝变黑，产生不同程度的裂纹、轴线弯曲。另外，爆压不均、爆燃也会产生轴承座孔的变形趋势；连杆轴瓦K值小于极限0.7mm，必须更换轴瓦或轴承座。配置轴承温度检测装置，加强滑油温度监控，值班时注意烟雾浓度报警。
（5）加强滑油系统管理。滑油污染是引起轴及轴瓦损坏的主要原因，四冲程主机滑油易受污染，对滑油的管理，保证滑油的清净性，减少滑油的消耗是日常管理的一大重点。为此，需要注意如下几点：
① 正确使用分油机。由于是四冲程柴油机又燃烧重油，为此保证净油机不间断工作和分离效果是相当重要的。注意保持分离温度在90℃～95℃之间，不能过低，合理选择比重环，分离流量控制在分油机额定流量的25%一30%左右。
② 各滤器要定期清洗，并检查滤芯有无滤网破损，滑油有无旁通现象；自清滤器工作是否正常，注意其冲洗空气和滑油压力，流量是否正常、冲洗次数是否正常，如冲洗次数增多，说明滑油质量恶化，要查找原因，并予排除；滑油滤器中的滤网要使用合格产品，保证目数，流通面积，破损强度；定期清洗双联滤器滤筒。
③ 滑油压力变化。此滑油系统最后一道主轴承滑油压力保证在0.4MPa～0.5MPa范围内。压力下降必须查找原因，检查压力表、滑油泵工作是否正常，滑油是否泄漏，轴承间隙是否磨损变大，滑油滤器是否堵塞，调压阀是否正常，通过曲拐箱检查各缸缸套，活塞及活塞环是否损坏导致滑油脏堵，检查各润滑点的油流情况。
④ 适当缩短滑油取样化验时间，认真分析化验结果并存档以便连续监控.
（6）检查减振器与弹性联轴器。这一点往往被轮机管理人员疏忽，平时应加强检查这些部件螺栓、橡胶环有无撕裂、是否缺少硅油而影响轴系对中偏差带来的轴系振动增加所产生的不良后果，加强传动齿轮检查，防止断油或缺油造成润滑不良后果。
4 结束语
四冲程船舶主机的连杆大端轴承烧损直接影响到船舶的航行安全，尤其在大风浪天气，所以加强日常的维护保养和管理及按照轮机操作的要求进行操作直接关系到船舶的安全。在平时工作中应加强管理，多观察，多分析，多总结经验，防止类似事故发生。
参考文献：
[1]刘海明.某型副机连杆大端轴承频繁损坏的原因分析[J].航海技术，2005，6：63-64.
[2]王瑞宣. J.R轮主机连杆大端化瓦事故原因分析及处理措施[J].中国修船，2006，3（19）：18-20.
[3]黎思敏.某型引进船用柴油机连杆大端轴瓦镀层剥落研究.中国修船，2007，6（20）：17-21.
[4]李红，张宗杰.B系列柴油机连杆烧瓦故障分析及对策.内燃机工程，2003，2（24）：78-81.
