【船機幫】中高速大功率柴油機軸瓦故障原因分析及預防措施

導讀

柴油機在試驗、現場使用和維修中經常碰到主軸瓦、連桿軸瓦和曲軸軸頸相互配合的接觸面出現拉痕、大面積拉傷, 導致發生嚴重的異常磨損, 嚴重時軸瓦和軸頸表面粘連, 甚至抱死 , 這種現象稱為柴油機抱瓦。

引起柴油機軸瓦異常磨損和燒瓦的原因很多, 減少和預防燒瓦故障是涉及到柴油機從設計、制造、裝配、試驗到現場使用、維護、保養等柴油機使用壽命過程中的整個系統工程。

本文就柴油機軸瓦異常磨損和燒瓦的原因及預防措施做探討。

一、軸瓦異常磨損和燒瓦故障現象

(1) 主軸承和連桿大頭處溫度升高, 超過 80℃,甚至更高, 用手觸摸時嚴重燙手, 此時常伴隨著柴油機油油溫升高、油壓下降、異常振動加大。

(2) 拆下軸瓦檢查 , 軸瓦合金嚴重拉傷 , 合金局部燒熔 (圖1)。

(3) 呼吸器、口冒煙異常加重, 此時還常伴隨著柴油機轉速和功率下降, 嚴重的燒瓦故障會產生很大的摩擦阻力, 甚至造成柴油機自動停車。

(4) 拆檢離心濾清器和機油過濾器時, 會發現大量鋁合金屑 (圖 2)。

二、軸瓦異常磨損和燒瓦故障的危害

(1) 軸瓦發生異常磨損, 破壞了正常的配合間隙 , 使正常的潤滑油膜遭到破壞, 如不及時停車修理, 很快就會引起燒瓦, 嚴重的燒瓦會造成柴油機功率和轉速下降, 甚至自動停車。

(2) 柴油機發生燒瓦后, 會造成軸瓦、軸頸的損傷 , 嚴重的燒瓦還會造成軸瓦燒死熔粘在軸頸上,使軸瓦跑外圓, 造成連桿和機體主軸瓦孔的損傷。

(3) 嚴重的燒瓦會引起曲軸過熱、變形 , 甚至產生裂紋斷裂。

三、軸瓦異常磨損和燒瓦故障原因分析

柴油機運轉時 , 軸瓦和軸之間相對高速滑動,又承受著嚴重的沖擊負荷, 依賴軸和軸瓦間隙內的潤滑油產生的油膜對其潤滑、支承并將摩擦熱量傳遞出去。

下面從軸瓦和軸這對摩擦副的精度和潤滑油膜的形成來分析燒瓦的原因。

1、使用方面

(1) 柴油機缺機油, 使軸瓦與軸頸出現嚴重的干摩擦現象, 造成燒瓦。

(2) 機油中混入水、柴油 , 降低了機油的潤滑性能, 造成燒瓦。

(3) 機油不清潔, 混有小顆粒雜質, 運轉時產

生溝槽拉瓦 (圖3) , 引起燒瓦。

(4) 柴油機機油溫度過高, 使機油黏度降低,機油壓力下降, 造成燒瓦。

(5) 機油品種選擇不對, 或機油不合格, 酸性過大, 除造成機械磨損大外, 還易引起腐蝕磨損,造成燒瓦。

(6) 由于柴油機長期使用, 曲軸軸頸都有很大磨損, 其圓度、圓柱度超過允許范圍, 使軸瓦軸頸的摩擦表面不能形成油膜, 潤滑性能降低。

(7) 柴油機長期超負荷運行, 造成油溫太高,

軸瓦和軸之間的沖擊負荷大, 油膜的承載能力適應不了要求, 引起軸瓦異常磨損, 進而燒瓦。

(8) 柴油機起動前, 沒有進行預潤滑, 各潤滑表面沒有充足的機油。

或在油溫高的情況下停車,軸承間隙內保不住油膜, 再次起動后, 造成這些摩擦面干摩擦, 使軸和軸瓦表面出現異常磨損, 既而發展為燒瓦。

(9) 柴油機發生了飛車, 由于轉速升高, 各摩擦副的線速度急增, 潤滑滿足不了要求, 造成燒瓦。

(10) 機油濾清器壓差過大, 會使機油不經過濾清, 而通過旁通閥進入主油道, 這種未經過濾的臟油進入軸瓦間隙, 造成軸瓦異常磨損, 而引起燒瓦; 同樣機油濾清器清洗不及時, 濾芯不合格, 機油濾清效果不好, 也會引起柴油機軸瓦拉傷, 異常磨損造成燒瓦。

(11) 由于機油泵故障, 或潤滑管路泄漏, 使柴油機機油流量不足, 造成油壓不足, 減小了油膜形成和承載能力, 引起軸瓦異常磨損和燒瓦。

(12) 柴油機油溫過低時, 就突加轉速和負荷,也會引起軸瓦的異常磨損。

(13) 柴油機和工作機械連接對中不好, 會造成曲軸向一側受力, 造成軸瓦與軸之間配合間隙在局部地方太小, 引起干摩擦, 造成異常磨損, 引起燒瓦。

2、裝配方面

(1) 柴油機零件清洗不干凈, 柴油機運轉時的振動和機油的沖洗, 使雜質臟物從零部件上脫落,混入機油, 造成軸瓦的異常磨損, 引起燒瓦。

(2) 瓦蓋的緊固螺栓扭矩不夠, 不按順序, 扭力不均, 使軸瓦和瓦座貼合質量不好, 容易引起變形, 影響摩擦熱量向外傳遞, 引起燒瓦。

(3) 軸瓦間隙過大, 造成機油泄漏嚴重, 建立不起油壓, 形不成油膜, 從而引起燒瓦。

(4) 軸瓦間隙過小, 間隙中機油過少, 使局部形不成潤滑油膜, 造成干摩擦, 當零件受熱膨脹后, 會使間隙更小, 引起粘連, 造成燒瓦。

(5) 機油主油道到主軸瓦的油孔堵塞, 或曲軸到連桿軸承的油孔堵塞, 或者上下瓦裝反, 使機油無法進入軸瓦間隙內, 引起燒瓦。

(6) 連桿彎曲或扭曲, 使軸瓦側向受力, 在局部形成干摩擦, 引起燒瓦。

3、制造方面

(1) 主軸瓦孔不同心, 曲軸孔中心和缸孔不垂直, 造成軸瓦和軸之間配合間隙局部太小, 引起干摩擦, 造成軸瓦的異常磨損, 引起燒瓦。

(2) 瓦座孔加工精度差, 出現橢圓、錐度, 造成瓦背和瓦座貼合不良, 熱量不易外傳, 引起燒瓦。

(3) 主軸瓦孔中心線與缸孔中心線不在同一平面內, 形成交線, 造成連桿軸瓦呈對邊偏磨, 引起燒瓦。

(4) 軸瓦、軸瓦表面精度低, 粗糙度不合格,曲軸軸頸R弧不符合要求, 也會造成軸瓦的異常磨損, 引起燒瓦。

4、軸瓦本身的原因

(1) 軸瓦過盈量太小, 軸瓦外圓瓦背加工精度差, 造成瓦背和瓦座貼合不良, 熱量不易外傳, 引起燒瓦 (圖4)。

(2) 軸瓦材質不合格, 合金層的合金配比比例及合金層硬度達不到要求, 當瓦受熱或受到沖擊載荷的作用時, 合金層就發生變形, 引起燒瓦。

(3) 軸瓦的合金層與瓦背貼合不好, 壓按不牢, 當柴油機運轉時, 合金層在軸頸的碾壓下, 成片狀與瓦背脫離, 造成嚴重燒瓦。

四、預防措施

應根據上述易造成軸瓦異常磨損和燒瓦故障的各種原因和部位分別制定預防措施和排除方法。

(1) 潤滑方面: 

加足符合要求的機油, 定期清洗機油濾清器,更換濾芯, 消除柴油機漏機油的隱患。

保障柴油機主油道、曲軸油道和各潤滑油道的暢通 , 保證潤滑油的清潔并定期更換。

(2) 使用操作方面: 

嚴格按操作規程操作, 起動前首先預供機油 , 柴油機油溫、水溫很低時, 不要突加轉速和負荷; 油溫太高時不可停車 (油溫低于60℃以下時再停車 )。

禁止柴油機超速、超負荷運轉 ; 機油油溫應不高于90℃, 過高的油溫會降低機油的黏度。

(3) 組裝、維修、保養方面 : 

保證零部件的清潔, 避免灰塵、雜質進入柴油機內部, 按規定的扭矩緊固軸瓦, 并使扭矩均勻。

使用合格的軸和軸瓦, 對有異常磨損的軸進行修復, 軸瓦更換。

保證軸頸、軸瓦配合間隙符合要求和供油充分, 保證軸瓦、瓦孔的同心度。

五、 小 結

柴油機軸瓦異常磨損和燒瓦故障是柴油機使用過程中相對比較容易發生的故障, 嚴重的燒瓦故障不僅影響柴油機的正常使用, 還會造成軸瓦、曲軸連桿等零部件的損傷, 甚至造成曲軸斷裂, 因此必須高度重視。

本文從柴油機的制造、維修、操作使用等方面分析了造成故障的原因和預防措施。

END