船舶發(fā)電柴油機(jī)連桿故障分析

彭 陳

（江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院 南京 211170）

船舶發(fā)電柴油機(jī)連桿故障分析

彭 陳

（江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院 南京 211170）

以發(fā)電柴油機(jī)連桿斷裂故障為例，通過(guò)對(duì)故障現(xiàn)象分析，找出引起此次連桿斷裂的主要原因是疲勞斷裂，并提出連桿斷裂預(yù)防措施。

發(fā)電柴油機(jī) 連桿斷裂 分析

1 引言

船舶柴油機(jī)連桿是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)傳遞給曲軸，對(duì)外做功，連桿承受氣缸內(nèi)氣體壓力、往復(fù)慣性力等作用，船舶柴油機(jī)連桿不但運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，而且受力也很復(fù)雜，很容易產(chǎn)生疲勞而斷裂，造成嚴(yán)重后果。桿裂紋甚至折斷是由于材料疲勞和機(jī)損事故而發(fā)生的，所以為了保障柴油機(jī)的正常工作，應(yīng)定期對(duì)連桿、連桿螺栓進(jìn)行相應(yīng)的保養(yǎng)與檢查。

2 故障現(xiàn)象

某輪發(fā)電柴油機(jī)型號(hào)為Sulzer6AL25/30，功率為600千瓦，轉(zhuǎn)速為700RPM，渦輪增壓器型號(hào)為VTR250N，轉(zhuǎn)速為11000RPM，此發(fā)電柴油機(jī)大約運(yùn)行400小時(shí)連桿在大端螺紋處斷裂，在曲軸箱部位出現(xiàn)異常聲音，有“嗒嗒”的敲擊聲，聲音越來(lái)越大，同時(shí)增壓器超速，輪機(jī)員立即停止此機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，啟動(dòng)備用發(fā)電機(jī)，機(jī)艙人員立即對(duì)故障發(fā)電機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電柴油機(jī)連桿斷裂，氣缸套破碎，碎片散落，斷裂的連桿與曲軸、機(jī)體相撞，導(dǎo)致機(jī)體與曲軸損壞。

3 故障原因

根據(jù)檢查發(fā)現(xiàn)，造成此次事故的主要原因是連桿斷裂導(dǎo)致?lián)v缸故障，根據(jù)輪機(jī)員反應(yīng)，此臺(tái)發(fā)電柴油機(jī)的操作完全是按照說(shuō)明書(shū)技術(shù)規(guī)范要求，現(xiàn)場(chǎng)情況表明，油底殼有充足的油量，各個(gè)部件潤(rùn)滑良好，油底殼也沒(méi)有銅末，軸承也無(wú)咬死現(xiàn)象；缸套與活塞表面光潔，無(wú)咬缸現(xiàn)象；增壓器也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)損壞現(xiàn)象；從以上基本可以判斷不是滑油質(zhì)量以及潤(rùn)滑不良的原因。

從連桿斷裂宏觀(guān)斷口外形分析，連桿斷裂屬于疲勞斷裂。連桿斷裂部位仔細(xì)觀(guān)察呈現(xiàn)放射條紋狀，并向材料內(nèi)部延伸，最后產(chǎn)生斷裂，引起發(fā)電柴油機(jī)搗缸故障。為便于分析連桿斷裂原因，連桿結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

引起柴油機(jī)連桿斷裂原因主要有以下幾個(gè)方面：

圖1 連桿結(jié)構(gòu)圖

（1）連桿螺栓上力矩不當(dāng)，力矩過(guò)大會(huì)導(dǎo)致連桿螺栓超過(guò)屈服極限，產(chǎn)生屈服變形，在載荷的沖擊下發(fā)生連桿斷裂。如果預(yù)緊力不夠，柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，連桿接合面產(chǎn)生縫隙，螺栓受沖擊力作用會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞而斷裂。

（2）定期維護(hù)保養(yǎng)不到位，維修或者更換曲軸后緊固螺栓預(yù)緊力不到位，柴油機(jī)準(zhǔn)裝一定時(shí)間，預(yù)緊力螺栓松動(dòng)，沒(méi)有及時(shí)恢復(fù)。

（3）材料加工工藝以及熱處理不當(dāng)也會(huì)導(dǎo)致連桿斷裂。同時(shí)，活塞銷(xiāo)質(zhì)量差，長(zhǎng)生裂紋，活塞銷(xiāo)會(huì)竄出，導(dǎo)致連桿斷裂。

（4）柴油機(jī)發(fā)生“飛車(chē)”事故以及活塞在氣缸內(nèi)發(fā)生燒死現(xiàn)象，會(huì)發(fā)生連桿斷裂。

4 故障排除及預(yù)防對(duì)策

（1）為防止連桿螺栓斷裂事故發(fā)生，連桿螺栓安裝前必須認(rèn)真檢查，不符合要求及時(shí)換新，一般修復(fù)難度比較大、費(fèi)用高，周期也較長(zhǎng)。如果換新，檢查零件有無(wú)缺陷，用手錘敲打螺栓，聽(tīng)聽(tīng)聲音，查看有無(wú)疲勞強(qiáng)度與缺陷，尤其是螺栓頭部、螺紋與螺紋根部，有裂紋堅(jiān)決不能使用，選用配套生產(chǎn)的連桿螺栓。

（2）螺帽、螺栓頭部與軸承的接觸面要完好，螺栓不能軸承孔中松動(dòng)以及軸承空中有毛刺等，易使螺栓咬死；螺栓與螺栓孔之間的配合間隙不能過(guò)緊，定位銷(xiāo)不能松動(dòng)，否則會(huì)發(fā)生磨損；上緊連桿螺栓時(shí)要按照拆卸時(shí)的標(biāo)記裝復(fù)，不能裝錯(cuò)；裝復(fù)時(shí)墊片與軸承表面要清潔，接觸良好。

（3）如果柴油機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生螺栓斷裂，將發(fā)生機(jī)毀的重大事故，因此必須按照說(shuō)明書(shū)的要求上緊，如安裝預(yù)緊力的大小、預(yù)緊方法、預(yù)緊次序等。上緊連桿螺栓時(shí)要按照拆卸時(shí)的標(biāo)記裝復(fù)，不能裝錯(cuò)；裝復(fù)時(shí)墊片與軸承表面要清潔，接觸良好；螺栓上緊要用扭力扳手，兩邊螺栓均勻交替上緊，不能單邊緊固；預(yù)緊力不能過(guò)大，否則會(huì)致使螺栓疲勞。

（4）檢查連桿螺栓的伸長(zhǎng)量，參考技術(shù)要求，如不符合要求，要及時(shí)換新，同時(shí)中型以下四沖程柴油機(jī)連桿螺栓的使用時(shí)間為15 000-20 000小時(shí)，如果超過(guò)使用壽命，即使表面無(wú)異狀也要換新。

（5）采取螺栓防松措施，正確的固緊與鎖緊是避免發(fā)生斷裂的有效措施。擰緊后的螺栓要有防松措施，科學(xué)的防松措施是依賴(lài)螺紋的自鎖能力，因此在高速柴油機(jī)上采用細(xì)牙螺紋，減小導(dǎo)程角，使導(dǎo)程角遠(yuǎn)小于摩擦角，對(duì)螺紋部分鍍銅，以增加螺紋間的貼合度及摩擦系數(shù)，提高防松效果。目前在一些新產(chǎn)品中不采取任何防松措施，而是靠提高細(xì)牙螺紋的精度，確保預(yù)緊力來(lái)達(dá)到防松目的。實(shí)踐表明，正確的固緊與鎖緊是避免發(fā)生斷裂的有效措施。圖2所示是螺母鎖緊防松的方法，圖3、圖4是常用的防松裝置。

（6）經(jīng)常檢查柴油機(jī)日常工作狀況

圖2 螺母鎖緊方法

圖3 防松墊片法

圖4 開(kāi)口銷(xiāo)防松法

柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)異常情況，及時(shí)停車(chē)檢查。當(dāng)螺桿出現(xiàn)松動(dòng)或者被拉長(zhǎng)，會(huì)出現(xiàn)較大的敲擊聲，立即停車(chē)，檢查軸瓦，如果軸瓦間隙過(guò)大，更換連桿軸承或者加大軸瓦。定期檢查連桿螺栓的緊固情況，查明原因，檢查螺栓損壞情況，使用扭矩扳手按照規(guī)定上緊。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)Sulzer6AL25/30型號(hào)發(fā)電柴油機(jī)連桿斷裂事故分析，筆者認(rèn)為造成連桿斷裂原因包括預(yù)緊力不均、螺紋表面不清潔、螺紋配合過(guò)松或過(guò)緊、柴油機(jī)發(fā)生拉缸或者咬缸事故等，連桿斷裂極易引起搗缸和燒瓦，為防止此類(lèi)事故發(fā)生，在操作以及裝配過(guò)程中必須嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范，確保柴油機(jī)安全。

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Analysis of the Malfunction of Connecting Rod in Marine Diesel Engine

PENG Chen

(Jiangsu Maritime Institute Nanjing Jiangsu 211170 China)

This paper takes the fracture of connecting rod in power generation diesel engine as an example. Through the analysis of the malfunction phenomenon, it finds out the main cause of the fracture of the connecting rod is overuse, and puts forward the prevention measures.

power generation diesel engine fracture of connecting rod analysis

A

1673-1816(2016)04-0085-03

2016-04-02

彭陳（1983-），男，工學(xué)碩士，講師，研究方向輪機(jī)工程、船舶與海洋工程。

江蘇省航海學(xué)會(huì)課題（2015C03）。