某船MTU956V20型主柴油機故障原因分析

孫現有 楊曉威

摘? ? 要：本文針對某型主推進柴油機完成修理后在臺架試驗中發生連桿軸承燒蝕故障，詳細對故障原因進行排查和分析，提出針對性質量改進措施。

關鍵詞：柴油機；活塞冷卻油壓；連桿軸瓦；潤滑；質量改進

中圖分類號：U664.12 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Failure Cause Analysis Of A Ship's MTU956V20 Main Diesel Engine

SUN Xianyou1， YANG Xiaowei2

（ 1.The Military Representative Office of the Naval Department in Guangzhou， Guangzhou 510656;

2.Guangzhou Marine Engineering Corporation，Guangzhou 510250 ）

Abstract： With regards to the ablative failure of connecting rod bearing occurred in the bench test after completion of the repair of a type of main propulsion diesel engine， this paper investigates and analyzes in detail the fault cause， and puts forward some measures for improving the quality.

Key words： Diesel Engine; Piston Cooling Oil Pressure; Connecting Rod Bearing; Lubrication; Quality Improvement

1? ? ?前言

MTU956V20型柴油機是四沖程、單作用、水冷、V型60°、直接噴射、廢氣渦輪增壓、增壓空氣中間冷卻、不可逆轉、額定轉速1 455 r/min、壓縮空氣起動的柴油機。該型柴油機是由國內某柴油機廠從德國引進專利生產的產品，具有功率大、體積小、重量輕的特點。某船該機型在近期進行的一次W6級修理后的臺架試驗中，發生了連桿軸承燒蝕的故障，經拆檢相關零部件和輔助系統，開展了故障原因排查和機理分析，提出了針對性質量改進措施。

2? ? ?故障情況

某修理廠承接了某船MTU956V20型主推進柴油機W6級修理任務，按W6級修理標準的要求進行拆卸、分解、換件、組裝、調試，修理過程受控，出廠前在柴油機試車車間進行臺架負荷性能試驗時，僅運行2小時即發生監控系統發出活塞冷卻油壓力低報警，隨后自動停機。試驗情況，見表1。

3? ? ? 拆檢情況

（1）拆檢A6、B6缸活塞連桿組，發現A6、B6缸連桿軸瓦磨損發黑、瓦背局部變藍；

（2）A6、B6缸連桿大端軸窩有磨損變黑變藍現象；

（3）曲軸6#連桿軸頸有磨損、軸瓦粘著現象，觀察連桿軸頸油孔無堵塞現象；拋光后對6#連桿軸頸著色探傷檢測，表面有裂紋，軸頸直徑最大磨損0.12 mm；曲軸7#主軸頸有較深的劃痕；

（4）拆檢曲軸油道的密封蓋，在2#連桿軸頸油道中發現有一片3.5 mm×1.4 mm×0.2 mm金屬薄片，其余連桿軸頸油道中未發現異物；

（5）拆卸主軸承，發現第7#主軸承下瓦已異常磨損，第8#、10#兩副主軸承下瓦有劃痕見銅現象，其余主軸承下瓦有輕微的劃痕；

（6）拆卸所有活塞連桿組，發現部分連桿軸瓦出現圓周劃痕，如A3、A10、B8連桿軸瓦；

（7）檢查所有活塞和氣缸套表面，均無磨損劃痕；

（8）拆卸分解滑油濾器，活塞冷卻油的縫隙式濾器中發現有大量金屬屑，進入主油道的第一道紙質精濾器（過濾精度為15 μm）有大量金屬粉，第二道縫隙式濾器（過濾精度為50 μm）中無金屬粉；

（9）檢查油底殼，滑油吸入口法蘭上有大量金屬屑；

（10）抽檢A4、B7連桿進行不帶瓦安裝，按工藝要求擰緊螺栓伸長0.70 mm，擰緊后檢查螺母和螺栓記號基本能對齊；

（11）測量曲軸跳動量，發現第7檔曲軸跳動量最大，達到0.12 mm。

4? ? ?故障原因分析

4.1? ?連桿裝配

（1）連桿軸瓦裝配間隙

經查閱過程檢驗記錄：A6損壞的連桿軸瓦安裝配合間隙最大值為0.180 mm、最小值為0.140 mm；B6損壞的連桿軸瓦安裝配合間隙最大值為0.185 mm、最小值為0.165 mm。均符合柴油機修理技術要求（修換間隙0.22 mm），可排除連桿軸瓦裝配間隙不當的可能。

（2）連桿軸瓦與軸承蓋貼合

本次修理中A6、B6缸連桿軸瓦換新，MTU956型柴油機在大修時按要求不需做軸瓦瓦背著色檢查。為了驗證連桿軸瓦與軸承蓋貼合情況，故障后抽檢A4、B3連桿軸瓦進行瓦背著色檢查，目視貼合良好，可排除連桿軸瓦與軸承蓋貼合不夠，軸瓦熱量無法傳遞給連桿導致局部溫度高、油膜失效的可能。

（3）連桿彎曲、扭曲

經檢查A6、B6缸的修理過程記錄，A6連桿彎曲度為0.005 mm、扭曲度為0.005 mm；B6缸連桿彎曲度為0.020 mm、扭曲度為0.010 mm。均符合修理技術連桿彎曲度≤0.05 mm、扭曲度≤0.15的要求，可排除連桿彎曲、扭曲嚴重的可能。

（4）連桿螺栓的擰緊力矩

經查證未裝瓦時的連桿螺栓伸長量及連桿螺栓與螺母記號校準記錄，符合要求，；活塞連桿裝機過程中對連桿螺栓與螺母擰緊記號進行報驗，安裝記號符合要求，可排除連桿螺栓的擰緊力矩不滿足要求的可能。

（5）連桿安裝后連桿軸向間隙

經查證連桿安裝后連桿軸向間隙，最大為0.88 mm、最小為0.80 mm，均符合0.60 mm～1.05 mm的技術要求，可排除連桿安裝后連桿軸向間隙不滿足要求的可能。

4.2? 曲軸裝配

（1）曲軸跳動量

經查證修理時曲軸跳動量最大0.015 mm，符合修理技術要求（最大跳動量為0.200 mm、相鄰軸頸跳動量相差≤0.030 mm），可排除曲軸跳動量不符合要求的可能。

（2）主軸承裝配

經查證主軸承與主軸頸配合間隙最大值為0.250 mm、最小值為0.230 mm，符合修理技術要求（極限最大間隙0.297 mm），可排除主軸承裝配間隙不當的可能。

（3）曲軸密封性

經查證修理時曲軸安裝密封蓋后進行密性試驗，符合技術要求，可排除曲軸密封蓋安裝不密封導致泄油的可能。

（4）主軸承螺栓

經查證主軸承蓋固定螺栓擰緊伸長量及橫向拉緊螺栓力矩檢查表，符合技術要求，可排除主軸承螺栓擰緊不符合要求的可能。

4.3? ?連桿軸瓦

（1）軸瓦質量

選取異常磨損的B6連桿軸瓦和使用過同批次的A3連桿軸瓦送第三方機構檢測，抽檢的A3軸瓦粘著力試驗顯示下軸瓦內側鍍層表面無脫落及開裂現象，鍍層與鋼背結合良好，鍍層間結合良好，可排除軸瓦的質量不符合要求的可能。

（2）自由狀態彈張量

本次修理中A6、B6缸連桿軸瓦換新，在修理時測量連桿軸瓦自由狀態彈張量：A6連桿軸瓦上瓦167.880 mm、下瓦168.020 mm；B6連桿軸瓦上瓦168.240 mm、下瓦168.480 mm。均符合海軍標最小尺寸166.50 mm的要求，可排除連桿軸瓦自由狀態彈張量不符合要求的可能。

4.4? 柴油機運行

（1）潤滑油壓力

核查運行記錄，活塞冷卻油壓力報警前的滑油壓力為0.66 MPa、活塞冷卻油壓力為0.57 MPa，均滿足使用要求；故障后對滑油泵的泵前管路進行充氣試驗，未發現有漏氣現象；經查滑油泵裝配記錄，數據符合要求，可排除潤滑油壓力不足的可能。

（2）潤滑油溫度

核查運行記錄，潤滑油溫度為77.1 ℃，沒有油溫過高現象，可排除潤滑油溫度過高、潤滑油粘度下降、油膜破壞、潤滑失效的可能。

（3）柴油機負荷

核查運行記錄，發生軸瓦磨損時柴油機功率為220 kW，為總功率的6%，可排除柴油機負荷過高，導致油膜失效的可能。

4.5? ?潤滑

（1）潤滑油品質

選取試驗中滑油和未使用的同批次干凈滑油，送第三方機構化驗未見異常，可排除潤滑油品質差的可能。

（2）油路

故障后拆卸A6、B6缸連桿組件，檢查6#連桿軸頸油孔無堵塞；拆卸曲軸6#連桿軸頸油道密封蓋，未發現異物；檢查第8檔主軸頸油道，未發現異物，可排除油路堵塞的可能。

（3）滑油系統清潔度

① 故障后拆檢濾器，發現第一道紙質濾器外有紅色膠質條狀雜物；檢查滑油系統中未見紅色密封圈破損現象，并且滑油系統接口處未曾使用過紅色膠水。濾器中紅色膠質條狀異物可能是組裝濾器過程中遺留或加注滑油時吸入；進一步拆檢同期修理的2#主推進柴油機濾器發現，濾器中存有部分硬質顆粒；

② 拆檢曲軸油道的密封蓋，在2#連桿軸頸油道中發現有一片3.5 mm×1.4 mm×0.2 mm金屬薄片，其余連桿軸頸油道中未發現異物；金屬薄片送第三方機構檢測，報告顯示金屬薄片基體材料為低碳合金鋼，表面存在過熱組織；

③ 抽檢的A3連桿軸瓦化驗報告中，發現下軸瓦一道劃痕中的一處粘著物主要成分鐵元素，可能是滑油系統中的硬質鐵雜質進入連桿軸瓦造成圓周劃痕。

以上現象表明：滑油系統清潔度差，滑油系統中的硬質顆粒進入A6、B6連桿軸瓦中，軸瓦與連桿軸頸之間的潤滑條件喪失而引起干摩擦，連桿軸瓦在運行過程中受到擠壓變形過熱，軸瓦內表面鍍層材料脫落，擠壓堆積燒融，導致軸瓦短時間大面積燒損，軸瓦迅速失效。

4.6? ?結論

綜上所述，軸瓦異常磨損是潤滑不良造成，其原因可能是濾器修理清潔不到位導致滑油系統清潔度差，硬質顆粒進入連桿軸瓦和主軸瓦中，破壞油膜的形成，導致軸瓦和軸頸異常磨損。

4.7? ?工作原理分析

MTU956V20型柴油機潤滑系統，分兩路供油至上活塞冷卻和主軸承連桿軸承，由圖1可見：活塞冷卻通道上僅用隙縫式濾器（過濾精度為50 μm）一級過濾；主軸承連桿軸承為紙質精濾（過濾精度為15 μm）和隙縫式濾器（過濾精度為50 μm）兩級過濾，主油道濾器濾網面積與活塞冷卻油濾器濾網面積相比要大一倍，且在主油道通道中并聯一路壓差旁通通道，即紙質濾芯污堵導致前后壓差大于0.25 MPa時旁通閥打開，此時其過濾精度下降到50 μm，保證了主軸承連桿軸承供油量，但監控發出濾器壓差報警。

在A6、B6連桿軸瓦發生異常磨損時，軸瓦表面金屬燒熔產生大量金屬屑，滑油夾帶金屬屑循環至濾器時，供給活塞冷卻噴嘴油的縫隙式濾器污堵，導致冷卻油道壓力降低報警停機；而供給曲軸、連桿軸瓦的滑油經過紙質濾器和縫隙式濾器，檢查第一道紙質濾器有金屬屑，第二道縫隙式濾器無金屬屑，表明紙質濾器旁通閥并未打開，連桿軸瓦異常磨損產生的金屬屑未進到主軸道中，所以故障發生時在監控系統中僅顯示柴油機由活塞冷卻油壓力過低觸發停車。

5? ? 改進措施

（1）加強工藝執行紀律檢查

近年來在日常質量巡檢工作中，多次發現工人未嚴格按照修理工藝步驟進行修理，尤其是經常修理的設備。工廠的技術部門應會同質量部門，按照質量管理體系的要求定期組織開展工藝執行紀律檢查，盡量避免跨越或違反工藝步驟造成質量的監管疏忽甚至管控失效。

（2）加強多余物的預防和控制

GJB9001C-2017質量管理體系中，專門要求組織對預防、探測和排除多余物進行規定。詳細查閱該型柴油機的修理工藝文件后發現，工藝文件并沒有專門規定預防和控制多余物的操作方法和控制措施，也沒有設置必要的檢查點，修理工人對開展多余物檢查的意識較為淡薄；進一步檢查發現，艦船修理的相關工藝文件中，均忽視了對多余物的預防和控制，工廠應從工藝設計開發源頭加強多余物的預防和控制，在裝配、調試、試驗、周轉等各個環節避免產生錯誤。

（3）規范修理過程記錄

過程記錄如實反映了工藝紀律執行、器材更換、參數測量等修理全過程，是事后開展過程追溯的有效證據。事故發生后，在查閱修理過程記錄時，僅能查實部分修理工藝紀律執行情況、關鍵零部件更換情況和裝配試驗情況，不能完整再現整個柴油機修理過程，影響了故障排查工作，應從制度層面規范修理過程記錄，結合具體工藝文件設計過程記錄內容并加大檢查力度。

（4）加強修理工作環境控制

環境因素對產品質量有著直接的關系，不同的機械設備裝配環境都各有要求，MTU956柴油機修理車間的環境要求較高，雖然工廠有專門的修理車間，但各種外部因素可能影響環境，如自然風的揚尖、基建工地的風砂、其他修理車間生產時產生的粉塵等，都可能通過通風口、車間大門、人員的進出車間帶入；車間上灰塵的積累、工具工裝的不清潔，同樣對機器組裝質量都有很大的影響。工廠應加強對工作環境要求的識別和控制，逐步改變臟、亂、差的工作環境，盡量將環境因素影響降到最低。

6? ? 結語

通過拆檢和分析，導致此次故障的最大可能是修理過程中未將濾器清洗干凈而影響了滑油系統清潔度，因而連桿軸瓦發生異常磨損，最終導致曲軸報廢。在修理過程中，修理廠應規范修理過程，補強薄弱環節，避免人為操作失誤導致不必要的損失。

參考文獻

[1] CB/T3544-1994 船用柴油機曲軸修理技術要求[S].北京：中國船舶工業總公司，1994.

[2] CB/T3535-1994船用柴油機主軸瓦、連桿軸瓦修理技術要求[S].北京：中國船舶工業總公司，1994.

作者簡介：孫現有（1983-），男，工程師。主要從事艦船修理質量監督工作。

楊曉威（1988-），男，高級工程師，主要從事船舶與海洋工程輪機設計研發及項目管理工作。

收稿日期：2023-04-04