主機曲軸事故原因分析處理及事后管理要點

1、“云港八號”輪主機曲軸事故原因分析、處理及事后管理要點內(nèi)容摘要摘要：云港八號拖輪主機為DAIHATSU（日本大發(fā)）生產(chǎn)的8DSM-26型柴油機，是典型的四沖程中速機，額定轉(zhuǎn)速為750轉(zhuǎn)每分鐘！在運轉(zhuǎn)中主機曲軸由于各種原因?qū)е虑S及主軸承燒損事故，結(jié)合該事故，本文主要對曲軸和主軸承工作原理及工作環(huán)境進(jìn)行介紹，針對其工作特點對導(dǎo)致這次事故的原因進(jìn)行分析，總結(jié)并查出事故原因！根據(jù)事故處理后的結(jié)論，對主機日后的管理提出具體要求及注意事項！關(guān)鍵詞：柴油機 曲軸 主軸承 Abstract: The main engine of the Lianyungang NO.8 Tug is 8DSM-26.It

2、is made by DAIHATSU (Japan, Daihatsu).The engine is a typical four-stroke medium-speed engine and its rated speed is 750 revolutions per minute! For various reasons the crankshaft and crankshaft main bearing occur the burning incident in operation .In combine with the failure, this paper mainly intr

3、oduces the working principle and environment of the crankshaft and the main bearing .According to the characteristics of their work this paper analyse the cause of the accident, summarize and identify the reasons for failures! According to the conclusions of the accident this paper shows the specifi

4、c requirements and instruction for the future management of the main engine!Keyword：diesel engine，crankshaft，main bearing. 前言 港口拖輪為滿足其高機動，大功率輸出等要求，一般在船舶中采用四沖程中速大功率柴油機作為其動力輸出！特別是隨著民運遠(yuǎn)洋及近洋船舶的大型化，對港口拖輪提出了更高的技術(shù)及管理要求！另一方面由于拖輪的工作性質(zhì)，在停泊休整時，可能任何時間都可以接到調(diào)度調(diào)令，備車出港接送貨輪，所以不能常規(guī)的對主機進(jìn)行暖機試車沖車等操作！工作環(huán)境的要求對主機的各個部件都提出了苛

5、刻的要求，特別是動力傳動裝置，工作環(huán)境最為惡劣，也是最容易導(dǎo)致主機故障的環(huán)節(jié)！所以，在日常的管理和養(yǎng)護中，主機曲軸及主軸承也就成為最重要的維修保養(yǎng)對象之一！1主機曲軸故障云港八號主機為大發(fā)柴油機生產(chǎn)的8DSM-26型柴油機，為典型的四沖程中速機，額定轉(zhuǎn)速為750轉(zhuǎn)每分鐘！采用機帶燃油泵、滑油泵、淡水泵及海水泵，無軸帶發(fā)電機。在生產(chǎn)過程中，主機曲軸由于各種原因?qū)е虑S及主軸承燒損事故。設(shè)備部技術(shù)人員聯(lián)合輪機員對主機進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)曲軸溫度異常，連桿與曲軸已經(jīng)抱死?；敬_定為曲軸事故，報公司后決定對云港八號停產(chǎn)檢修。2主機曲軸的工作原理及工作環(huán)境2.1曲軸工作原理主機曲軸主要是通過連桿把活塞的往復(fù)運動

6、變成回轉(zhuǎn)運動；把各缸所做的功匯集起來向外輸出和帶動柴油機的附屬設(shè)備，如機帶滑油泵，機帶海水泵，機帶淡水泵等，其中噴油泵、進(jìn)排氣閥、啟動空氣分配器等均需正時要求，所以必須要由曲軸來驅(qū)動。2.2 曲軸工作環(huán)境主機曲軸的工作條件是比較苛刻的，特別是對于以四沖程柴油機為主機的拖輪，這主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1. 預(yù)動不足。在港口營運時，隨時需要幫助大型船舶靠、離碼頭。接到調(diào)令后，立即備車啟動，以最快的時間趕赴現(xiàn)場。這就對主機部件的預(yù)熱，預(yù)潤滑等提出要求，不能有效和及時的對主機部件，特別是曲軸進(jìn)行預(yù)動處理。另一方面，由于時間和工作特點限制，主機負(fù)荷不能逐漸緩慢升高，而是很快以高轉(zhuǎn)速，高負(fù)荷運行，對主機曲

7、軸來說，嚴(yán)重縮短了其使用壽命，對日常的維護保養(yǎng)也提出更加苛刻的要求！ 圖1 曲軸曲柄2. 受力復(fù)雜。曲軸在工作中承受各缸交變的氣體力、往復(fù)慣性力和離心力，以及它們所產(chǎn)生的彎矩和扭矩。這些力不僅隨著曲柄的轉(zhuǎn)角變化，還隨著負(fù)荷變化。曲軸在這些力的作用下要產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，并產(chǎn)生非常復(fù)雜的交變應(yīng)力。3. 應(yīng)力集中嚴(yán)重。云港八號曲軸是由8個彼此間錯開的曲柄以及功率輸出端和自由端構(gòu)成，每個曲柄又分成主軸頸、曲柄銷、和曲柄臂三部分，曲軸的形狀復(fù)雜，曲軸上還鉆有潤滑油孔。這些因素都將使曲軸內(nèi)部的應(yīng)力分布極不均勻，以致在曲柄臂和軸頸的過渡圓角處及潤滑油周圍產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象。其中以曲柄臂和曲柄銷的過渡圓

8、角處最為危險。4. 附加應(yīng)力很大。曲軸是一個彈性體，它在徑向力、切向力和扭矩的作用下會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動、橫向振動和縱向振動。當(dāng)曲軸的自振頻率較低時，在發(fā)動機工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可能出現(xiàn)共振，從而使振幅大大增加，產(chǎn)生很大的附加應(yīng)力。這不僅容易造成曲軸的損傷和破壞，而且會惡化柴油機的工作性能。如扭振將引起傳動齒輪的噪聲和疲勞，是柴油機定時不準(zhǔn)從而因其工作過程惡化。橫向振動會因曲軸彎曲過大使軸頸和軸承磨損加劇甚至不能正常工作。5. 軸頸遭磨損。特別是在潤滑不良、機座或者船體變形、軸承間隙不合適、超負(fù)荷運轉(zhuǎn)或經(jīng)常起停發(fā)動機時，軸頸的磨損會明顯加劇。3主機曲軸故障原因分析3.1主機曲軸的潤滑針對這次云港八號曲軸事

9、故，綜合設(shè)備部、船舶輪機管理人員所給出的材料，個人分析認(rèn)為主機曲軸故障的主要原因是滑油供給不足引起的。曲軸及其部件的有效潤滑是保證其正常工作的最重要因素之一。云港八號的滑油泵主要有兩臺齒輪泵，一臺為機帶滑油泵，一臺為備用滑油泵。兩臺齒輪泵均為外嚙合齒輪泵，機帶齒輪泵在主機正常運轉(zhuǎn)時為其提供滑油保障潤滑，備用滑油泵則是在主機啟動前啟動，建立啟動前期的滑油壓力，并為機帶泵提供引油。圖2云港八號曲軸上鉆有潤滑油道，把輸送至主軸承的滑油引入曲柄銷軸承。在運轉(zhuǎn)時各接合面均應(yīng)保證有效地潤滑，滑油壓力均應(yīng)達(dá)到最低要求，特別是高速、高負(fù)荷承受的曲軸與連桿大端、軸瓦之間的潤滑！云港八號主機設(shè)置了滑油低壓報警裝置

10、，以保證在滑油壓力低于最低要求值時及時停止主機運轉(zhuǎn)，確保主機安全。圖2 潤滑油道布置示意圖3.2滑油供給不足的原因針對曲軸滑油供給不足，個人分析主要有以下原因?；蛪毫Σ蛔恪Ｔ趯χ鳈C進(jìn)行拆檢的過程中，發(fā)現(xiàn)主機曲軸與其他部件的咬合處由于滑油不足已經(jīng)發(fā)生過度磨損和裂紋。在對左主機的相關(guān)部件進(jìn)行對比觀察時，同樣發(fā)現(xiàn)右機的一些滑油接觸面滑油量明顯較少。在事故發(fā)生后，對主機滑油日用柜的滑油量進(jìn)行測量時，滑油量在正常值內(nèi)。在對主機的兩臺滑油泵進(jìn)行驗證時，發(fā)現(xiàn)機帶的滑油壓力并不能達(dá)到主機所要求的最低0.16MPa的要求。對機帶滑油泵進(jìn)行拆檢測量時發(fā)現(xiàn)，齒輪泵的端面間隙已經(jīng)達(dá)到0.16mm，由于端面間隙過大而

11、引起的泄漏，無法使齒輪泵的排出壓力達(dá)到規(guī)定值。備用滑油泵提前關(guān)閉。由于云港八號采用的是機帶滑油泵，在主機啟動前無法實現(xiàn)預(yù)潤滑，備用滑油泵要使滑油壓力達(dá)到0.2Mpa以上時主機才可啟動。在主機啟動后的一段時間里，觀察滑油壓力基本正常，機帶滑油泵正常運轉(zhuǎn)才可以關(guān)閉備用滑油泵。如果過早關(guān)閉備用滑油泵，而引油還沒有進(jìn)入機帶滑油泵時，同樣會導(dǎo)致滑油無法供應(yīng)，機帶泵干轉(zhuǎn)的情況發(fā)生。特別是當(dāng)機帶泵端面間隙過大，自吸能力變差時，此種情況更為嚴(yán)重。另一方面，在對滑油的管路進(jìn)行通道實驗時，發(fā)現(xiàn)管路流阻正常，排除了由于管路不通或阻塞導(dǎo)致滑油壓力過低的情況。人為因素是此次事故不可忽視的。云港八號主機配有滑油壓力報警裝

12、置，可以在滑油壓力低于最低要求值時，第一時間切斷主機燃油供應(yīng)，并且發(fā)出報警信號，以避免主機在滑油供應(yīng)不足時發(fā)生故障。在當(dāng)班輪機員對事故第一現(xiàn)場的觀察得知，滑油低壓報警裝置并沒有啟動。在事故發(fā)生后分析認(rèn)為值班員因為想避免主機過快達(dá)到最大負(fù)荷，把主機啟動手柄控制在啟動位置，在這個位置可以有效地控制主機的燃油供給量，駕駛臺無法在駕控實現(xiàn)油門控制。同樣啟動位置不能壓下低壓報警裝置的啟動按鈕。123456圖3 主機運行調(diào)節(jié)裝置示意圖 1 主機運轉(zhuǎn)位 2 主機啟動位 3 主機停車位 4 調(diào)節(jié)手柄 5 滑油低壓報警裝置 6 滑油低壓報警啟動按鈕在云港八號出港作業(yè)的一個多小時內(nèi)，值班人員也不能及時的發(fā)現(xiàn)機器的

13、非正常運轉(zhuǎn)，沒有按照值班規(guī)則進(jìn)行有效的機艙巡視、檢查，最終造成了此次嚴(yán)重的事故。故障不久前，船舶輪機部配合公司設(shè)備部對云港八號主機進(jìn)行了曲軸的軸線校正工作，所以基本上排除了由于曲軸軸線不正給主機曲軸運轉(zhuǎn)帶來的故障。另一方面，對左右主機滑油進(jìn)行對比化驗時，化驗結(jié)果顯示右機各項指標(biāo)均正常，所以也排除了由于曲軸箱滑油過臟而導(dǎo)致的曲軸故障。綜上，基本確定原因為曲軸處所滑油供給不足。4事故處理及后期管理要點4.1事故處理在事故發(fā)生后，公司設(shè)備部、船廠的技術(shù)人員對主機的受損程度進(jìn)行了評估，認(rèn)定為重大事故，且船上無法自修，只能進(jìn)塢修理。進(jìn)塢后主要對曲軸的強度、彎曲度等進(jìn)行了測量和計算，并對其主要接合面進(jìn)行了

14、磁力探傷。在修復(fù)過程中曲軸被認(rèn)定為已報廢，論證后更換了新曲軸，并且采用了加厚瓦，并對機帶滑油泵進(jìn)行有效修復(fù)。云港八號主機曲軸強度計算根據(jù)中國船級社一九八九年鋼制海船入級與建造規(guī)范第九章第二節(jié)9.2.3.1對鍛鋼、鑄鋼，合金鋼材料的曲軸主軸頸及曲柄銷最小直徑d，按下式計算：請見規(guī)范P386P3P5頁d=式中：D汽缸直徑 260mm S活塞行程 320mm L相鄰兩主軸承中心線距離 390mm Lp曲軸銷長度 120mm Pz最高燃燒壓力 11MPa Pi平均指示壓力 1.46MPa A系數(shù)；直列單作用柴油機 0.50 C系數(shù)；四沖程八缸 2.915 材料最低抗拉強度（材料：55） 660Nmm2

15、 曲軸應(yīng)力集中指數(shù) 4.27 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力集中系數(shù) 1.50所需其他數(shù)據(jù)：過度圓角相對半徑0.05 曲壁相對厚度 0.44 曲壁相對寬度 1.50 曲柄銷中心孔與外徑之比 0.05代入公式得d=184.43mm從如上計算可以得出，云港八號主機曲柄銷磨損后，其強度任然滿足規(guī)范最低要求。若采取降低主機轉(zhuǎn)速，減少主機輸出功率，安全營運是有保障的。但是由于采用加厚瓦，其導(dǎo)熱性變差不容忽視。提高滑油壓力，增加滑油供給量，降低主機使用負(fù)荷，以確保曲柄銷溫度小于70。曲柄銷熱處理層磨去，其表面硬度只在HB150200之間，耐磨疲勞和耐磨性能下降。應(yīng)采取拋光工藝獲得較小的摩擦系數(shù)，實現(xiàn)液體潤滑；降低主機負(fù)荷，防止

16、沖擊；軸承合金相對軸頸較軟比較有利。曲軸換新后臂距差測量（1）、中國船級社標(biāo)準(zhǔn)，在海上營運船舶檢驗規(guī)程（1984）中規(guī)定了曲軸臂距差測量點在（SD）2處（S為活塞行程、毫米；D為主軸直徑、毫米）。（2）、中國修船標(biāo)準(zhǔn)：中華人民共和國船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GB3364-91對船舶柴油機曲軸臂距差作出規(guī)定，曲軸臂距差測量點在（SD）2處，曲軸在冷態(tài)時臂距差標(biāo)準(zhǔn)：·正常值不大于0.000125S，即1.25 S/10000；·修理中飛輪端控制值不大于0.00015S，即1.5 S/10000；·飛輪端如為彈性連軸節(jié)可適當(dāng)放寬至不大于0.000175S，即1.75 S/10000；

17、 曲 軸 臂 距 差 測 量 記 錄測量位置 曲 拐 測 量 值12345678上止點00.005000000下止點0-0.01-0.04-0.03-0.005-0.04-0.03-0.01左平00-0.010-0.03-0.03-0.02-0.01右平0000.0050-0.0100 表1 曲軸臂距差測量記錄 曲軸換新后臂距差顯示曲軸彎曲程度滿足標(biāo)準(zhǔn)所要求，可以投入正常的生產(chǎn)運營。船廠根據(jù)公司要求一并對機帶滑油泵進(jìn)行了有效的修復(fù)，修復(fù)后的滑油泵輸出壓力可以達(dá)到主機滑油壓力所需要的最低0.16Mpa的要求，并且在正常值范圍之內(nèi)。根據(jù)主機曲軸及相關(guān)部件的損壞情況，對曲軸進(jìn)行了磁粉探傷處理，發(fā)現(xiàn)第

18、1、2、3、5、8各拐均存在嚴(yán)重的貫穿軸頸的開放性磁痕，其中最長的約80mm，最短者約6mm。針對這種情況技術(shù)人員對曲柄銷進(jìn)行了磨削加工。再次經(jīng)過磁粉探傷，發(fā)現(xiàn)曲軸修復(fù)后各拐頸貫穿軸頸的開放性磁痕經(jīng)打磨已消除，軸頸相對減小，并重新加工了曲軸瓦，瓦臂加厚。為此，為此曲軸的強度和導(dǎo)熱性都有所影響，營運時采取降低負(fù)荷使用，修復(fù)后，主機高負(fù)荷定在617rmin，這時輸出功率為850ps，最高燃燒壓力控制在8MPa左右。至此，云港八號左主機修復(fù)完畢，進(jìn)行廠內(nèi)試車實驗，各轉(zhuǎn)速下的工況參數(shù)均在正常值能為之內(nèi)，云港八號可以投入修復(fù)后試運營。但在營運過程中，船舶輪機員應(yīng)積極與設(shè)備部及廠商聯(lián)系，以便在工作管理中更好的保障船舶及船員的安全。4.2修復(fù)后營運管理要點 本次事故之后，結(jié)合主機修復(fù)和事故特點，應(yīng)對本船后期管理提出更加具體和嚴(yán)格的要求，要特別對輪機管理人員在日常工作中的職責(zé)進(jìn)行強化教育。借鑒本次事故，重視船舶故障中人的因素。針對事故主機，對其日后的管理和維護做出詳細(xì)的管理要則。首先，本船應(yīng)保證滑油的質(zhì)量，潤滑油中不應(yīng)含有殘留的軸承合金顆粒！積極配合公司設(shè)備部技術(shù)人員對事故主機進(jìn)行定期檢測，確保修復(fù)后的主機正常運營。在航行過程中，要保持修復(fù)后主機在所要求的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)，切勿超負(fù)荷對主機各部件造成二次損壞。其次，在后期管理中，船舶駕駛員要及時與輪機值班