船用柴油机机组拉缸故障原因实例分析及解决方案.docx

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1、船用柴油机机组拉缸故障原因实例分析及解决方案（汇编）年7月31日,本厂承接某船用发电机组高压油泵传动机构漏油修复工程,在机组恢复性试验中出现曲轴箱压力高报警停机，经拆检发现柴油机（TBD620V12）A2Bl、B2缸气缸套断裂,故对该机进行扩大拆检修复。采油机于年9月5日修复完毕,在恢复性磨合试验运行至80%功率时突然出现异响,紧急停机后拆检发现A2、B5缸拉缸,其中A2气缸套断裂。故障柴油机累计运行时间为26751小时。一、柴油机故障经过及现场拆检情况年7月31日更换泵传动机构总成后,机组开机试验出现淡水温度（78且仍有上升趋势）较其它机组偏高问题,在采取检查海水系统、清洗热交换器,更换节温

2、器等措施后再次开机试验,柴油机淡水温度仍有继续上升趋势,在此期间突然出现曲轴箱压力高报警自动停机,检查发现油底壳油位上涨6cm,进气管有大量水流出,膨胀水箱内无水。拆机体观察孔盖板后发现A2、Bl、B2缸套处向下漏水,进一步检查发现A2、BlB2缸气缸套沿第一道O形圈处断裂,A6缸轻微拉缸,A3、A4、A5、A6、B4、B6活塞顶部有轻微烧蚀情况。此次故障修复、修复后试验情况如下：将各缸连杆返厂检测未见异常；对所有气缸盖进行水压试验,其中A2、A3、B6缸喷油器护套漏水；所有连杆大端孔装瓦后测量尺寸未见异常；更换B1.B2、A2、A6缸气缸套。更换A2、A3、A4、A5、A6Bl、B2、B4、

3、B6缸活塞和活塞销,同时更换12副新活塞环。清洗滑油冷却器芯子、滑油双联滤器、油底壳,清洗全部气缸盖并研磨气门,清洗机体气缸孔内锈渣；换新滑油并使用滑油预供油泵进行整机串油,更换滑油精滤芯,清洗安全滤芯。开车起动,空载怠速IoOo转运行20分钟,额定转速运行30分钟，柴油机各项运行参数正常。加载20OkW功率后柴油机B列呼吸器冒白烟，曲轴箱压力高报警停机。服务人员拆下机体观察窗盖板检查运动部件可见部位无异常,使用内窥镜检查各缸燃烧室未见异常,测量轴向间隙值在正常范围内。服务人员进一步检查柴油机滑油泵衬套、曲轴止推环、膨胀水箱及气缸套活塞连杆组未见异常。检查滑油滤器壳体内有少量金属屑,AB列油气

4、分离器壳体内均有大量水，由此推断曲轴箱呼吸器冒出的白烟主要是水气导致。后再次开机于200kW负荷运行约30分钟,观察呼吸器冒烟正常,两列水温7374C,油温86,淡水液位正常。停机后更换滑油、滑油滤芯、滑油安全滤芯。开机试验,机组空载无异常,加载至300kW负荷左右,淡水温度8（C（偏高）,油温89,更换淡水泵、节温器无效,强制拉开节温器,机组在300kW负荷左右运行时水温70,油温83。（11）对柴油机进行磨合试验，当增加功率至800kW左右,功率升至850kW左右,水温74/73C油温85o突然柴油机突然出现沉闷异响,曲轴箱压力高报警停机,手动盘车无法盘动,检查发现滑油液位上升,膨胀水箱已

5、无水。图1喷油器锈蚀图2活塞图3燃烧室情况图4气缸盖底部图5活塞顶部白色的痕迹服务人员再次对柴油机进行全面拆检,拆喷油器检查发现喷油器体锈蚀（见图1）,拆机体观察窗检查机体内部,发现两缸严重拉缸（见图2）,活塞与气缸套有粘接,局部烧熔情况（见图3）o将其它缸气缸盖全部拆下,发现活塞顶部有白色痕迹（见图5）,与喷油器雾化孔位置一致，手动盘车检查气缸套可见部位未见异常。f图6连杆瓦情况拆下活塞连杆组发现连杆瓦上有斑痕麻点镀层脱落现象（见图6）。图7缸机体水道孔内的锈渣检查机体气缸孔发现缸体水道内有较多锈渣（见图7）,A2缸气缸套沿第一道O形圈槽处断裂（见图8）。图8气缸套O形圈处断裂年9月11日服

6、务保障中心服务人员再次登船，对该机组开展进一步拆检,具体情况如下：检查两组滑油滤器,壳体内有金属屑,滤前金属屑稍多一些,滤后金属屑微小颗粒不多。图9A2缸活塞拉伤检查A2故障缸活塞,圆周方向均严重拉伤,活塞体从头部到裙部拉伤产生的铝屑粘接在气缸套内壁（见图9）。使用压缩空气检查活塞进出油孔通畅,使用柴油检查活塞油环槽中的四个油孔通畅无堵塞。气缸套从第一道O形圈槽处断裂（见图10）。图10A2缸气缸套断裂情况检查B5故障缸,活塞分别四个方向拉缸,拉缸方向均与活塞环环槽的四个油孔基本对应（见图ll）o图UB5缸活塞拉伤情况拆下油环及弹簧检查有油渍无生锈,用柴油倒入活塞检查活塞油环槽内四个油孔通畅无

7、堵塞，活塞进出油孔正常无堵塞;活塞销油孔位置磨损较严重,手摸衬套表面较粗糙（见图12）o图12B5缸连杆小端衬套情况图13连杆大端轴瓦不同程度拉伤图14B1、B2、B6连杆小端衬套拆下其它10个缸活塞连杆组，检查活塞外观无明显异常,检查活塞环侧隙及开口间隙无异常,检查连杆大端轴瓦不同程度的拉痕（见图13）,检查连杆小端衬套有不同程度的磨损,其中Bl、B2、B6拉痕较深（见图14）,衬套表面触摸粗糙感。B4衬套中间一道漏铜,Al衬套内中间一道拉痕较深，A3缸衬套轻微漏铜。图15气缸套表面均有纵向竖纹拆下其它10个缸气缸套，检查发现气缸套内均有纵向拉痕（头发丝似得竖纹洪中Al、A4、B3、B4、B

8、6气缸套内纵向拉痕手摸有轻微的刮手感（见图15）。图16气缸套O形圈处探伤情况其它缸套虽有竖纹手摸表面光滑无感觉,正常的网纹存在。对10个气缸套进行测量缸径均在技术极限范围内，满足使用要求。另对B2、B3、B4缸气缸套O形圈槽位置着色探伤,未见明显异常（见图16）o图17活塞冷却喷嘴检查情况拆下A1/B1.A2/B2、A5B5A6/B6缸活塞冷却喷嘴盖板,检查盖板内有油水混合物油渍非常黑,且内部有少量微小颗粒。嘴吹喷嘴孔正常通畅,倒入柴油检查喷嘴孔出油正常（见图17）o图18调压阀检查分解清洗滑油调压阀，阀体内部有金属屑（见图18）o拆下机体挺柱发现挺柱孔内壁有微小颗粒物。图19活塞顶部清洗活

9、塞积碳，发现6个活塞顶部有不同程度痕迹（见图19）。图20高压油泵及联轴节复查喷油提前角较标准值偏大，复查联轴节未见异常（图20）。二、故障原因分析根据以上拆检现象,导致柴油机轴瓦划伤.拉缸以及活塞顶部痕迹的原因分析如下：柴油机轴瓦划伤。主要是由于滑油滤器失效使颗粒物进入滤器后主油道,进而进入各运动摩擦副,导致轴瓦划伤。柴油机拉缸。根据拉缸痕迹与活塞油环槽内的四个出油孔位置一致的现象,推断由于滑油滤器失效使颗粒物进入滤器后主油道,进而通过活塞冷却喷嘴进入活塞润滑油腔,从活塞上油环槽小孔出来时,在油环与气缸套接触表面造成划伤,进而导致拉缸。柴油机活塞顶部痕迹应为高温腐蚀现象,可能由于柴油机主油道

10、内颗粒物通过活塞冷却喷嘴进入活塞油腔，降低了滑油对活塞的冷却效果,使活塞顶温度未及时导出而升高。也可能为柴油机喷油提前角偏大,喷油器过早喷出燃油未充分燃烧导致,喷油提前角提前,则滞燃期长,在滞燃期内喷入的燃烧室的燃料增多,在着火前形成的可燃混合气也多，这些预混合燃料在急燃期几乎同时燃烧,使压力升高率和最高燃烧压力升高,运动零件受到强烈的冲击负荷,柴油机运转粗暴。三、修复方案根据现场排查初步判断的故障原因，后续计划对该船3#机组柴油机进行针对性修复,主要措施如下：（1）对机体气缸孔水腔进行清理。（2）对连杆、连杆瓦进行检查、测量,不符合技术要求的进行更换。（3）对气缸套进行检查、测量,不符合技术

11、要求的进行更换。（4）对活塞组进行检查,不符合技术要求的进行更换。（5）清洗所有活塞冷却喷嘴,确保喷油嘴通畅。（6）清洗油底壳。（7）检查滑油冷却器,检查清洗滑油调压阀。（8）检查、清洗滑油双联滤器并更换滤芯。（9）检查、清洗滑油离心滤器。（10）检查、清洗气缸盖。（11）检查、雾化喷油器。（12）复查喷油提前角。（13）换新滑油,采用滑油预供油泵对机体润滑油道进行串油,串油后检查并更换滑油滤芯,根据滤器内金属屑过滤的情况,增加串油次数,确保滑油系统清洗干净。复装柴油机外围管路,恢复后的机组进行试验。船用柴油机拉缸故障分析船用柴油机是民用船舶、中小型舰艇和常规潜艇的主要动力，其在运转过程中会出

12、现拉缸故障。拉缸现象持续发展，会导致活塞和气缸壁之间的黏着,轻则危害活塞和气缸,重则卡住活塞并卡在缸套里，使得主机停转而曲轴不动，引发活塞和连杆断裂，损坏机器部件，造成重大事故。假如能及时发现问题，排除故障，则可以避免更大的危害和损失。因此，有必要研究主机拉缸事故的形成原因，寻找初期征兆，采取正确的处理办法，加强柴油机操作管理，提高柴油机安全运行的可靠性和使用年限，增强轮机人员的故障诊断能力。一、拉缸现象和形成机理1、常见的柴油机拉缸现象拉缸是指活塞裙、环、缸套三者往复运动而形成的表面摩擦损坏。此时，运动部位的润滑油膜受到局部破坏，柴油机多会出现划伤、拉缸和咬缸等现象。从广义看，三者均属于拉缸

13、故障。船用柴油机出现拉缸现象时，无论是外部还是内部都会有一些异常的迹象，人们可以通过听、触、嗅、看等方法来观察。例如，气缸冷却水出口温度和活塞冷却液出口温度明显升高；可以听到活塞环与气缸壁间干摩擦的异常声响，发动机声音闷沉，有嗒嗒或吭吭的异常响声；曲轴箱和扫气箱的温度会升高，严重的甚至会有烟气产生。压缩和做功的行程中会发生串气或串机油的现象，使得耗油量增加；排气温度和润滑油的温度明显提高，转速不稳定，功率下降。2、发生拉缸现象的机理活塞、气缸、气缸盖等部件组成封闭的燃烧室。其工作环境极为恶劣，受到高温、高压、化学腐蚀和烧蚀的作用，高速运转,承受着燃气压力和往复力所带来的负荷。如果保养不好，拉缸

14、故障的出现可能没有预兆。研究表明，在混合润滑模型的状态下，柴油发动机的活塞和气缸有时处在流体润滑状态，有时处在边界润滑状态。拉缸故障的内部成因是活塞环、壁和环三者互相作用，受某种因素影响，润滑油膜变稀薄或受到破坏，如果润滑条件不好，其会出现干摩擦或半干摩擦，将会形成高温黏着磨损。气缸套和活塞两者间的润滑油膜恶化断绝是形成拉缸的必要条件。气缸套和活塞间的油膜万一断绝，二者间表层的金属由原本的液体摩擦变为固体干摩擦或半干摩擦，这是因为摩擦副表面的快速运转产生热量，这些热量不断累积，形成的温度会高出金属熔点，引发三者表面产生细微熔化，划落并最后连接在一块。假如油膜能及时修复，进行清洗和冷却，温度下降

15、后，细小的部分熔着不会因脱落而扩展。假如油膜恢复缓慢，那扩展的部分将导致大规模的异常磨损，而缸壁、活塞、活塞环迅速遭受严重损坏，缸体表面出现流动形态的熔融，呈现不均匀、又无规律的边缘纹痕和褶皱，如果不加以控制而任其继续发展，将会产生拉缸。2、预防和处理措施1、拉缸时的征兆气缸冷却水出口温度和活塞冷却液出口温度明显升高；可以听到活塞环与气缸壁间的干摩擦的异常声响；曲轴箱和扫气箱温度升高，甚至有烟气冒出；当曲柄上升到上止点位置时，如果发生拉缸，所在的气缸会有敲击声出现，并且主机的转速会下降或自行停车。2、影响柴油机拉缸的原因形成拉缸的缘故非常多，如布局设计、生产工艺、材料选取、运行管理等。实践证明

16、，拉缸多为维修不当所致。具体地说，以下情况均有可能导致拉缸故障。(1)气缸润滑不良。气缸注油器供油量调节过小；注油管内壁因结炭严重而堵塞；注油管接头漏油；气缸套注油孔或布油槽堵塞；注油器出现故障；气缸油规格选择不当或与其他不同型号的润滑油混合；气缸油变质。(2)磨合不充分。没达到规定的磨合期，过早投入营运；磨合期，各缸柴油机的气缸各负荷分配时间长短不合理，忙于增加更大的负荷；磨合期运行时，注油器供油量不足。（3）冷却不良。冷却水泵供水不足或中断；冷却水腔锈蚀或脏污；冷却水没有及时化验、投药，水质差；冷却水温过高；冷却水中含有大量气体。（4）活塞环断裂。活塞环的搭口间隙过小，使活塞环断裂；天地间

17、隙过小，活塞环卡死断裂；搭口间隙过大或磨损严重；环槽内结炭较多，使活塞环黏着。（5）燃用劣质油。不完全燃烧致使残炭增多；后燃烧使排气温度升高，没有及时采取正确的技术措施；气缸润滑油碱性不合适。（6）长期超负荷。柴油机长时间过负荷运行，热负荷增加令机件过热。（7）油底壳大量进柴油。唇形密封圈磨损或老化，柴油进入齿轮箱转而进入油底壳内，使油变稀，造成压力低，从而使活塞和气缸的冷却效果和润滑效果都受到影响，严重时甚至会造成拉缸故障。（8）气缸套与支承孔配合不当。以康明斯6&B1型柴油机为例,其气缸套与机体气缸孔之间应该是过盈配合。安装时，应该采取热入气缸套的方式，即将机体加热，使其保持在280290

18、,把气缸套有倒角的一端朝向气缸孔，并插入气缸孔内。这是由于这种筒干式缸套冷却水腔孔在壁外，冷却水可以冷却气缸孔壁，而剩余的热量首先通过外壁传到内壁，然后被冷却水带走。如果使用外径尺寸偏小的气缸套，会造成气缸套表面温度过高，导致短时间内发生拉缸事故。（9）活塞环选取不当。假如选择的搭扣间隙尺寸过小，受缸内高温气体膨胀的影响，活塞环会受热膨胀，但又被气缸限制不能自由伸展，只能向开口间隙处蔓延。假如开口没有间隙，同时继续扩大，将会出现压碎破坏或断环，最终造成拉缸现象。（10）润滑油冷却器工作状况不良。例如，滑油冷却器垫破裂后，进油通道和回油通道连通，油压低，活塞不能有效冷却和润滑，造成拉缸。（三）冷

19、却液的添加不符合要求。以康明斯6BT5.9型柴油机为例，根据使用规定，冷却液应使用长效防冻液。但此液长期使用也会使水分散失，这时应按要求添加蒸储水，不能用自来水或含有其他杂质成分的水来代替。否则，柴油机冷却水道会堆积杂质，形成水垢。水道积垢后会变窄，影响柴油机冷却水的循环效果，降低柴油机的冷却性能,致使柴油机温度偏高而造成拉缸。（12）忘记安装活塞销卡簧或者卡簧的弹性不够。卡簧的作用是卡住活塞销，预防活塞销沿其轴向窜动。若维修时忽略安装卡簧,活塞销将会因轴向位移划伤气缸壁,进而造成拉缸。此外，假如活塞销卡簧失去弹性或弹性不足，同时继续使用该卡簧，很可能因卡簧脱落而导致活塞销刮伤气缸壁。（13）

20、活塞销与活塞销座孔配合太紧。造成活塞轴向变形，使平行于活塞销方向的直径增大，垂直于活塞销方向的直径减小，也易导致拉缸事故的出现。（14）连杆螺栓松动。柴油机连杆和活塞之间出现缺口松动后，会形成冲击载荷和塑形变型连杆弯曲引起的气缸拉缸。（15）没有按照操作规程办事。柴油机未经过预热,在冷却状态即强行启动并立即高速运转，也易引起拉缸。3、预防拉缸的措施在值勤过程中，值班轮机员应该首先加强对柴油机的管理，特别是检查主机的排气温度、压力、油位、水位是否正常。如果发现异常现象，应及时恢复调整。启动新的或经过大修后的柴油机时，首先要进行磨合，维持良好的润滑条件,并根据主机转速由低速到高速、负荷从小到大的渐

21、进原则，投入正常的运行状态。要根据制造商提供的说明书，正确选用活塞裙部与气缸套之间的间隙、活塞环的开口间隙、搭扣间隙等。在修理时，要确保活塞不偏缸，同时确保气缸套尺寸的精度。加大对冷却系统的日常维护保养力度，保证柴油机在合适的温度环境下工作。在柴油机运行的过程中，人们应当随时观察冷却水的温度及冷却效果，及时发现和处理问题，同时使冷却水的液位保持在一定范围内。液位不足时，应立即添加，必要时可投入添加剂而使水质软化，减少发动机机件上有害物质和水垢的形成、中和酸性物质、减少腐蚀、改善水质，确保冷却水的质量。要按期对冷却器和海底门的滤网进行维护保养。润滑系统保持良好，可有效地防止积炭和机械杂质对气缸套

22、的磨损。人们要加强燃油系统管理，定期检查油位和日用油箱的排泄放残，合理使用燃料添加剂，减少燃料残渣，确保柴油机运行正常。同时，要合理调整柴油机供油提前角和喷油提前角，防止过早喷油而导致燃烧异常，避免气缸壁有不完全燃烧产物混入润滑油膜，减少缸壁磨损。人们要合理使用和操作柴油机，避免使其长期超负荷运行或怠机运行。柴油机在启动时必须暖机一段时间，当温度上升到额定温度时才可以加大负荷运行，否则很容易出现事故。柴油机长时间超负荷运行时，油温不断上升，润滑油的黏度降低，油膜难以形成，最终可能导致气缸拉缸。如果空闲时间太长，柴油机转速下降，温度偏低，容易造成低温腐蚀，加快气缸套的磨损。在冷机启动时，禁止猛然

23、增大柴油供应量，避免柴油机刚刚启动就马上全负荷运行。4、拉缸的应急处理措施初期检测到拉缸的征兆时，值班轮机员要先增大气缸的注油量。假如温度没有明显下降，则可以选择封缸运行，同时增大活塞的冷却，主机降速运行，直到温度下降到正常水平。当发生拉缸故障时，要立即降低柴油机的运行速度，怠速运转，然后停止，并立刻转车。此时，应增加活塞的冷却，增大冷却液的流量，但不能同时提高缸套冷却水的流量。假如发现活塞发生咬死现象而短时间内不能转车，可以冷却活塞一段时间后再对发动机进行转车操作。如果采取上面说明的方法还不能继续转车，可将煤油注入活塞和气缸壁之间，等过段时间煤油渗透充分后再进行转车。如果仍然没有效果，可用专

24、门配备的专用工具拆卸出海底螺帽或曲轴销轴承盖，并用起重机把活塞吊出来，同时持续加注煤油。当活塞被吊出来后，认真检查活塞环有无损坏，如果发现损坏，应及时将其更换，同时将受损气缸套出现的拉痕进行修复，用油石进行磨光。在重新安装时，特别要注意管与接头或孔之间的密封。如果更换了新部件，首先要对其进行抛光磨合。对无法修复的拉缸故障，可采取封缸运行的方法进行处理。三、结论柴油机是船舶的动力装置，是船舶最重要的部位，它的运行性能和工作环境都直接影响船舶的机动性、经济性和安全性。而引起拉缸的因素众多，有些简单，有些比较复杂，如果处理不当或不及时,将会加深部件的损坏，甚至影响船舶的安全。因此，在船舶航行中，如果

25、船用柴油机出现拉缸故障，人们要注意其所产生的现象及征兆，迅速并冷静地做出决定，制定出合理有效的措施。某船柴油机拉缸故障诊断与分析。引言柴油机用作船舶的动力,其正常、平稳的运行关乎船舶的安全。然而在实际使用中难免会出现各类故障。拉缸是柴油机的严重故障之一,故障发生后轻则缸套、活塞等组件受损,使柴油机不能正常工作；重则咬缸、连杆断裂、机体被打坏,危及操作人员生命安全。本文针对某海船主机拉缸故障,分析故障发生的原因,为业内人士处理类似故障提供参考。1故障现象该船动力系统为双柴油机、双调距奖推进型式,主机选用2台20缸V型船用中高速柴油机。在第三次海试过程中,双机进五运行约1.5h后,一台主机的A2和

26、A8曲轴箱防爆门弹开,金属颗粒浓度高触发报警,柴油机降速停车。停车后,打开A2、A8、B2、B8曲轴箱观察孔盖,发现A8缸套内壁漏水,其余各缸未发现异常。进一步拆检A8缸动力组后发现:活塞顶与活塞群连接螺栓全部断裂,如图1所示；缸头无损坏和撞击痕迹；A8缸活塞裙拉伤严重,局部烧毁,如图2所示；缸套磨损严重,底部沿密封胶环环槽圆周方向出现明显裂纹,内壁有烧融的铝粘连,如图3所示；活塞环磨损严重,如图4所示。拆检活塞连杆组发现:连杆大端瓦状态良好；活塞销、衬套表面有磨损。图1连接螺栓断裂情况图2活塞裙受损情况图3缸套受损情况图4活塞环受损情况2故障因素分析柴油机拉缸通常是由于在运行过程中活塞过热,

27、热变形增大,导致活塞在气缸中过度膨胀变形所致;也有因为缸内进人杂质,水分破坏润滑油膜建立,以致润滑不良导致;操作或使用不当也会造成拉缸。当然,还存在其它一些原因可导致柴油机拉缸。具体分析拉缸原因,通常可从柴油机应用及受损部件检测分析着手。在柴油机应用方面主要分析:设计工况点的选取是否存在长时间超负荷运行的情况;外部系统（如滑油、燃油、冷却水及排气系统）设计是否合理等。受损部件检测主要包括:针对活塞、气缸等拉缸受损部件的检验、测量及分析。2.1.1 设计工况点本船采用两台柴油机作为推进主机,单机MCR功率为6875kW,相应转速为100Or/min;l10%MCR功率为755OkW,相应转速为1

28、032rmi11o螺旋桨设计工况点:吃水3.3m;110%MCRX93%x95%ol03.2%n;航速N26kn机浆匹配曲线见图5图5双机双桨尸d0曲线表1海试时的双机车令及主机功率车令及工况主机转速/(r.nii1-l)主机负荷/%P/I)单桨收到功率kW主机功kW主机负荷率双机进一4806.450.7000100443.756.45%双机进二613.000.900O550893.7513.%双机进三73024.601.200013451688.7524.60%双机进四85046.501.300028503193.7546.50%双机进五1(XX)90.801.4147596243.7590

29、.80%110%工况1032103.001.414767407083.OO103.%从图5和表1可以看出:正常进五工况下,主机负荷率约为90.8%,有足够的功率储备。当负荷接近主机负荷限制值时,监控系统会自动降低螺旋桨螺距,对主机进行过载保护。另外,主机允许每12h在110%MCR工况下运行lh。动力系统设有过载运行模式,该模式下监控系统对运行时间计时,按上述要求对主机进行保护。从设计工况来看,已经充分考虑了主机负荷裕度及使用过程中对主机的保护。海试过程中,故障发生时除发生金属颗粒报警外,其它热工参数均正常,也没有超负荷的现象发生。2.1.2 外部系统符合性检查故障发生后,相关技术人员对柴油机

30、外部系统进行了系统符合性检查:外围系统的设计均满足柴油机认可资料的要求;在柴油机的进、排气系统中没有发现造成拉缸的可能因素。但实船冷却水系统管路有一处与认可资料不一致:根据主机厂提供的系统图（图6）,缸套水预热装置应自带一根通径DN125的旁通管路,而设备供货未提供该旁通管。柴油机在台架试验时,进水温度约71,出水温度约80,温升T=9C（该型柴油机设计温升T=10oC）o海试现场采集的数据显示:柴油机在大负荷运行期间,高温水进口温度约为55,出口温度约为78,温差约为23,这一点与台架试验的数据有差异。一般情况下,进出气缸的冷却水的温差不超过12,温差过大,对柴油机会有不利影响。缸套水预热器

31、图6缸套水预热装置原理图2.2受损部件检测检测的受损部件为活塞组件及缸套。检测的主要内容包括:外观、尺寸、化学成分、组织结构和力学性能等。2.2.1 活塞组件活塞组件的检测分析部件包括:活塞头、活塞环和连接螺栓。从活塞顶的外观来看,正面光滑没有撞击痕迹,没有积炭,背面光滑（图1）,呈现蓝黑色。通过化学成分测试、组织测试及硬度测试等手段,对活塞顶的化学成分,组织机构及硬度进行分析。化学成分分析结果参照GB/T30772015合金钢结构川标准中42CrMO牌号合金钢技术要求。检测结果表明:活塞头化学成分满足标准要求,组织为回火索氏体,结构均匀，经过锻造,具有塑性变形的流线；钢顶的硬度范围为32.0

32、35.0HRC。从外观尺寸来看,拉缸之后活塞环在径向尺寸上变化较大,活塞环磨损严重（图4）,且已失去弹性。活塞环的组织测试和硬度测试表明活塞环的材质性能符合要求。连接螺栓断裂的情况可以从图1中看出,断口附近发生塑性变形,有明显颈缩现象,断口端面在活塞顶与活塞裙不断分合的往复作用下,互相碰撞发生变形。对连接螺栓化学成分的分析显示:螺栓的化学成分满足GB/T3077-2015中对42CrMo化学成分的要求（表2）o组织结构分析合格2。表2螺栓化学成分的技术要求及测量结果化学或分（质收门分比）/%CSiMnCrMoNi*BAlTiVPQ38-0.450.17-0.37OS-CR0.9-1.215-0

33、.250.30-a030.(B00.400.260.771.030.160.Il-0.02-Q030.003螺性活塞销的检测结果显示:活塞销外表面磨损均匀,无转动现象。密封试验发现:活塞销的油密封环套存在泄漏,且有转动现象。滑油泄漏情况如图7所示。2幡栓化学成分的技术要求及测结果图7活塞销密封环套泄漏状况2.2.2 缸套该机缸套采用德国进口件,生产厂家为欧洲主流缸套供应商。由于缸套下部密封圈环槽出现大量的裂纹,不排除缸套本身可能存在铸造及加工质量问题,因此须要对缸套进行材质分析,查明材料是否符合技术要求。缸套外观检查显示:缸套内表面拉伤,下部受损尤为严重;缸套内表面存在黏着物;两道水密封圈所在

34、环槽存在沿圆周方向的裂纹,裂纹长度超过一半周长。缸套裂纹及黏着物情况如图8所示。图8缸套内表面裂纹及黏着物情况缸套化学成分分析结果见表3,可以看出其成分满足技术要求。表3缸套化学成分的技术要求及测量结果表3缸套化学成分的技术要求及测结果缸套化学成分（质箍分数）/%CSiMnPSCuCrNi尿掂2.8-3.21.7-2.20.5-1.00.4-Q.50-0.060.8-1.00.2-0.40.4-0.6实测结果3.12.I0.70.50.051.00.40.5缸套力学性能分析结果见表4,可以看出缸套的力学性能满足技术要求。表4缸套力学性能的技术要求及测量结果表4缸套力学性能的技术要求及测量结果缸

35、套抗拉强度/MPa布氏硬度（HBW）标准N275223293实测结果2922303故障原因确定就该型柴油机在本船的应用而言,长期使用工况点的主机功率裕度较大;主机外围系统设计及燃、滑油的选用均遵循主机厂的设计资料及相关要求。因此,针对拉缸原因的分析主要围绕冷却淡水温差大及活塞顶存在明显的过热发蓝现象这两个方面展开。3.1 冷却淡水温差大进出气缸冷却水温差超出设计工况应与淡水预热装置缺少旁通管路有直接关系。缺少大管径的旁通,导致高温水在回流过程中必须经过DN40的缸套水预热器,预热器在此过程中起到了一定的节流作用。经估算,在带走的热量不减小的前提下,若温差增加150%,冷却水流量减小约75%。虽

36、然同样达到了冷却的目的,但会增加气缸壁的热应力及热量损失,也会对活塞环与缸壁之间的间隙产生一定的影响。故障发生时的工况及设备的热工参数均没有超过规定值,故障后其它各缸内壁的检查结果也未发现异常,说明淡水预热装置缺少旁通的问题不是造成拉缸的主要原因。3.2 活塞顶过热发蓝活塞顶存在明显的过热发蓝现象说明活塞顶的冷却不足。该型柴油机的活塞采用振荡冷却方式,滑油的行程为曲轴T连杆T活塞销T活塞裙T活塞顶。滑油在活塞顶的油腔内振荡并带走活塞顶部的热量,最终回至柴油机的油底壳。油腔振荡冷却可大幅降低活塞温度,油腔内部滑油流动与分布对活塞温度变化有很大影响。Wolfgangsander对影响油腔冷却效果的

37、主要因素进行了研究,结果表明滑油填充率对冷却效率影响较大3。该柴油机在海试过程中发生拉缸故障时,机上监测点的滑油压力值是正常的,说明问题出在滑油从曲轴到活塞的中间环节,而活塞销滑油泄漏正好发生在这个环节。活塞销滑油泄漏会导致供至活塞顶油腔内的机油不足,即机油填充率下降,冷却效果不能满足设计要求,致使活塞顶过热,进而导致活塞的热变形增大,破坏了活塞与缸套之间润滑油膜的建立,活塞与缸套之间发生干摩擦,并进一步导致以下一系列的现象发生:活塞环磨损加剧;连接螺栓拉断;活塞群与缸套之间发生接触黏着;缸套在较大摩擦力作用下出现裂纹等,直至拉缸。因此,可以得出活塞销滑油泄漏是导致本次拉缸故障的主要原因。4结

38、语针对某船推进用柴油机拉缸故障,从该柴油机的应用情况及故障部件检测两方面着手进行分析,最终确认活塞销滑油泄漏是引发本次拉缸故障的原因。对此,更换了该柴油机的动力组,并增设淡水预热装置旁通管路,拉缸故障得以排除。目前,该船已交付使用近一年,柴油机运行状态良好。参考文献川国家钢铁工业协会.合金钢结构:GB/T30772015s.北京:中国标准出版社，2大连海事大学运输装备与海洋工程学院.组合活塞失效原因分析检测报告R3sANDERW,WEIGANDB.shaker-basedheatandmastransferinIiquidnetaIcoIedengineva1vesJ.Interna-tion

39、aUouma1OfHeatandMasTransfer,20船用大功率柴油机拉缸故障分析。引言拉缸是柴油机运行过程中的主要故障之一，因其具有一定隐蔽性，在故障初期难以发现，而在后期会快速发展，对柴油机造成重大破坏。柴油机结构十分复杂且主要运动零部件长期工作在高温、高压和变载荷的工况下，因此引发拉缸故障的因素较多，如润滑油压力过低或供给不足，造成活塞缸套润滑失效；气缸套冷却水流量不足；混人杂质和超负荷运行等，其中尤以润滑失效最为典型。随着船用柴油机不断向大功率、高功率密度方向发展，活塞、气缸盖和气缸套等关键受热零部件所承受的热负荷和机械负荷不断增大，而拉缸故障也呈现出高频次、时间短、隐蔽性强和损

40、害大的特点因此，柴油机结构设计、冷却和润滑须满足更为严格的要求，以确保其安全、稳定运行。本文基于某船用大功率柴油机出现的拉缸故障开展研究，分析造成拉缸故障的主要原因，并提出后续改进措施，防止拉缸故障再次出现。1故障描述与拆检分析该船用柴油机在某次运行过程中,自启动到运行稳定（转速1800rmin）,按照10%25%50%75%l00%的规律提升负荷,当负荷增加至75%时,操作人员发现某缸气门室罩盖有黑烟冒出,同时伴有较大异响声。紧急停机,检查膨胀水箱和油底壳液位,发现:膨胀水箱水位标尺无显示,而油底壳油位上升至油尺最高点。采用内窥镜对发生异常现象的气缸进行探查,发现:气缸套内表面存在多处刮擦痕

41、迹,并有一条显著、严重的划痕,如图1所示。据此可判定该气缸发生拉缸故障。显著划痕, 并伴随部 分积碳图1柴油机气缸套内表面划痕为进一步探查故障原因,依据工程经验对柴油机的排气管路、燃油系统（管路和喷油器）、启动系统（管路）以及该气缸内运动件进行拆检,结果如下。（1）活塞本体未发现明显的破坏和磨损;活塞环存在较大程度的变形和损坏。（2）启动空气管路和排气管路未发现异常。（3）燃油系统管路、喷油器和燃油滤芯,未发现异常;燃油化验,结果正常。（4）润滑油滤芯,未发现异常;润滑油喷嘴管路内发现一个尺寸约3-5mm的硅胶块,如图2所示。润滑油化验结果正常。图2柴油机润滑油喷嘴内硅胶块由此可初步判定,杂物

42、堵塞润滑油喷嘴致使柴油机运行过程中活塞顶部无法有效散热（润滑油振荡冷却无法进行）1.2,活塞组件与气缸套润滑不良3.6,造成二者局部刮擦;特别是在高负荷下,活塞环与气缸套内表面刮擦加剧,最终导致严重的拉缸故障。为证实上述判断,对该柴油机进行清理和复装,并开展磨合和负荷试验,具体步骤如下：(1)清理润滑油喷嘴管路内的硅胶块,更换润滑油和滤芯；(2)更换燃油滤芯,调整喷油器间隙；(3)清洗燃烧室内的积炭,更换气缸套和活塞环；(4)复装柴油机并补充淡水,无泄漏后添加淡水添加剂、润滑油和柴油；(5)手动盘车,检查是否存在卡滞现象,确定无卡滞现象后开展空载、低速磨合试验,逐步提高转速至1800rmin,

43、稳定运行一段时间；(6)完成磨合试验后,按照10%25%-50%75%l00%的规律不断提升负荷,检测柴油机各项性能参数和指标是否正常。上述过程中均未发现异常,据此可基本证实此次拉缸故障是由润滑油喷嘴堵塞所致,而活塞环在润滑失效下的膨胀变形是造成气缸套损坏的主要因素5.6。2拉缸故障仿真分析及相关零部件配合状态分析为进一步论证上述分析,基于有限元分析法对该船用柴油机活塞、活塞环和气缸套在不同负荷下的变形分布进行研究,并获得活塞与气缸套、活塞环与气缸套各部位间的配合尺寸。2.1 不同负荷下活塞、活塞环和气缸套变形量分析基于ANsYs软件,在不同负荷下对该机的活塞、气缸套和活塞环(三道)热机耦合作

44、用下的变形量分布规律开展研究。结果如图3.图51,6.7所示。由于三道活塞环在各负荷下的变形分布云图变化不大,因此仅以25%负荷下的变形量进行示意,如图5所示。由图3-5可得出:各负荷下活塞/气缸套/活塞环的变形量分布规律基本保持一致,随着负荷提升,均呈逐渐增大趋势7.8。对于活塞,其变形量基本呈现自上而下逐渐减小的趋势,在活塞顶部、火力岸、第一道活塞环槽和第一道火力岸处均存在较大的变形。对于气缸套,顶部平肩以下部位的变形量呈现自上而下逐渐增大的趋势,内、外壁的变形量分布差异性较小。第一和第二道活塞环在运行过程中受到高温和高压(燃气压力)的共同作用,第三道活塞环主要受高温影响,三道活塞环变形分

45、布规律基本一致,即在断口处存在较小的变形,其余部位内外表面均存在较大变形。在各负荷下,活塞、活塞环(三道)和气缸套均向外部膨胀7-8。mm0.3497最大-0.318390.28708i0.25576I0.22445I0.193140.161820.13051.0.0991980.067885最小mm0.38799最大0.352920317850.282780.247710.212640.177570.14251.0.107440.072366最小mm.042638最大,-0.38753/0.348680.309830.270980.23213O.!9329o().15444三0.115590.076738最6、mm 0.46575最大0.423080.380430.33775i0.295080.252410.209750.16708.0,12441 0.081744最小d)100%负笳a)25%负荷b)50%负荷c)75%负荷图3不同负荷下活塞变形量分布云图mm0.40436最大-0.341250.30970.2781410.246590.21504-0.1934810.15193三0.