主机凸轮轴红套滑移，耽误船期十几天...看看咋回事

wangweiqin168 2022-05-25 发布于山东

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主机凸轮轴红套滑移你可能听说过，见过吗？遇到此类极端故障如何修理，听小编慢慢道来。

0 引言

A 轮是一条载重 2 800t 的成品油船，该轮采用MAN B&W 6S42MC7 主机（韩国现代 2010 年 6 月造）。该轮主机 No.4 缸高压油泵曾在第 1809 航次发生过故障。当时修理主机耽误了十余天船期。七个月后，在执行第 1903 航次任务时，该轮主机 No.4缸高压油泵再次发生故障。本文将还原这两次故障的发生及排查经过，用数据和图片简介检修的关键过程和故障原因，避免故障再次发生。

1 1809 航次主机高压油泵故障报告

1.1 初步排查A 轮第 1809 航次由南京驶往大连。2018 年 6 月 19 日 0500 时离开长江定速。下午发现主机 No.4缸排烟温度逐渐升高至 390℃，最低缸排烟温度为正常的 350℃。主机在 122r/min 出现力矩限制，转速无法提升。测取 No.4 缸示功图(122r/min)，发现主机工作异常。1~6 缸压缩压力为 9.5MPa，正常。No.4 缸爆炸压力为 4.2MPa，远低于正常缸的12MPa。在长江内航行时，主机转速还可以达到131r/min，当时 No.4 缸各参数均正常。出现排烟温度高后，No.4 缸的高压油泵齿条逐渐拉到最小位置。其它缸各参数正常。扫气温度 40℃，扫气压力0.194MPa。排气阀开关位置正常，压缩压力正常。机旁排烟温度表和集控室排烟温度均显示正常。根据以上情况判断，是供油系统出现问题。考虑到以前也出现过高压油泵的 TOP COVER 或吸入阀（SUCTION VALVE）故障的情况，决定更换高压油泵的相关组件。在 19 日 2000 时停车漂航，对主机进行维修。将 No.4 缸高压油泵柱塞偶件换新，将 TOP COVER 及喷油器换新。油泵上部的吸入阀由于无新备件，已和 No.2 缸的吸入阀对换；吸入阀上部的刺破阀也换新。2200 时主机检修完成，启动主机，航行加速至海速时，发现故障依旧。检查No.4 缸工况，除排烟温度高外未见其它异常。由于航次任务是去遇岩附近锚泊，考虑再次停车检修主机需要大量的时间，所以准备维持航行至锚泊地后再行检修主机。

主机运行参数表 1 主机转速 122r/min 主机负荷 82 T/C r/min 17 310排烟 350℃ 360℃ 355℃ 360℃ 350℃ 350℃扫气压力 0.20MPa 扫气温度 38℃ 淡水温度 71℃淡水压力 0.27MPa 滑油温度 46℃ 滑油压力

1.2 过程分析122r/min P-V 示功图显示 No.4 缸压缩压力 9.5MPa 正常，爆炸压力为 4.2MPa 远低于正常缸的10MPa。这是因为 No.4 缸喷油严重滞后导致的，是 No.4 缸喷油定时出了问题。正常运行的主机出现此类问题确实少见。从表 1 中可看出，主机转速低，但负荷大，透平转速高，扫气压力高，这都是 No.4 缸不做功导致的。盲目减少 No.4 缸油门齿条，虽然 No.4 缸排烟温度不高了，但不是根本解决故障的办法。主机No.4 缸燃油定时出了问题，所以后燃严重，导致No.4 缸排烟温度高，曲轴受剪切力加大。

1.3 机损发生在 6 月 20 日中午，当时发现主机 No.4 缸排烟温度有继续升高的迹象，由于在成山头海域航行，进入报告线无法停车检修。准备在下午 1300 时出报告线并远离航道时检修主机。在 1435 时主机突然产生一声撞击的声音，随即因 No.4 缸排烟温度偏差大报警并触发主机自动减速。立即联系驾驶台后继续减速，在 1445 时停车。对主机进行检查发现主机No.4 缸高压油泵的滚轮导板下半部分断裂，燃油凸轮无法驱动高压油泵供油，导致 No.4 缸温度迅速降低。1520 时在遇岩东南水域抛锚，1540 时锚抛好。在征求驾驶台同意后，轮机部开始检修主机。

1.4 损坏部件

1809 航次主机故障造成 No.4 缸高压油泵损坏。损坏部件见附图 1 和附图 2 主机 No.4 缸燃油凸轮移位 23°，凸轮轴的驱动齿轮移位 5.5°，排气阀滚轮撞掉一块，燃油凸轮表面摩擦烧蚀明显。

图 1 N o.4 缸燃油凸轮移位 23°

图 2 碎裂的高压油泵部件

1.5 故障追溯

换向机构断裂为三部分（见图 3 所示）。其中碎块“2”掉在图 3 所示空隙中，与 bushings-rollerguide 反复干磨擦后形成深的沟痕。最终卡死 rollerguide 整体。导致高压油泵滚轮不能上下运动后被运动的燃油凸轮击碎，其它部件在巨大冲击力下也被击碎，燃油凸轮移位 23°，凸轮轴的驱动齿轮移位 5.5°。

图 3 销子，碎块和连杆

图 3 中碎块 3 断面光亮，与图 4 bushings-rollerguide 磨损处相对应。图 4 磨损明显可见，摩擦导致沟痕深度达 3mm

图 4 ro lle r guide 卡住部位展示

1.6 修理过程

1）从主机出现故障到 6 月 21 日 0400 时，轮机部全体人员参加检修主机工作。检修的工作如下面叙述。打开链条箱道门，逐节检查两根传动链条，检查链条张紧轮，检查主轴上的传动齿轮和凸轮轴上的传动齿轮的情况，未发现异常。打开各缸的曲轴箱道门，检查内部情况，未发现异常。打开各缸的盘根箱道门，盘车检查各缸的活塞环及缸套情况，未发现异常。对 No.4 缸的燃油凸轮表面进行处理，用油石进行打磨处理，消除表面的烧蚀痕迹和划痕。对 No.4 缸的排气阀凸轮进行处理，对撞击损伤处倒角，并打磨处理，防止应力过大而影响凸轮强度。拆卸主机 No.4 缸的高压油管和高压油泵及周围的附件，然后拆卸 PUMP BASE，拉出滚轮导板，拆下 BUSHING-ROLLER GUIDE，更换新的滚轮导板后装复各部件。在拆卸BUSHING-ROLLER GUIDE 时， BUSHINGROLLER GUIDE 和主机机架之间卡的非常紧，用机舱行车和手拉葫芦根本拉不动，为此专门制作了工具，一点一点地将 BUSHING-ROLLER GUIDE往上顶，同时配合使用机舱行车和手拉葫芦才拉出来。在 6 月 21 日 0500 时恢复主机各系统后，主机试车，发现主机倒车可以正常启动，但正车无法启动。正车启动时启动转速最高达到 25r/min 左右，各缸没有发火的迹象，但各缸的高压油管均有脉动。检查正车启动时的主轴转向是正确的。判断是各缸的喷油定时发生了改变；

2）轮机部人员继续检修主机至 6 月 21 日 1600 时。检修工作为拆下 6 个缸的高压油泵的附件，包括高压油管、吸入阀 SUCTION VALVE、上部的刺破阀 PUNCTURE VALVE 及停车空气管路。盘车检查各缸的喷油定时，发现各缸的喷油定时均有滞后的情况，其中 No.4 缸的喷油定时滞后较多。

各缸喷油定时表 2 No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 No.6喷油提前角滞后 2.5 滞后 5.5 滞后 5.7 滞后 28.5 滞后 5.5 滞后 7.3

由于各缸的喷油定时均有滞后的情况，判断是主机凸轮轴发生了移位。按说明书的要求将 1 缸盘车至上死点，用专用尺规检查主轴和凸轮轴是否移位，检查空气分配器是否移位。发现主轴的测量数值在允许范围。凸轮轴检查时尺规的测量线与主机出厂的基准线相差 9mm，根据主机说明书，说明凸轮轴发生移位，角度为滞后 5.5°至 6°左右。由于空气分配器是凸轮轴驱动，所以也同时移位；

3）与公司联系后决定对主机进行维持性修理，争取将船开到大连内锚地进行系统的检修。公司全力协助船上的检修工作，增派 2 名工人在 6 月 21 日 2200 时上船工作。按说明书规定对各定时进行调整，用主机液压工具对凸轮轴的驱动齿轮反复加压，发现无法移位。对主机 No.4 缸的燃油凸轮用主机的液压工具反复加压，发现也无法移位。在 6月 22 日 0300 时左右工人停止工作；

4）6 月 22 日上午 0800 时开始对主机的各缸的喷油提前角进行调整。用 2 个手拉葫芦将主机凸轮轴进行固定。按说明书的规定用主机液压工具对燃油凸轮加压，直至有液压油漏出。用手拉葫芦和专用工具配合，调整 5 个缸的喷油提前角至说明书的规定值。但在调整 No.4 缸燃油凸轮时，反复加压试验，发现燃油凸轮无法移位。随即对 No.4 缸进行了停油处理，用专用工具将 No.4 缸的滚轮导板及高压油泵的柱塞提升并固定，使燃油凸轮和滚轮导板分离。各缸排气阀凸轮未做调整，空气分配器和气缸注油器均未做调整。装复高压油泵上的各个附件。恢复主机各系统，启动主机试车，发现主机正车、倒车均可启动。调整后的各缸喷油定时见表 3。

各缸喷油提前角表 3 No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 No.6喷油提前角提前 9.0 提前 10.2 提前 9.0 未调整提前 9.5 提前 9.0

通知驾驶台主机可以启动，6 月 22 日下午 1235 时开始绞锚，1250 时锚离底。由于主机 No.4 缸停油无法工作，起锚后主机以 SLOW 即 65r/min 航行，避免转速超过 55%MCR，防止主机增压器喘震。加大各缸的汽缸油注油量，提高了缸套水的温度，辅助风机改为手动，保持持续运行。增派轮机值班人员并加强巡回检查。在 6 月 22 日 2025 时在大连内锚地抛锚，2035 时锚抛好。两名工人锚抛好即离船。在大连内锚地锚泊等待对主机进行系统检修；

5）6 月 23 日上午两名服务工程师一起上船。用主机液压工具调整凸轮轴的驱动齿轮和 No.4 缸的燃油凸轮，经过多次努力和试验，调整失败。23 日 1700 时调运一台液压泵上船，利用两台液压泵同时做动力再次调整，也没有成功。经反复考虑，一致认为船上专用工具（气动液压泵）排量偏小，而 No.4 缸的燃油凸轮很可能和凸轮轴有咬合的情况。23 日 2100 时两名服务工程师离船；

6）6 月 25 日 1000 时服务工程师再次上船，带来一台大排量电动液压泵。继续调整凸轮轴驱动链轮，反复试验多次，凸轮轴驱动链轮终于调动，并且与“0”位相符。空气分配器的“0”位也相符。按说明书规定重新张紧主机传动链条。再次检查并确认凸轮轴定时“0”位相符。将 1#、2#、3#、5#、6#喷油定时恢复至出厂状态。重新检查测量各缸喷油定时，与主机出厂报告相符。将主机所有盖板以及相关管路、附件装复。恢复主机各系统，于 2200 时主机试车，主机正车和倒车运行均正常，1#、2#、 3#、5#、6#缸发火正常，排烟温度正常。由于天气原因，两名服务工程师于 06 月 26 日 1500 时离船。大排量电动液压泵留在船上；

7）6 月 26 日 2100 时左右两名工人上船，尝试用大排量电动液压泵和船上的主机气动液压工具再次调整 No.4 缸的燃油凸轮，经多次试验，均未成功。6 月 27 日上午两名工人离船；

8）6 月 28 日 1030 时 4 名工人上船，带来自制的工具和液压工具。经过多次尝试调整 No.4 缸的燃油凸轮，在 1300 时使 No.4 缸燃油凸轮向正车方向调整3°。下午时工人再次调来液压工具，在1700 时 No.4 缸的燃油凸轮向正车方向又调整了 15°。轮机部人员重新检查测量了 No.4 缸的喷油定时，发现还需要调整 6°。在 28 日 2000 时，No.4 缸的燃油凸轮调整完毕，轮机部人员再次检查测量 No.4缸的喷油定时，与说明书的数值相符合。No.4 缸的燃油凸轮相对于凸轮轴轴向移位了 6mm 左右，这就使燃油凸轮与滚轮配合面错位了 5mm 左右，照片如图 5 左侧所示。由于燃油凸轮和凸轮轴之间拉毛咬合，而且燃油凸轮在凸轮轴箱中的位置所限，燃油凸轮无法恢复至出厂时的位置。轮机部人员拆除了 No.4 缸固定滚轮导板的工具，装复高压油泵的各个附件。恢复 No.4 缸供油，恢复并检查主机各系统。再次检查主机传动链条及各齿轮的情况，检查张紧轮，正常。通知驾驶台并征得同意后，主机试车，最高转速为 65r/min（在内锚地），主机正车和倒车运行正常，各缸发火正常，排烟温度正常。

1.7 小结

图 5 新旧备件对比图 6 断面放大图

1）备件设计制造缺陷是导致高压油泵损坏的主因。从附图 7 中可明显看出新供备件明显比装机备件厚，强度得以加强。损坏滚轮连杆最薄处只有1mm，铸造加工缺陷明显。断裂面粗糙（图 6），有明显脆段特征；

2）1809 航次从南京到长江口，连续 16h 主机处于备车机动，人员疲劳，反应下降。人员经验不足，未能及时发现故障原因。主管人员做出了错误判断并采取错误操作（减小 No.4 缸油门）。最终导致事态扩大，酿成大的机损。

2 1903 航次主机 No.4 缸燃油泵故障报告

2.1 故障简述A 轮第 1903 航次由鲅鱼圈开往上海。2019 年 2 月 10 日 2146 时主机 dead slow (45r/min)ahead，集控室电脑显示，主机各缸排烟温度有偏差。主机No.4 缸六十多摄氏度，其它缸一百多摄氏度。初步判断主机 No.4 缸未发火燃烧。检查 No.4 缸油门齿条活络，无卡阻。2153 slow(65r/min) ahead，主机各缸温度逐步上升，No.4 缸排烟温度与其它缸接近。2158 时主机 half(90r/min) ahead 主机 No.4 缸温度继续上升，比其它缸高出 20~30℃。靠港前主机未进行任何维护保养操作。检查主机滑油压力正常，排气阀声音正常。集控室监控屏显示，除 No.4 缸排烟温度比其它缸高 30~40℃外，无其它异常；无故障报警警报。主机安全面板（CHIEF C20）显示正常。主机机旁操纵台显示各缸燃油凸轮轴位置为正车。90r/min 时 1~6 缸排烟温度分别为 295℃、274℃、259℃、339℃、304℃、295℃，虽然不正常，考虑到本船主机 No.4 缸燃油凸轮曾出现过问题，反复观察主机凸轮轴箱，发现No.4 缸燃油凸轮位置与其它缸位置不一样：主机No.4 缸燃油凸轮处于倒车位置。机舱立即打电话通知驾驶台：主机 No.4 缸故障，需要尽快减速停车。

2.2 故障分析排查主机 No.4 缸处于倒车位置时，喷油提前角由原来的上止点前 9°变为上止点后 21°（鸡心凸轮差动角30°），No.4 缸严重后燃，排温偏高，爆压降低，该缸做功下降。做功后期，燃烧还未完成，做负功，对曲轴伤害。主机转速 65r/min 低于单缸封缸转速（55％MCR×131r/min=72r/min），考虑到这些在主机低速时影响小。告知船长维持低速，尽快停车。由于船舶出港不久，正处在航道上，不能立即停车。2237 时主机slowahead，2251 时主机 stop。船速缓慢下降。分析主机控制系统图，主机运行时换向活塞无控制空气。在停车之前拆下了第 1 及第 4 换向活塞气缸比较，1 缸换向活塞拉不动，No.4缸换向活塞可左右移动，确认 No.4 缸出了问题。若是连杆脱落，只是换向活塞移动，触摸换向活塞延长杆则不动。2256 时主机两次正倒车试验，主机No.4 缸燃油凸轮依然处于倒车位置。本次试车进一步表明，高压油泵内部换向机构出了问题。0030 时船抛好锚，开始逐步解体主机 No.4 缸高压油泵。拆到最后，发现滚轮连杆销处断裂，导致无法换向。解体高压油泵大家都非常熟悉，这里有个小技巧，即若完全按说明书拆装，齿条需完全拉出来，超过零位一大截。高压油泵运转一段时间后，由于积碳，齿条很难拉到位。此时可以先把套筒拉出来，在泵体内晃动柱塞偶件，活络后取出柱塞，这样可以大大加快拆卸速度。

图 7 高压油泵 ro lle r guide 整体及拨叉销子掉落位置指示

2.3 故障特征分析1903 航次主机故障现象。

主机正车时，应急操纵台显示各缸均正车；在倒车时，应急操纵台 No.4缸正车指示灯和倒车指示灯均不亮。正车时集控室主机面板正车指示灯亮，倒车时集控室主机面板倒车指示灯不亮，但主机依然可以倒车运转。主机正车时导轨在正车位置，磁位开关检测到换向活塞到位，指示正车（滚轮由于销子断了，实际位置未变）；滚轮连杆断裂的销子掉在滑道倒车位置上，主机倒车时换向活塞由于有销子挡着未到位，磁位开关检测不到，故倒车指示灯不亮。

2.4 小结

1）1903 航次主机高压油泵滚轮连杆断裂面粗糙，脆段特征明显。故障由于发现及时，采取措施正确。除滚轮连杆损坏外，未发生大的机损事故；

2）在安装换向活塞时，换向活塞杆不是完全拧到底，而是有一个间隙要求（附图 14）。A，3.0~5.3mm；B，1.0~3.3mm。安装不当会使拨叉震动，造成零件疲劳，影响零件使用寿命，这可能是导致 1903 航次高压油泵故障的一个次要因素。No.4 缸 1809 航次机损对机架造成伤害，燃油凸轮未完全复位（图 15）这个因素也对滚轮换向有影响。

图 8 换向活塞安装

图 9 复位后的燃油凸轮

3）本船所用燃油为 IFO 180 为混兑油。高压油泵检修不及时。易导致燃油漏至滑油里，污染滑油，导致滑油油质变差，整个曲拐箱壁都是黑的。滑油分油机加热器日久脏污，换热能力变差。滑油温度不能达到理想的 85~90℃之间，分离效果差，滚轮润滑不够，易造成滚轮异常磨损，甚至卡滞。已有故障案例，这种情况需引起轮机人员高度重视。主机运转时，从凸轴箱观察窗不能清楚看到燃油凸轮轴和滚轮具体位置。滚轮靠近观察镜时主机转向为正车，远离时为倒车。详见图 10

图 10 滚轮倒车位置3）

航行中可以通过触摸活塞连杆延长杆与保护套位置来判断滚轮位置（因处在高压油泵对面位置不便判断），持平为正车，缩进去为倒车。拆下换向活塞端盖检查较方便。

3 总结

1）虽然 MAN B&W 公司的设备技术成熟，质量可靠，但产品也可能存在设计、加工缺陷。本轮滚轮连杆两次脆断主要是由设计、加工缺陷造成的。鸡心凸轮换向差动角为 30°。这就决定了滚轮连杆外型为尖尖的形状（30°），头部强度“注定薄弱”。而且连杆头部还需安装销子和布司，这又进一步削弱零件的结构强度。由于高压油泵空间有限，滚轮连杆又不能做得太厚。这些设计原因造就了滚轮连杆机构易发生断裂。事实证明只要经常检查，及时发现问题并解决就可以有效降低损失。同时我们需改变传统观念：“高压油泵滚轮连杆、弹簧非易损件，不需定期更换”。我们要定期更换滚轮连杆、弹簧等部件，这些部件也有使用寿命问题；图 11 高压油泵滚轮连杆换向机构整体

2）高压油泵弹簧弹力不足，易造成该缸燃油凸轮换向异常。正常情况下，滚轮连杆机构完成换向后可以实现自锁，当高压油泵弹簧使用一段时间后，弹力减弱。会造成滚轮连杆机构自锁失效。此现象隐蔽，较难发现。本船 No.4 缸高压油泵异常换向，更换弹簧后故障得以解决。下面以正车为例，对燃油滚轮受力简单予以分析。连杆机构给滚轮的力 F（重力+弹簧力）分解为两个力，F1（垂直力），F2（水平力=Fsin15°）。燃油凸轮运动给滚轮一个切向力 F3（切向力）。滚轮上行时，高压油泵弹簧被压缩，弹簧弹力增大，F 增大。当 F3（切向力）＞F2（水平力）时，滚轮就会从正车换到倒车。实操表明当滚轮快要运动到最高位置时，滚轮会异常地从正车换到倒车。再次起车时，在换向活塞力的作用下，异常换向的高压油泵滚轮又会恢复到正常位置。异常换向通常发生在主机停车过程（转速下降）中。主机停车时单缸滚轮位置异常不报警，如果观察不仔细，不易发现这个现象。盘车时偶尔听到某缸燃油滚轮换向声音就是这个现象的最好证明。异常换向证据见图 12 和图 13。这两个图是主机停车过程中录像截图，而非主机启动时的照片；

图 12 倒车时 N O .4 缸燃油滚轮异常换向