【船机帮】船舶小型柴油机曲轴断裂的主要原因和预防措施

船机故障心莫慌，遇事不决船机帮

导读

船舶小型柴油机曲轴多为钢模锻或球墨铸铁材料制成，曲轴断裂是指在柴油机运行过程中,发生曲轴突然折断为二节的现象， 发生断裂的部位多为曲轴中间部位的曲臂上。

曲轴断裂在船舶柴油机运行中出现的概率是很低的,一旦发生,很可能造成机毁人亡的重大事故,因此预防船舶柴油机曲轴断裂事故的发生,是备受机务管理人员的重视和关注的。

一、船舶小型柴油机曲轴断裂发生时的故障现象与紧急处理

当柴油机曲轴发生断裂后，柴油机转速陡然下降，发出十分少见的 “咯隆、咯隆” 沉闷声音，当班轮机人员应立即停止该柴油机的运转，如是船舶主机， 须同时报告当班驾驶员，尽可能减少事故损坏范围的扩大。 

二、曲轴断裂的部位和实例断面分析

从理论上分析， 对整体曲轴来说，它在受到弯曲作用力时，应力最集中的区域，即强度最薄弱的部位是在曲柄销与曲柄臂以及主轴颈与曲柄臂相连接的过渡圆角部位，因此主轴颈或曲柄销与曲柄臂连接处均有足够大的圆弧过渡且光洁，以降低应力集中。

由于曲轴最大附加弯曲交变应力多处于曲轴的中间部位，因此曲轴断裂的部位多发生在曲轴中间部位的曲柄臂上，具体断面的起点位于主轴颈与曲臂的过渡圆角处，末端位于曲柄销与曲臂的过渡圆角处，如六缸小型柴油机多发在三缸或四缸的曲臂上，见图1所示。

图1

图2

图2是6160柴油机曲轴断裂的实拍照片，断裂处位于第三缸曲柄销与第四道主轴颈间的曲臂上。 

图中断面下边缘就是主轴颈与曲臂的过渡圆角处，是曲轴断裂的起始处，金相组织比较光滑，是曲轴在旋转过程中裂纹不断张合摩擦所致；断面上部，特别是上边缘金相组织比较粗糙，是裂纹扩展到一定程度突然断裂的部分。 

通过对这个曲轴断裂实例研究分析，结论为曲轴中心线弯曲变形严重，产生过大的附加弯曲交变应力，曲轴在长期运转过程中，超过材料疲劳极限，而引起的曲轴断裂，从产生裂纹到疲劳脆性断裂，是在很短的时间内形成的。

三、曲轴断裂的原因

曲轴本身材料缺陷（如内部有气孔、夹有杂质等）引起的曲轴断裂，由于出厂前均要进行超声波严格检测，在小型柴油机中很少遇到。

由于船体变形而引起的机座变形，造成曲轴中心线误差超过标准，这是曲轴断裂的主要原因，在实际工作中遇到的曲轴断裂大多属这一原因。

船舶轴系中心线与曲轴中心线的连接误差曲折与偏移超标，这也是曲轴断裂的主要原因，在实际工作中遇到的曲轴断裂案例较多。

曲轴表面裂纹引起的曲轴断裂，这在小型柴油机中是很少见到的，这是因为疲劳裂纹从产生到疲劳脆性断裂的时间是很短的，很难也不大可能在预防检查中发现；同时小型柴油机曲轴由于材料缺陷引起的裂纹在实际工作中也极少见到。

主轴承不均匀过度磨损引起的曲轴断裂，在小型柴油机中也极少见；因为小型柴油机主轴承价格低、更换方便，同时由于主轴承不均匀过度磨损引起的曲轴中心线误差并不大，产生的附加弯曲交变应力通常不足以造成曲轴断裂。

临界转速下运转引起的曲轴断裂，实际工作中是能够避免柴油机在临界转速下运转的。

由于缺断润滑油而引起的烧瓦抱轴事故，这在实际工作中虽有发生，但瓦抱轴会对曲轴有一定的损伤，通常不会引起曲轴断裂。

四、曲轴断裂的预防措施

1、船体变形引起的小型柴油机曲轴断裂事故

因为缸径小于200mm的柴油机是不需要测量曲轴臂距差同时也没有测量曲轴臂距差的条件，曲轴中心线误差超标不易早发现；特别是在缸径大于150mm以上的小型柴油机，曲轴相对要长一些，由于没有手段测量曲轴臂距差，加之船体变形是渐进的，往往不能及时发现船体变形的情况，因此船体变形往往就容易造成小型柴油机的曲轴断裂事故。 

但通过对小型柴油机实例曲轴断裂事故分析研究后，发现船体变形是有先兆的，是可以被较早发现的。

缸套测量数据异常： 

新缸套内径数值应介于 “标准缸径” 数值与 “标准缸径+0.04mm” 数值之间； 

运行数百小时后，由于活塞存在横向侧推力的原故，缸套通常是在柴油机横向产生磨损，纵向基本没有磨损；

船体未变形时，测量数据应是缸套横向尺寸因磨损而变大，纵向尺寸因磨损很小而基本不变。 

若船体变形（机座中心线呈上凸时）较大时，则测量数据成为缸套横向尺寸变化不大甚至还减小（缸套磨损较少时），而纵向尺寸却异常变大。 

若船体变形（机座中心线呈下凹）较大时， 则测量数据成为缸套横向尺寸大得异常 （磨损+变形量），而纵向尺寸却异常变小。 

轮机人员通过分析缸套纵向尺寸变化情况，就可判断船体是否有变形。

吊缸套很难： 缸套未变形时，缸套内径磨损成椭圆形而缸套外径仍是圆形，吊缸套只有缸套上的橡胶水封圈有点阻力及再加之缸套上部与机体的磨擦力，如果橡胶水封圈涨大，把橡胶水封拉坏也就把缸套吊出来了，吊缸套比较轻松。 

当缸套由于船体变形引起的缸套变形时， 缸套外径也变成椭圆形了，使得缸套上部与机体的过盈量增加很多，拉出缸套变得异常困难。

从吊缸套难易情况分析， 也可判断船体是否变形。

活塞环易卡死在环槽中：船体变形后，会引起缸套纵横向尺寸变化异常， 特别是新缸套装入机体后，会出现纵向或横向尺寸小于安装前测得缸径数值很多，造成活塞与缸套冷态间隙过小，当柴油机运转后，活塞环受热膨胀后涨死在环槽内。 

从拆出的活塞环异常卡死情况，也可判断船体是否变形。

综合以上情况，特别是在换用新缸套后测量缸套装入机体前后的缸径数值变化，更易判断船体是否变形。

 2、船舶轴系中心线与曲轴中心线的连接误差引起的曲轴断裂

建议规定每年检查一次轴系与主机的连接误差并在轮机日志中记录，如发现误差超标 情况，应认真分析，查找原因，重对三线， 轮机人员解决不了的须送船厂修理。 

在船舶小修时，应要求船厂认真对三线， 轮机人员一定要仔细复查并记录于轮机日志上，轴系中心线偏差一定要控制在要求范围之内。

 3、采用柴油机大修检测和日常管理相结合的方法，掌握曲轴和主轴承及曲柄销承的磨损及完好情况

在柴油机大修时，轮机人员应认真检查曲轴表面有无裂纹，有则须更换曲轴（小型柴油机曲轴相对价格较低）；要求彻底清洁曲轴油道污泥，测量主轴颈和曲柄销颈圆度和柱度，若超标则更换曲轴；在平板上测量并校正曲轴弯曲塑性变形；认真检查测量主轴承和曲柄销轴承，不符合要求的更换掉。

在日常管理工作中，应根据柴油机说明书保养规定，按规定时间检查曲轴箱内的曲 轴、主轴承及曲柄销轴承的工作情况，发现异常应及时解决，并详细记录在轮机日志中；在机务检查时，认真查阅轮机日志， 发现未按说明书规定时间检查曲轴箱内的曲轴、主轴承及曲柄销轴承的工作情况，应提出严肃批评并扣分，通过这样的严格检查，能收到较好的效果。 

结合吊缸修理，可检查测量曲柄销轴承及曲柄销颈，有问题及时处理。

在日常管理工作中，注意查看主机、齿轮箱、独立推力轴承等底脚螺丝松紧度，保证其稳定工作；注意查看轴系振动情况，发现异常及时消除；保证柴油机润滑系统工作正常，避免在临界转速和爆燃工况下运行， 严格控制超负荷工作时间等。

本文原创作者系：

长江南京航道局    潘如亚 

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