道依茨SBV6M型主机曲轴烧损实例

上海海事大学船用电喷柴油机培训课题组

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1.1 ME电控柴油机的型号和意义

1.2.1 ME电控柴油机的发展（柴油机的三次技术革命）

1.2.2 ME 电控柴油机的发展（MC至ME）

7.1.1 解读：6S46ME-B 8.3主机的HPS No.2 pump 运行电流小

7.1.2 解读：6S46ME-B 8.3主机的HPS No.2 pump 运行电流小

7.1.3 解读：6S46ME-B 8.3主机的HPS No.2 pump 运行电流小

（7.1.1-7.1.3的解读的案例是：【电喷案例】上海恒瑞船务有限公司远程指导：主机6S46ME-B8.3，NO.2HPS pump运行时的电流比No.1的电流小很多）

1.3 ME电控柴油机的伺服油

2.1.1 ME电控柴油机的控制系统ECS概况

2.1.9 ME电控柴油机的电噪声

2.1.2 ME电控柴油机的MPC板

道依茨(DEUTZ)SBV6M型柴油机是20世纪90年代末海洋石油工程船主机选用产品之一。根据船公司统计，在2012—2020年间DEUTZ SBV6M型6缸和9缸柴油机在海洋石油工程船出现多次曲轴烧损事件，且事件经常发生主机修理后和主机停用1个月再启动试验阶段。曲轴烧损导致船公司的直接成本增加，航行天数减少，给船公司造成极大损失，严重影响服务质量。某船在厂坞修期间，2#主机未修理但在常规试验到65%负荷时发生4#曲柄销烧损，导致曲轴须出舱修理，针对该故障实例提出一种曲轴烧损的新颖分析方式，共享该类型主机管理经验和维修注意事项，从而减少船舶主机曲轴烧损事件。

1 事件过程

2019年10月10日，某船2#主机只拆检高压油泵，在试验到65%负荷时巡查人员时发现4#缸道门盖温度突升，约80 ℃(其他缸约72 ℃),立即进行应急停机，停机5 min后打开道门盖检查，测量其他缸连杆大端瓦温度74 ℃,4#缸连杆大端瓦温度为83 ℃,拨动连杆大端瓦状态发现4#缸的泄油量较其他缸偏大，因此拆开下瓦盖，发现连杆下瓦合金层已经磨损，曲柄销表面粗糙，粘有合金。

10月11日吊出活塞连杆，发现上瓦钢体已被挤压翻边，见图1和图2。对该曲柄销进行抛光检查，发现在上止点前约50°～60°有面积15 mm×20 mm高温痕迹且表面粘有许多合金(见图3),其他缸曲柄销外观检查正常。

图1 4#缸连杆下瓦 

工程师到船检测4#曲柄销表面没有裂纹，磨损轻微(见图4),但无法进行本地磨轴修复，因为有一处位置硬度偏高(465～669 HB,正常是230 HB左右),无法在本地消除硬度偏高的问题，须将曲轴出舱送专业公司处理。

图2 4#缸连杆上瓦 

图3 抛光前曲柄销 

图4 抛光后曲柄销 

2 轴瓦工作性能及润滑机理

正常情况下，曲柄销与轴瓦在动压润滑条件下配合工作。轴颈与轴瓦表面被润滑油层分隔开，曲轴依靠油膜层“托付”在轴瓦表面，二者处于液体摩擦状态(见图5)。在这种条件下工作的轴瓦配合摩擦阻力小，柴油机正常运转，这是轴瓦最安全可靠的工况；反之，一旦形成液体润滑的条件不足，轴瓦处于半干摩擦或干摩擦状况，就会产生较大的摩擦阻力和较高的摩擦热量。油膜厚度与润滑油动力黏度和轴颈转速成正比，与轴承间隙和轴颈载荷成反比。

图5 油膜形成过程

1—轴承内孔；2—润滑油；3—轴颈

在轴颈与轴瓦摩擦表面之间建立液体摩擦的必要条件如下：

1)润滑油的供应要充足；

2)润滑油的黏度和润滑性能要符合要求；

3)轴颈要有足够高的转速；

4)轴颈和轴瓦之间要有适宜的配合间隙；

5)轴颈和轴瓦表面要有适宜的加工光洁度。

3 曲柄销出现烧损前后的检查情况和原因排除

3.1 总排查法分析

该事件发生在定速1 000 r/min、65%负荷(测量值9.9 MPa、台架值16 MPa)下，因此根据建立液体摩擦的必要条件进行下列分析：

1)磨合试验时润滑油压力正常，分油机正常使用，本次厂修已换新油，排除上述条件中“润滑油的供应要充足”和“润滑油的黏度和润滑性能要符合要求”;

2)由于发生烧损事件是在定速1 000 r/min、65%负荷下发生，排除上述条件“轴颈要有足够高的转速”;

3)抽检第1缸发现曲柄销光洁度比较好，排除上述条件“轴颈和轴瓦表面要有适宜的加工光洁度”。

结论：在该负荷下曲柄销烧损情况应该是轴颈和轴瓦之间没有适宜的配合间隙。即符合上述条件。

3.2 破坏配合间隙原因可能

1)连杆垂直度超标。

垂直度超标过多，第一时间反映在缸套磨损异常而且超标太多才会破坏配合间隙；该缸连杆实际测量才0.04 mm, 状态较好。因此排除垂直度超标问题。

2)连杆瓦疲劳。

连杆瓦疲劳损坏后龟裂，被交变负荷敲击粉碎而烧熔。说明书要求换瓦周期为20 000 h, 实际使用才10 218 h, 对照其他缸连杆瓦表面情况较好，因此考虑排除。

3)连杆大端螺栓损坏。

连杆大端螺栓因长时间工作而被拉长，使连杆大端孔变成椭圆形，瓦背和瓦座间隙变大，使轴瓦移位，油膜难以形成，最终烧瓦。由于2016年才更换连杆大端螺栓，同时拆前装后的扭力对照和角度都一样，因此考虑排除。

4)连杆大端座孔椭圆。

连杆大端座孔椭圆度过大(要求不超过0.05 mm),查询2016年数据比较好，而且该椭圆度非常大才足以改变配合间隙(连杆大端轴瓦极限间隙0.3 mm),同时会出现偏磨，但拆检其他缸没有发现偏磨，因此考虑排除。

5)连杆瓦没有足够的正扩展，即张力不足。

由于正扩展不足或甚至负扩展，表明连杆瓦已经没有预负荷(预紧力)。有负扩展的轴瓦由于其内边缘很松，可能会分别切断曲柄销上的油膜，特别是在稍大负荷时。

3.3 可能原因

连杆瓦没有足够的正扩展是接近烧轴瓦从而导致曲柄销烧损的主要原因。

4 连杆瓦烧损的验证和分析

4.1 连杆瓦扩展分析

对2#、3#主机拆下的全部轴瓦进行扩展检查，3#主机第2缸是-0.17 mm, 其他缸都在1.5～1.8 mm; 2#主机在0.5～0.9 mm之间。新瓦测量是3.1 mm。根据3#主机第2缸轴瓦情况进行手感试验，放手即直接落座，代表该轴瓦一点扩展都没有。

4.2 已经磨掉合金的轴瓦分析

损坏的上下轴瓦的定位销都磨平，新轴瓦定位销高度是1.3 mm。由于位置较低而且是斜槽型(见图6和图7),因此比较容易磨损，磨损过多后轴瓦就无法定位。

图6 定位销完全磨平

5 曲柄销烧损原因分析

5.1 主要原因

有负扩展的轴瓦内边缘松动，导致定位销被慢慢磨平，一旦定位销被磨平后上下瓦必然会跟曲柄销转动。在连杆大头内孔走外圈，产生高温情况下加速轴瓦的变形，恶性循环后改变轴瓦的配合间隙，破坏曲柄销上的油膜，从而导致轴瓦合金产生高温逐渐烧蚀，烧蚀的合金粘在曲柄销上，造成轴瓦完全烧损甚至抱轴、曲轴报废。该情况在稍大负荷时出现的概率最高，因为这时轴瓦承受各种交变机械负荷和热负荷等是比较高的，最容易出现烧瓦故障。这是最近某船2#主机4#缸曲柄销烧损的原因。

图7 新瓦定位销 

5.2 次要原因

1)连杆垂直度(见图8)超标。

该机型采用喷管冷却缸套和活塞销，润滑不良导致活塞销磨损，连杆垂直度超标影响连杆大端配合间隙从而烧瓦。横向平行度规范标准是1 000∶0.04,纵向平行度规范标准是1 000∶0.02。

图8 连杆垂直度示意

2)连杆螺栓疲劳。

该机型连杆大端是平面接触垂直安装(见图9),连杆螺栓直接承受所有外力，假如连杆螺栓因疲劳等被拉长，则会改变大端轴瓦间隙，从而烧瓦。

图9 平面垂直安装方式

3)曲柄销表面。

曲柄销表面光洁度不良和平行度有问题(凸轮效应),同样改变轴承间隙，影响润滑油分布导致烧瓦。

6 管理建议

1)日常管理必须保证润滑油清洁度。

2)柴油机不能超负荷使用；平时要加强测爆，发现某缸爆炸压力偏高或排温偏高要及时排查原因并调整。

3)柴油机长时间不使用或大修后预润滑时间足够长，让柴油机各部件得到充分润滑。

4)建议每次为柴油机检修时对所有轴瓦进行扩展测量。

5)对于曲柄销直径200 mm以下、转速750 r/min以上、使用15年以上的柴油机，应缩短检修时间，将所有连杆送专业厂家检测。

6)关键运动件的换件周期要科学合理。综合中间检验、特别检验的时间以及换件时间，以先到时间换件。

7)柴油机试验时务必安排专人测量记录道门盖温度，某缸温差超过5°必须停机进行检查。

8)试验过程中出现任何异响，务必排查原因再继续试验。

7 结束语

曲轴烧损的原因很多，涉及面非常广。在分析曲轴烧损原因时应该根据曲轴烧损实际情况、结合连杆、连杆瓦、连杆螺栓、缸套、润滑性能、冷却性能、燃烧状况、人员操作、历史维修记录等综合分析。查找故障需从简单方面着手，逐一进行排查、解决。特别在维修方面，必须严格按照产品说明书的要求，把隐患消除在萌芽状态。负责该类型柴油机的管理人员务必加强沟通，汇总故障、分享经验，减少故障率，提高装备管理水平。

参考文献：

[1]杨文喜.道依茨SBV6M型主机曲轴烧损实例[J].航海技术,2022,No.258(06):53-55.

作者简介：

杨文喜，工程师，中海油田服务股份有限公司船舶事业部湛江作业公司