临清市邦纳轴承有限公司   

船舶发电柴油机连杆故障分析

2021-03-22

彭陈

(江苏海事职业技术学院)

船舶柴油机连杆是将活塞的往复运动传递给曲轴,对外做功,连杆承受气缸内气体压力、往复惯性力等作用,船舶柴油机连杆不但运动复杂,而且受力也很复杂,很容易产生疲劳而断裂,造成严重后果。

杆裂纹甚至折断是由于材料疲劳和机损事故而发生的,所以为了保障柴油机的正常工作,应定期对连杆、连杆螺栓进行相应的保养与检查。

一、故障现象

某轮发电柴油机型号为 Sulzer6AL25/30,功率为 600 千瓦,转速为700RPM,涡轮增压器型号为VTR250N,转速为 11000RPM,此发电柴油机大约运行400 小时连杆在大端螺纹处断裂,在曲轴箱部位出现异常声音,有“嗒嗒”的敲击声,声音越来越大,同时增压器超速,轮机员立即停止此机运转,启动备用发电机,机舱人员立即对故障发电机检查,发现发电柴油机连杆断裂,气缸套破碎,碎片散落,断裂的连杆与曲轴、机体相撞,导致机体与曲轴损坏。

二、故障原因 

根据检查发现,造成此次事故的主要原因是连杆断裂导致捣缸故障,根据轮机员反应,此台发电柴油机的操作完全是按照说明书技术规范要求,现场情况表明,油底壳有充足的油量,各个部件润滑良好,油底壳也没有铜末,轴承也无咬死现象;缸套与活塞表面光洁,无咬缸现象;增压器也没有发现损坏现象;从以上基本可以判断不是滑油质量以及润滑不良的原因。 

从连杆断裂宏观断口外形分析,连杆断裂属于疲劳断裂。

连杆断裂部位仔细观察呈现放射条纹状, 并向材料内部延伸,最后产生断裂,引起发电柴油机捣缸故障。

为便于分析连杆断裂原因,连杆结构如下图1所示。 

1.连杆小头衬套;2.连杆杆身;3.连杆大端轴瓦;5.连杆大端轴承盖;6.螺栓

引起柴油机连杆断裂原因主要有以下几个方面:

(1)连杆螺栓上力矩不当,力矩过大会导致连杆螺栓超过屈服极限,产生屈服变形,在载荷的冲击下发生连杆断裂。

如果预紧力不够,柴油机运转过程中,连杆接合面产生缝隙,螺栓受冲击力作用会产生疲劳破坏而断裂。

(2)定期维护保养不到位,维修或者更换曲轴后紧固螺栓预紧力不到位,柴油机准装一定时间,预紧力螺栓松动,没有及时恢复。 

(3)材料加工工艺以及热处理不当也会导致连杆断裂。

同时,活塞销质量差,长生裂纹,活塞销 会窜出,导致连杆断裂。 

(4)柴油机发生“飞车”事故以及活塞在气缸内发生烧死现象,会发生连杆断裂。

三、故障排除及预防对策

(1)为防止连杆螺栓断裂事故发生,连杆螺栓安装前必须认真检查,不符合要求及时换新,一般修复难度比较大、费用高,周期也较长。

如果换新,检查零件有无缺陷,用手锤敲打螺栓,听听声音, 查看有无疲劳强度与缺陷,尤其是螺栓头部、螺纹与螺纹根部,有裂纹坚决不能使用,选用配套生产 的连杆螺栓。 

(2)螺帽、螺栓头部与轴承的接触面要完好,螺栓不能轴承孔中松动以及轴承空中有毛刺等,易使螺栓咬死;螺栓与螺栓孔之间的配合间隙不能过紧,定位销不能松动,否则会发生磨损;上紧连杆螺栓时要按照拆卸时的标记装复,不能装错;装复时垫片与轴承表面要清洁,接触良好。 

(3)如果柴油机在运转过程中发生螺栓断裂,将发生机毁的重大事故,因此必须按照说明书的要求上紧,如安装预紧力的大小、预紧方法、预紧次序等。

上紧连杆螺栓时要按照拆卸时的标记装复,不能装错;装复时垫片与轴承表面要清洁,接触良好;螺栓上紧要用扭力扳手,两边螺栓均匀交替上紧,不能单边紧固;预紧力不能过大,否则会致使螺栓疲劳。

(4)检查连杆螺栓的伸长量,参考技术要求,如不符合要求,要及时换新,同时中型以下四冲程柴油机连杆螺栓的使用时间为15000-20000小时,如果超过使用寿命,即使表面无异状也要换新。 

(5)采取螺栓防松措施,正确的固紧与锁紧是避免发生断裂的有效措施。

拧紧后的螺栓要有防松措施,科学的防松措施是依赖螺纹的自锁能力,因此在高速柴油机上采用细牙螺纹,减小导程角,使导程角远小于摩擦角,对螺纹部分镀铜,以增加?纹间的贴合度及摩擦系数,提高防松效果。

?前在一些新产品中不采取任何防松措施,而是靠提高细牙螺纹的精度,确保预紧力来达到防松目的。

实践表明,正确的固紧与锁紧是避免发生断裂的有效措施。

(6)经常检查柴油机日常工作状况柴油机运转过程中,如果发现异常情况,及时停车检查。

当螺杆出现松动或者被拉长,会出现较大的敲击声,立即停车,检查轴瓦,如果轴瓦间隙过大,更换连杆轴承或者加大轴瓦。

定期检查连杆 螺栓的紧固情况,查明原因,检查螺栓损坏情况,使用扭矩扳手按照规定上紧。

四 结语

通过对 Sulzer6AL25/30 型号发电柴油机连杆断裂事故分析,笔者认为造成连杆断裂原因包括预紧力不均、螺纹表面不清洁、螺纹配合过松或过紧、柴油机发生拉缸或者咬缸事故等,连杆断裂极易引起捣缸和烧瓦,为防止此类事故发生,在操作以及装配过程中必须严格按照技术规范,确保柴油机安全。

(来源:石家庄铁路职业技术学院学报)