某船主机活塞耐磨环异常磨损原因分析

某船主机活塞耐磨环异常磨损原因分析

朱佳伟何春平

海装驻广州地区某军事代表室 广东省广州市 510720

摘要：活塞耐磨环是柴油机的重要部件，其作用是保证活塞与缸套之间的密封性和润滑性。然而，在柴油机使用过程中，活塞耐磨环异常磨损问题的发生严重影响了发动机的性能和寿命。因此，对活塞耐磨环异常磨损原因进行深入分析，对于提高发动机的可靠性和使用寿命具有重要意义。

一、故障概述

某船主机最大持续功率为7943kW，最大持续转速为463r/min，截至2018年进厂修理前，左主机累计工作时间为17114小时，右主机累计工作时间为17052小时，修理厂按照修理技术标准对两台主机进行出舱检修。在该船航行试验过程中，主机按照试验大纲进行磨合试验时，双机进五（转速为463r/min）工况运行38min，增压器转速：左A为13200r/min，左B为13140r/min；右A为13500r/min，右B为13500r/min，右机最高为13800r/min。随后缓慢降速至350r/min，运行一小时后再缓慢降速至停车。拆卸两台主机的三箱盖检查，发现活塞的耐磨环有异常拉痕，个别耐磨环有发黑现象，缸套内壁有铜粉；拆卸两台主机滑油自清滤器检查，发现有铜粉。

二、拆检情况

7个活塞环的耐磨环无拉痕，其他29个活塞耐磨环均有不同程度的拉痕，个别出现发黑现象；1个活塞裙部出现裂纹（左B5），位于第二道耐磨环处；18个活塞销表面有轻微划痕，8个活塞销有裂纹；1个副连杆销有裂纹；全部副连杆销轴承有磨损；1个活塞销座轴承有脱落现象，15个活塞销座轴承有磨损现象；7个缸套内壁正常，其他缸套内壁有与耐磨环接触的拉痕；1个新的连杆小端衬套出现铜基层脱落现象，其他13个新的连杆小端衬套有轻微磨损，1个旧的连杆小端衬套出现铜基层脱落现象，其余旧的连杆小端衬套均有磨损现象；有6个连杆轴承有较深划痕，见铜，有19个连杆轴承有轻微划痕；机带滑油泵前的粗滤器有金属屑、油漆皮等杂质。

三、原因分析

经初步分析，导致活塞耐磨环、缸套异常磨损的可能原因有：装配间隙不当；耐磨环材质不符合要求；滑油系统润滑不良；主机超负荷运行;下面进行逐一分析排查。

（一）装配间隙检查情况

承修工厂严格按照海军标柴油机修理技术标准进行修理，经查证两台机的修理过程记录，全部活塞裙部与缸套间隙、连杆大端轴承与连杆轴颈配合间隙、连杆小端衬套与活塞销间隙、活塞销与销座衬套间隙、副连杆弯曲度均符合要求，排除装配间隙不当的可能性。

（二）耐磨环材质检查情况

工厂将1根在用有拉痕和1根库存的耐磨环送至广东省科学院工业分析检测中心进行成分、力学性能分析，金相组织检测。成分、力学性能分析检测报告：在用有拉痕的耐磨环布氏硬度为99.1，库存的耐磨环布氏硬度为69.1（耐磨环布氏硬度要求为65—80），其他未见异常。金相组织检测报告：在用耐磨环是a相+质点相，有孔洞存在，有少量孪晶存在；库存的耐磨环是a相+质点相，有孔洞存在，排除耐磨环材质影响的可能性。

（三）滑油系统

1.耐磨环冷却油路检查情况

活塞连杆组分解后，检查连杆、活塞、镶块的滑油油路畅通性，均无异常。排除耐磨环冷却油路堵塞的可能性。

2.滑油压力检查情况

经查当时航行试验记录，双机进五463r/min时，左机滑油压力为0.48MPa，右机滑油压力为0.58MPa。进五时，双机滑油压力均未低于下限值0.45MPa。双机倒一200r/min时，左机0.28MPa，右机0.28MPa。（主机监控要求：<0.25 Mpa报警，<0.22Mpa自动降速，<0.205 MPa启动备用泵，<0.2Mpa自动停车，>0.55Mpa备用泵停止。）排除滑油压力影响的可能性。

3.滑油温度检查情况

经查当时航行试验记录，主机463r/min时，左机滑油出口温度为62.6℃，右机滑油出口温度为64.5℃，均符合HJB91-93要求（70℃）。排除滑油温度高，润滑油粘度下降，油膜破坏，润滑失效的可能性。

4.滑油杂质检查情况

修理时对滑油主油道、油底壳等可视部位进行清洁，主机系泊试验前对柴油机滑油系统进行循环串油，滤器滤芯干净。系泊试验验收后已对滤芯进行清洁，排除滑油有杂质的可能。

5.滑油粘度检查情况

将航行试验后的滑油进行化验，检测报告结果显示粘度正常，排除滑油粘度影响的可能性。

6.油舱吸干头滤器检查情况

检查油舱吸干头滤器情况，无堵塞。排除油舱吸干头滤器堵塞的可能性。

（四）主机负荷检查情况

经检查螺旋桨螺距，无异常。可排除螺旋桨螺距影响的可能性。

经检查当时修理的喷油提前角，均在要求范围内上止点前9°至11°。可排除喷油提前角影响的可能性。

该船是中修级别修理，船底已清洁干净，船下水后所处水域为淡水，船底无海生物附着。可排除船底附着物影响的可能性。

双击进五时增压器转速：左A为13200r/min，左B为13140r/min，右A为13500r/min，右B为13500r/min（右机最高为13800r/min）。左机增压器转速接近最大功率时的增压器转速，右机达到甚至超过最大功率时的增压器转速（随机说明书要求：463r/min时增压器转速12500r/min，480r/min时增压器转速13500r/min，480r/min为最大功率连续运转4小时工况）。增压器转速表面两台主机负荷偏重，负荷重造成柴油机燃烧室组件热负荷以及机械负荷加大，活塞销与连杆小端轴承、活塞销座轴承的冲击负荷变大，超过油膜承载能力，引起轴承异常磨损，轴承温度高，从而导致连杆小端轴承和活塞销座轴承磨损、脱落。活塞销在磨损后的轴承内继续运转，活塞销表面温度继续升高，造成活塞销表面裂纹。主机负荷偏重导致作功冲程中活塞受侧推力变大，超过活塞与缸套正常运转时的油膜承载能力，使得活塞裙部与缸套在正车受力方向挤压，活塞耐磨环与缸套出现局部干摩擦。

综上所述，活塞耐磨环异常磨损原因是：在双机进五工况时，两台主机增压器转速偏高，两天主机负荷偏重，在作功冲程中活塞受力侧推力变大，超过活塞与缸套正常运转时的油膜承载能力，使得活塞裙部与缸套在正车受力方向挤压，活塞耐磨环与缸套出现局部干摩擦；加上活塞销与连杆小端轴承、活塞销座轴承异常磨损后，活塞在缸套中的摆幅变大，从而加剧活塞耐磨环在正车侧推力位异常磨损。

四、举一反三

（一）为避免出现类似磨损问题，适当降速试验

结合对螺旋桨、轴系、主机喷油提前角、装载等因素排查，导致主机超负荷的可能因素是主机2004年出厂，累计运行超过17000小时，柴油机性能下降，无法达到新机出厂性能，为避免主机超负荷故障重复出现，连杆小端轴承、活塞销座轴承脱落及磨损、活塞销裂纹，活塞耐磨环异常磨损等问题，建议两台主机修复后航行试验时，双机正车按440r/min验收（中修后降速5%，463r/min降5%为440r/min），双机正车450r/min视情运行5min，根据柴油机运行工况的增压器转速、排温、爆压、油门齿条数等参数，适当降速试验，减少异常磨损风险。

（二）主推进装置监控系统试验册修改建议

1.该主推进装置遥控系统的遥控阀调速精度不高，在进五工况下主机转速设定为463r/min，该工况下容易受海况影响，主机转速会向上波动，会造成主机在高转速高负荷下运行，很有可能会重复出现连杆小端轴承、活塞销座轴承脱落及磨损、活塞销裂纹，活塞耐磨环异常磨损问题，为避免重复出现故障，建议只进行进四以下的遥控试验。

2.试验册要求进行倒一至进二、进五至停车、停车至倒二、倒三至停车、进一至进五、进四至倒三、倒三至进五的遥控程序，控制手柄应尽快扳到所要求的工况的位置。该型柴油机随机说明书明确要求加速、减速必须逐步进行。为了使发动机逐渐冷却下来，建议从最大工况至停车的过渡时间为15min，其中停车前的低负荷运转时间10min左右，该柴油机从高转速的正车到倒车存在损伤机器风险，建议严格按照说明书要求缓慢进行试验。