“萬頃沙”輪瓦錫蘭主機故障分析與處理方案

賴?yán)ち?，陳容欽

（中交廣州航道局有限公司）

導(dǎo)讀：文章就耙吸式挖泥工程船“萬頃沙”輪 2019年5月主機大修過程中發(fā)現(xiàn)一些零部件異常關(guān)鍵性問題的處理做具體論述。

多用途耙吸式挖泥工程船“萬頃沙”輪

“萬頃沙”輪主機機型為瓦錫蘭（蘇爾壽）ZAL40S，裝機于2004年7月19日，至2019年初已運轉(zhuǎn)總時間達到10萬小時以上，運行時間已15年，由于工作疲勞、磨損、應(yīng)力變形和早期設(shè)計缺陷等各種方面原因，相繼出現(xiàn)了一些影響柴油機正常運轉(zhuǎn)的異?，F(xiàn)象，和有些甚至可能引起機損風(fēng)險的技術(shù)問題。給該輪的運行管理帶來了困難和挑戰(zhàn)。

“萬頃沙”輪作業(yè)現(xiàn)場

為消除隱患，保證主機的正常運行和公司船舶生產(chǎn)效益的Z大化，通過查閱大量的相關(guān)資料，以及和廠家資深技術(shù)人員的探討，針對不同的問題，做出相應(yīng)的研究分析，提出各種處理措施，綜合考慮各種因素，在盡量節(jié)省成本的基礎(chǔ)上，選擇出有利于解決問題的Z終方案。 

一　問題分析和處理方案及結(jié)論

1.主機連桿大端孔尺寸超差問題

（1） 主機連桿大端孔尺寸超差分析

“萬頃沙”輪主機總運轉(zhuǎn)時間在2004年至 2019 年有10萬多小時，主機連桿大端在 2010年因大端孔尺寸超差問題已換新，換新后至2019年已運轉(zhuǎn)約5萬多小時，2019 年5月主機修理時發(fā)現(xiàn)全部連桿大端直徑橢圓度（0.14-0.19）基本超標(biāo)，按照廠家工程師的建議要更換全部連桿大端，該連桿大端備件費用昂貴，兩臺主機更換全部連桿大端需花費備件費將近170多萬元。

本次修理綜合考慮公司及廠家備件庫存不足，訂貨時間較長，在保證機械可安全運行的前提下，為節(jié)省公司船舶使用成本，需要研究是否可以進行修復(fù)處理。 

“萬頃沙”輪瓦錫蘭主機機型（ZAL40S））由于設(shè)計上存在連桿大端孔左右方向的尺寸偏小，材料結(jié)構(gòu)強度偏弱的問題; 

對比公司浚海系列船舶主機（浚海系列 RR B32/40 機型）的連桿大端可以看出橫向搭口部位的寬度明顯差別（厚度偏?。?。

這種設(shè)計弱點，造成在實際使用中，在長時間的交變應(yīng)力作用下，連桿大端橫向部位出現(xiàn)向外周方向的形變，而上下方向則對應(yīng)出現(xiàn)向內(nèi)圓方向的形變，實際測量結(jié)果也反映出此現(xiàn)象（左右尺寸變大，上下尺寸變?。?/p>

通過對其他相同機型船舶的了解，該問題為普遍性問題，而且由于連桿大端孔變形超 差的問題，造成過多起軸瓦抱軸燒損，引起曲軸損壞或報廢的案例。

按廠家推薦的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，連桿大端孔的直徑范圍（364.96-365.06），橢圓度超差極限 0.08，而控制連桿大端孔的直徑尺寸Z終目的主要是為了控制大端軸瓦的間隙（軸瓦間 隙的要求是：上下方向 0.22-0.35），間隙過小容易引起散熱不良，軸頸發(fā)熱直徑變大而引起軸瓦抱軸燒損，間隙過大則引起滑油外泄量過大，油膜承載能力下降，同樣可能引起軸瓦燒損。

廠家給出的極限標(biāo)準(zhǔn)較嚴(yán)，在實際使用中極易超差（一般兩個大修周期就會出現(xiàn)超差情況），如按該標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行則會增加大量備件費用負(fù)擔(dān)。

由于該標(biāo)準(zhǔn)沒有綜合考慮大端軸頸的磨 損，直徑變小的情況，而大端軸頸直徑變小，對應(yīng)的是軸瓦間隙增大，如果將軸瓦間隙標(biāo)準(zhǔn)作為Z后評判標(biāo)準(zhǔn)，則隨著軸頸直徑變小，大端孔的Z小直徑也可相應(yīng)減小。

實際測量的軸頸直徑大多在349.95-349.96 之間，比Z大值350.00小0.04至0.05，所以連桿大端孔直徑Z小值可以由364.96相應(yīng)縮小到364.92，這樣在評判大端孔上下方向尺寸時就減少了超差的情況。

由于左右方向尺寸變大，容易造成橢圓度超差，在對比了其他功率范圍相近的機型的橢圓度極限數(shù)據(jù)（大多數(shù)為0.10），結(jié)合連桿大端橫向的載荷負(fù)擔(dān)相對較輕，和了解了其 他船舶的實際使用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，將橢圓度超差極限適當(dāng)放寬至0.10。 

在以上考量后，大部分連桿大端還是存在直徑或橢圓度的數(shù)值超差的情況，需考慮換新或修復(fù)。

考慮到備件費用昂貴，為降低修理費用，對修理方案做了認(rèn)真探討。

（2）主機連桿大端孔尺寸超差提出處理方案如下：

按廠家要求，只能返國外原廠家修復(fù)，存在出入關(guān)難題和費用過高的問題。

參照其他?型的連桿大端在國內(nèi)修復(fù)的經(jīng)驗和部分相同機型發(fā)電用柴油機的修復(fù)經(jīng)驗，可以將大端上下結(jié)合平面磨低0.15-0.20，再上鏜床精鏜大端孔，這樣可以恢復(fù)上下尺寸至標(biāo)準(zhǔn)尺寸，而左右尺寸也能縮小0.03 至 0.06，從而使上下直徑和橢圓度都在合格范圍內(nèi)。

這種修復(fù)方法無法完全恢復(fù)左右方向的尺寸，能達使規(guī)范內(nèi)。

目前已經(jīng)通過實際使用驗證。

另外的修理方案是內(nèi)表面通過電刷鍍（或鍍鐵）恢復(fù)尺寸，再精鏜大端孔，這種方法可以全尺寸恢復(fù)，但存在鍍層脫落的風(fēng)險，加上在此機型上還沒有應(yīng)用案例，綜合考慮Z后選擇了直接鏜孔的方案。

按種方案修理后尺寸如表 1（以左機1至6缸為例）。 

（3）主機連桿大端孔尺寸超差處理結(jié)論

“萬頃沙”輪兩臺主機連桿大端軸承孔修理后尺寸和橢圓度恢復(fù)到合格范圍內(nèi)，可以繼續(xù)使用至少一到兩個大修周期，具體需依據(jù)下次大修實際測量的尺寸變化做決定。

避免了直接更換的大筆備件費用（新件費用與修理費用比約為10：1），為公司節(jié)約大筆修船費用，同時節(jié)約修船時間，本次修理后至本年已正常運行了10個月時間，至今未發(fā)現(xiàn)異常。 

2.主軸承溫度探頭引起的異常磨損

(1)“萬頃沙”輪主機主軸承溫度探頭引起的異常磨損分析

左機的第 2、7、8 號和右機的 2、4、7、8 號主軸承軸瓦發(fā)現(xiàn)了中間部位異常磨損情況，檢查瓦背和軸承蓋中間部位有相應(yīng)的異常咬合磨損痕跡（見圖 1 和圖 2）。

圖 1 軸瓦中間部位有異常磨損

圖 2 軸瓦瓦背有咬合 磨損痕跡 

跟蹤了兩臺主機的上兩次大修記錄，也有同樣的發(fā)現(xiàn)，但廠家沒有做出具體的處理建議。 

①原因分析

經(jīng)進一步檢查發(fā)現(xiàn)引起此缺陷的原因是主軸承溫度探頭，由于溫度探頭直接接觸瓦背并且一直有彈簧彈力作用，造成瓦背受到上下波動的應(yīng)力作用產(chǎn)生微小振動而造成瓦背和軸承蓋的咬合磨損。

此問題為設(shè)計問題，后期產(chǎn)品廠家已經(jīng)做了改進，探頭不再直接接觸瓦背。

②問題評價

經(jīng)過塞尺測量軸承蓋磨損部位的深度約 0.05-0.08mm。

磨損部位的寬度約占軸承蓋總寬度的一半。

該磨損痕跡無法有效消除。

這會造成軸瓦安裝后中間部位懸空，在運轉(zhuǎn)過程的軸瓦表面不平，承載能力下降，中間部位異常磨損，甚至引起燒瓦等重大問題。

由于主軸承下蓋是與上蓋裝配好后同時加工出來的，無法單獨加工處理下蓋，如果要修理需要將曲軸移開，磨低下蓋與上蓋的接觸平面，再安裝到機架上，用專用設(shè)備進行現(xiàn)場鏜孔。

此方案需要耗費極高的修理費用和修理時間。 

（2）“萬頃沙”輪主機主軸承溫度探頭引起的異常磨損采取的措施

將所有主軸承探頭的螺絲部位增加3mm厚的銅墊片，以減輕探頭對軸瓦的彈簧作用力，改善軸瓦咬合磨損情況。

（3）“萬頃沙”輪主機主軸承溫度探頭引起的異常磨損采取措施后的結(jié)論 

①由于原廠家設(shè)計缺陷無法完全消除軸承下蓋的磨損凹痕，新軸瓦安裝后中間部位懸空會繼續(xù)出現(xiàn)異常磨損，只有通過上述措施改善，盡可能降低潛在的風(fēng)險。

②主機運行過程中需加強對主軸承溫度的監(jiān)控，若當(dāng)主軸承溫度發(fā)生異常時需要及時停機拆檢軸瓦，修理后至今運轉(zhuǎn)一切正常。

二　此次大修總結(jié)

“萬頃沙”輪瓦錫蘭主機此次修理過程，通過對發(fā)現(xiàn)的幾個關(guān)鍵問題的分析、處理、質(zhì)量把關(guān)，基本達到了既解決問題隱患，又能節(jié)省修理時間和減少備件費用的目的，保證了后續(xù)船舶的使用安全，提高了船舶的高效率運轉(zhuǎn)，為公司節(jié)約了大筆修船費用，為公司創(chuàng)造了更大的單船利潤。 

三　結(jié)束語

本次修理后至今已正常運行了10個月時間，至今未發(fā)現(xiàn)異常。

本次修理通過對發(fā)現(xiàn)問題的徹底排查，為今后主機的管理、使用操作提供了有效和清晰的指引，同時也積累了豐富的修理經(jīng)驗，為今后的船機保養(yǎng)做好更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

來源：《科技創(chuàng)新與應(yīng)用》2020年第12期