林建偉

摘? ? 要：本文通過對船用主發(fā)電機（MAN 5L20/27）的結(jié)構(gòu)及原理的學習和了解，結(jié)合柴油機MAN 5L20/27修理過程的實例，介紹活塞潤滑特點和工作原理，用列舉法分析發(fā)電機產(chǎn)生拉缸機損的原因，并通過試驗印證了由于活塞潤滑的缺陷導致了發(fā)電機拉缸的機損事件，為今后同機型的發(fā)電機維護保養(yǎng)方面提供了可借鑒的經(jīng)驗，避免同類型機損事件的發(fā)生。同時，也提出了在修理過程中需要注意的一些事項，供今后類似的柴油機修理積累經(jīng)驗和參考。

關(guān)鍵詞：柴油機;活塞;潤滑系統(tǒng);拉缸

中圖分類號：U665.11 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract：? By studying and understanding the structure and principle of MAN 5L20/27 marine main generator， combined with the example of the MAN 5L20/27 diesel engine repair process， this paper introduces the characteristics and working principle of piston lubrication， analyzes the cause of the scuffing of cylinder bore by enumeration method， and proves that the failure of piston lubrication causes the scuffing of cylinder bore of the generator. Some matters that need attention in the repair process for the scuffing are also put forward for the future similar diesel engine repair to accumulate experience and reference.

Key words： Diesel engine; Piston; Lubrication system; Scuffing of cylinder bore

1? ? ?前言

某大型航運公司57 000 DWT散貨船于2005年在上海某船廠交船并投入營運。該輪#2發(fā)電機曾發(fā)生過拉缸的現(xiàn)象，在日常運行中減負荷使用。2017年進廠修理時，船東決定對該輪進行常規(guī)拆檢修理;缸頭、活塞、連桿吊廠修理，缸套原地清潔測量;主軸承全部拆檢。各測量數(shù)據(jù)、各運動部件均未發(fā)現(xiàn)重大的技術(shù)缺陷，繼續(xù)使用原活塞沒有換新，連桿活塞在車間組裝后上船裝復(fù)，壓油壓水正常后啟動發(fā)電機進行第一次負荷試驗。

2? ? ? 各項負荷試驗機損現(xiàn)象

該輪主發(fā)電機組基本參數(shù)如下：機型MAN 5L20/27;額定功率320 kW;額定轉(zhuǎn)速750 r/min;缸徑200mm;行程270 mm。

2.1? 第一次負荷試驗

整機裝復(fù)后進行第一次負荷試驗：空車運行了4小時后，各運動部件及軸承溫度、排氣溫度正常，未發(fā)現(xiàn)明顯的異常;當負荷加至100 kW左右時，運行了1個小時，各運動部件及軸承溫度、排氣溫度正常，也未發(fā)現(xiàn)明顯的異常;但當負荷加至試驗最高負荷240 kW（75%額定功率）時，發(fā)電機運行了約15分鐘，突然“砰”的一聲巨響，現(xiàn)場操作人員手動緊急停車。打開道門檢查，發(fā)現(xiàn)#5缸嚴重拉缸，活塞在活塞銷位置被拉斷，活塞頭仍留在缸套頂部，活塞裙部碰撞變形;缸套嚴重燒蝕拉傷，缸套左下部（從自由端往電球方向看，以下相同）被連桿碰撞斷裂開了一個缺口。

現(xiàn)場人員進一步檢查，發(fā)現(xiàn)各曲拐及連桿大端瓦完好無損。于是現(xiàn)場人員重新?lián)Q新了#5缸的缸套、改進型活塞（改進型只有一個供滑油進的邊小孔，對準噴射油管）、連桿及軸瓦后，整機裝復(fù)進行第二次負荷試驗。

2.2? 第二次負荷試驗

經(jīng)壓油、壓水檢驗無誤后進行第二次負荷試驗：發(fā)電機空車運行了4小時后，各運動部件及軸承溫度、排氣溫度正常，無發(fā)現(xiàn)明顯的異常;當負荷加至100 kW左右時，運行了4小時，各運動部件及軸承溫度、排氣溫度正常，也無發(fā)現(xiàn)明顯的異常;同樣，當負荷加至試驗最高負荷240 kW（75%額定功率）運行了約30分鐘后，發(fā)現(xiàn)機油溫度比第一次試驗時高了10 ℃不正常，現(xiàn)場人員馬上手動停車進行檢查。打開道門用點溫計測量各軸承的溫度，發(fā)現(xiàn)#3缸的連桿大端軸承溫度異常，達到83 ℃。于是現(xiàn)場人員對#3缸缸套、活塞、連桿、曲拐銷進行了拆檢，發(fā)現(xiàn)#3缸連桿大端軸瓦嚴重燒蝕白合金脫落，缸曲拐銷粘滿燒蝕的白合金并拉傷，但缸套、活塞等未見明顯的異常;檢查其他各缸，均發(fā)現(xiàn)連桿軸瓦、主軸瓦有一定程度的輕微白合金磨合層壓離的現(xiàn)象，但并未有燒毀，缸套、活塞等部件未見明顯的異常。因#3缸的曲拐銷粘滿燒蝕的白合金并拉傷，決定將曲軸拉出吊廠進行了修復(fù)。

3? ? 拉缸機損現(xiàn)象技術(shù)成因分析

連續(xù)2次負荷試驗拉缸機損后，船廠組織技術(shù)中心、質(zhì)檢部、機電車間等部門的工程技術(shù)人員和船公司相關(guān)技術(shù)部門對工程修理、測量數(shù)據(jù)、質(zhì)量監(jiān)控、船上的反映、柴油機的結(jié)構(gòu)、備配件的結(jié)構(gòu)差異等進行了綜合的分析：

（1）軸瓦的質(zhì)量

除了#3缸連桿軸瓦燒毀外，其他各缸的連桿軸瓦、主軸瓦均有一定程度的白合金磨合層的壓離現(xiàn)象，但未見燒毀。所以，軸瓦質(zhì)量的好壞與#3缸連桿軸瓦的燒毀沒有直接關(guān)系;

（2）滑油的油品質(zhì)量

無發(fā)現(xiàn)滑油有水、油質(zhì)明顯變化的現(xiàn)象，所以滑油的油品質(zhì)量應(yīng)與本次的機損現(xiàn)象沒有直接關(guān)系;

（3）潤滑系統(tǒng)

尚未發(fā)現(xiàn)該機的滑油潤滑系統(tǒng)及部件有明顯的異常，所以該機的滑油潤滑系統(tǒng)應(yīng)與本次的機損現(xiàn)象沒有直接的關(guān)系。

（4）修理安裝質(zhì)量

暫無發(fā)現(xiàn)清潔、安裝等有違工藝技術(shù)和工藝流程的現(xiàn)象，所以本次的機損事件與修理安裝質(zhì)量沒有直接關(guān)系;

（5）試驗、油水的壓力溫度與控制

試驗按照試驗大綱要求進行，試驗起始轉(zhuǎn)速和時間的長短、負荷加速的快慢和大小、滑油的壓力大小與溫度控制、冷卻淡水的壓力大小與溫度控制等，與拉缸和軸瓦的燒蝕沒有直接關(guān)系;

（6）冷卻油管的構(gòu)造

該機型活塞頂部的冷卻、活塞頭部的冷卻、活塞銷的潤滑和冷卻、缸套的潤滑和冷卻，僅由缸套底部（靠后方）的唯一一根油管向上噴油來滿足。如果該油管噴油到活塞底部的其中一個上油孔，而后通過活塞內(nèi)部到達冷卻腔，從而達到對活塞頂部、活塞頭部的冷卻、活塞銷的潤滑和冷卻，但無法對缸套進行潤滑和冷卻;同樣，如果該油管沒有直接噴油到活塞底部的其中一個上油孔，噴油將為散狀，可直接噴油對缸套進行潤滑和冷卻，但會影響到上活塞冷卻腔的油量，無法滿足活塞頂部的冷卻、活塞頭部的冷卻、活塞銷的潤滑和冷卻。由此可知，這樣的設(shè)計存在缺陷，無法同時滿足活塞、缸套的冷卻和潤滑功能，活塞的過熱、拉缸也就成為了必然。

（7）兩孔活塞結(jié)構(gòu)

該機型活塞底部有兩個供滑油進出的邊小孔，其中一個供滑油進，另一個供滑油出;但同時在活塞的中部還有一個孔，是使活塞腔中的滑油流出去潤滑活塞銷的（見圖1）。

現(xiàn)場人員在現(xiàn)場時，發(fā)現(xiàn)了該機型的改進型活塞（見圖2）。該活塞只有一個供滑油進的邊小孔（對準噴射油管），活塞的中部同樣有一個孔，是供潤滑活塞銷的。該改進型活塞是廠家對原設(shè)計的改進，目的是保證活塞銷的潤滑和冷卻，但本機卻無使用。

顯而易見，兩孔活塞對活塞銷的潤滑和冷卻比改進型一孔活塞的效果差。兩個孔活塞的潤滑和冷卻，在柴油機空車運轉(zhuǎn)或低負荷時尚能滿足，但當柴油機在高負荷運轉(zhuǎn)或加速太快時，活塞銷的潤滑和冷卻就無法保證，活塞的過熱也就成為了必然，這也是活塞的過熱的主因。

（8）非飛濺潤滑方式

傳統(tǒng)的桶型活塞柴油機，特別是國外成熟的機型均采用飛濺潤滑方式來滿足活塞和缸套的冷卻和潤滑，實踐證明效果良好、結(jié)構(gòu)簡單、維護方便，拉缸現(xiàn)象不常發(fā)生。而本機型由于采用干式油底殼設(shè)計，曲拐和連桿大端及軸承不能浸泡在滑油中，回到油底殼的滑油迅速又回到循環(huán)柜，故不具備飛濺潤滑的條件，所以2#發(fā)電機機型只能采用圖2所示的桶型活塞，無法使用飛濺潤滑構(gòu)造的活塞。

在第一次拉缸機損事件中，由于活塞是非飛濺潤滑構(gòu)造，當#5缸發(fā)生拉缸現(xiàn)象時，勢必會加大其它缸連桿大端軸承的負荷，連桿大端軸瓦的白合金已經(jīng)部分燒蝕或部分粘貼在曲拐上，只是尚未完全抱死還可以轉(zhuǎn)車，這樣就埋下了機損再次發(fā)生的隱患和缺陷;而#3缸的連桿大端軸承，是燒蝕較嚴重的一個。所以軸瓦的燒毀、曲拐的損傷也就成為了必然。

綜上所述，由于該機型活塞存在的設(shè)計缺陷與不足，活塞、活塞銷、缸套無法同時得到潤滑和冷卻，是造成本次#2發(fā)電機拉缸機損事故的真正原因。

4? ? 結(jié)束語

通過上述的技術(shù)分析，全部換新成只有一個供滑油進的邊小孔的改進型活塞，見圖2，在曲軸修復(fù)后整機裝復(fù)進行第三次試驗。在各種工況下、各運動部件及軸承溫度，排氣溫度正常，#2發(fā)電機運行狀況參數(shù)指標正常。由此印證了機損現(xiàn)象技術(shù)成因分析的準確性，從而徹底消除了#2發(fā)電機存在拉缸的隱患。通過此次的實際案例分析，發(fā)現(xiàn)了該機型活塞潤滑設(shè)計存在缺陷和不足，希望能夠給廠家提供改進設(shè)計幫助，同時也給同機型的船舶管理和修理工作提供經(jīng)驗教訓，防止此類機損事故再次發(fā)生。

參考文獻

[1] MAN 5L20/27柴油機說明書.

[2] 韓雪峰，修長發(fā).船舶柴油機[M]. 北京：人民交通出版社.