船用12PA6V-280 型柴油机PCOT 报警停车故障分析与排除

2024-01-22 12:21唐积才
广东造船 2023年6期
关键词:滑油轴瓦曲柄

唐积才,甘 帅,李 唐

(1.91937 部队,舟山 316099;2.中国船舶集团有限公司第七一一研究所,上海 201108)

1 前言

12PA6V-280 型柴油机是我国引进国外专利技术生产的四冲程中速柴油机,在船舶中应用广泛。

本文以某海洋综合调查船为例,该船采用2 台12PA6V-280MPC 型柴油机作为主推进柴油机,配备先进的PCOT 监测报警系统,该系统的作用是检测曲柄销轴承油温,以保护曲轴,防止其重大事故。该船在实施作业期间,出现右主机PCOT 报警,且伴有异常响声,后手动紧急停车,经紧急处置,采用单车航行至港。

12PA6V-280 MPC型柴油机是一种直接喷射、水冷、筒形活塞带废气涡轮增压器和空气中冷器的中速四冲程柴油机。V 型夹角为60°,不能反转,气缸盖为单体式,气缸体和曲轴箱做成一体构成机体,均为球墨铸铁材料。

12PA6V-280 型柴油机,额定转速1 000 r/min,最大持续功率3 540 kW,滑油进口压力0.6±0.05 MPa,各缸出口的排气平均温度≤495 ℃±10℃,各缸与平均值之差在±35 ℃内;PCOT 系统设置任一档曲柄销轴承温度与其平均温度相差值5℃且时间≥5s,或温度≥100 ℃且时间≥5s 时报警,任一档曲柄销轴承温度与平均温度相差值7 ℃且时间≥3 s,或温度≥110℃且时间≥3 s 时紧急停车。

2 故障情况

某日21时20分,该船两台推进柴油机正高速运行,其中右机转速967 r/min、B6 缸排温449 ℃、滑油进口压力0.597 MPa,此时右机PCOT 系统发出曲柄销轴承高温报警,柴油机值更人员于机旁检查确认故障情况,同时柴油机责任班长详细查看主机工作参数;21 时21分,右机PCOT系统发出曲柄销轴承高温故障停机报警,但柴油机并未自动执行紧急停车,且监控台显示的主机工作参数未有异常,柴油机值更人员查阅右机PCOT控制箱报警信息,发现是右机第6 缸发出的报警,检查A6 缸未发现异常,再检查B6 缸工作情况,21 时22分,右机B6 缸发出异常响声,柴油机责任班长遂位集控室手动紧急停车,随后立即充油盘车并开启淡水备用泵保持冷却水循环。故障发生后,该船采用单车航行方式航行,直至靠港。

3 故障检查情况

1)待机体冷却后打开B6 缸挡门盖,发现右机B6缸气缸套底部有粘着痕迹,主轴承盖底部有两颗螺钉及铜质合金剥落,见图2。

2)对该B6 缸进行吊缸检查,发现排气阀顶杆错位、弯曲变形,喷油器头部断裂,活塞顶部与裙部脱离,4 个紧固螺栓被拉伸断裂,活塞裙部与缸套存在较深拉痕,连杆大端曲柄销轴瓦内侧合金剥落,见图3。

3)对该机A6 缸进行吊缸检查,发现A6 缸连杆大端曲柄销轴瓦错位、上下轴瓦位置颠倒、内侧有合金剥落,见图4。

4)对右机曲轴进行磁粉探伤检查,发现A6/B6 曲柄销异常磨损,有长约30 mm 的较深裂纹。

5)对正常运行的左主机连杆轴瓦进行抽样拆检,发现左主机A4缸连杆轴瓦亦存在严重的硬物划伤痕迹,属两道较深的漏铜划痕,还有两处疑似裂纹,见图5。

6)检查柴油机监控历史数据记录,未发现当日18 时至21 时22 分期间右柴油机滑油压力、各缸排温数据异常。

7)检查柴油机报警记录显示:故障当日21 时20分30 秒,右主机曲柄销轴承滑油温度高报警;21 时21 分01 秒,右机连杆轴承滑油温度高停机报警,但该报警后柴油机安保装置未动作,21 时21 分57 秒,其转速为967 r/min;21 时22 分右机手动紧急停车。

图6 至图11 记录了各部件损伤情况。

图1 12PA6V-280 型柴油机

图2 主轴承盖底部

图3 排气阀顶杆弯曲变形

图4 右主机A6 缸连杆轴瓦

图5 左主机A4 缸连杆轴瓦

图6 活塞顶部

图7 活塞裙部

图8 活塞裙部拉痕

图9 活塞裙部拉痕

图10 轴瓦漏铜

图11 左主机A4 缸轴瓦

4 故障原因分析

柴油机活塞顶裙分离和连杆轴瓦失效的故障源通常有两种:一种是从上到下,即故障源发于拉缸,导致活塞顶、裙分离及连杆轴瓦失效;另一种是从下到上,即故障源发于连杆轴瓦失效,导致拉缸和顶、裙分离。

针对上述故障检查情况,经分析故障原因如下:

1)柴油机在运行过程中,活塞顶与缸套之间的间隙总大于活塞裙与缸套之间的间隙,正常情况下不会出现拉缸引起活塞顶、裙分离的情况。从电站采用PA6B 烧重油的柴油机,曾出现过类似连杆轴瓦失效、转动,导致拉缸和活塞顶裙分离、曲轴损坏的类似故障案例,以及在热机协会故障史案中,从未出现过因拉缸、活塞顶裙分离而造成连杆轴瓦失效的故障问题;

2)活塞顶、裙分离后的冲击力通常不会导致轴瓦卡滞。对于四冲程机,活塞顶、裙分离后继续运行,燃烧室产生爆炸力时,活塞顶和活塞裙均位于顶端,两者之间的距离微小,活塞体对活塞裙的锤击力较小,通常不会对连杆轴瓦造成破坏性损坏。

根据上述分析判断,该故障的原因可能为其它原因,如:连杆轴瓦制造质量问题;连杆轴瓦装配质量问题;滑油清洁度不良等。现对其排查分析如下:

1)连杆轴瓦制造质量

由于右柴油机A6/B6 连杆轴瓦失效后磨损变形严重,无法开展检测分析工作,而拆检左机时发现同批更换的A4 缸连杆轴瓦存在严重异常划痕,遂对其进行检测分析。

经有资质的第三方检测:左机A4 连杆轴瓦合金层牢固的粘结在钢座上,结合面之间没有夹渣、氧化物以及孔隙,没有出现合金层分层、脱落现象,并对该轴瓦进行了双向交叉检测,认为:该疑似裂纹横截面凹陷部位没有材质缺陷;没有凹陷轮廓被硬物划伤产生划痕;没有划痕产生的合金层金属屑被挤压嵌入到连杆轴瓦表面;没有连杆轴瓦表面被划伤失效后产生的结果。因此,排除了该部位疑似裂纹是连杆轴瓦材质缺陷。

2)连杆轴瓦装配过程

故障发生前8 个月,该船曾在工厂进行等级修理,期间对两台柴油机的连杆轴瓦进行了更换,其它装机使用的同批次连杆轴瓦没有发生过类似故障,检查连杆轴瓦装配测量记录,符合技术要求。

3)滑油清洁度

故障发生后,该船对柴油机滑油进行了更换,因此无法直接通过滑油样本检测滑油清洁度,但可从第三方检测分析报告进行分析,左主机滑油中大概率含有硬质颗粒和不规则异物。

4)监控系统故障报警

通过查看该船柴油机历史参数记录,故障发生时右柴油主机处于高负荷工况运行,此时其连杆轴瓦摩擦、载荷、温度等处于高位状态。参照对比2007 年11月另一船舶发生的类似故障原因,其主要原因可能是该船主机滑油清洁度不合格,而造成其高负荷运行工况润滑达不到要求。

5)自动停车故障

PCOT 报警柴油机未自动紧急停车原因可能有:PCOT 系统故障,无报警信号输出,导致安保装置未动作;PCOT 系统功能正常,报警信号已输出,但信号传输线路故障导致安保装置未采集到报警信号;安保装置故障,虽检测到报警信号,但未实际动作。经过对PCOT 系统、安保装置及各传输线路全面检查,发现机旁控制箱内柴油机启动/停车电磁阀接线虚脱,重新连接后,系统功能正常。

根据上述排查与分析:右柴油机B6 缸连杆轴瓦由于滑油中(大颗粒)异物入侵其表面产生划痕,承载能力下降,当主机高负荷运行时,轴瓦工作条件持续恶化,引起轴瓦卡滞、转动,轴瓦与曲柄销表面出现严重的黏着摩擦,摩擦阻力急剧增大,连杆轴瓦表面的耐磨合金甚至铜基被磨掉,轴瓦的钢座直接与曲柄销表面摩擦;在曲轴曲柄销表面摩擦温升过程中,曲柄销表面的硬度下降,导致曲柄销产生热裂纹;由于轴瓦转动导致油路堵塞,连杆向活塞的供油中断,造成活塞顶缺乏冷却,活塞顶温度升高发生膨胀卡滞在气缸顶部,引起拉缸,连杆拉动活塞向下运动,促使活塞顶、裙连接螺栓被拉断,造成顶裙分离。

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5 结束语

发生此次故障的原因有多方面,但在整个事件的处置中,暴露出该船在柴油机应急处置、安全隐患排查等方面存在薄弱环节,需进一步改进:

1)应急处置能力亟需加强

柴油机值更人员应密切关注机旁PCOT 控制箱显示的曲柄销轴承油温,发现故障征兆及时处置。该船出现曲柄销轴承高温停机报警后,柴油机值更人员未能在最短时间内紧急停车,班长在集控室手动紧急停车,虽然没有造成柴油机的进一步损坏,但也错失了处置的最佳时机。必须加强对值更人员培训,减少其对业务骨干的依赖意见,提高其应急处置能力;强化各专业职手应急处置训练,确保及时、高效处置各种突发情况,消除安全隐患和故障苗头,避免处置不及时造成重大损失。

2)安全隐患排查不够细

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