主机滑油低压故障分析及处理

某轮主机滑油低压故障分析及处理【摘要】：某油轮的主机为MANB&W6L60MC型柴油机。在澳大利亚汤斯维尔港离开码头后主机滑油压力突然从0.42MPa降到0.23MPa，出现主机自动降速的故障。本论文结合该故障的现象，对导致问题的原因进行分析，提出了日常管理中应该注意的问题。在论文的结尾进行总结并给出了一些对于此类故障现象的处理建议。【关键字】：滑油系统,低压,应力集中0前言船舶主柴油机是船舶的心脏,是船舶动力装置最核心的设备，其工作性能的好坏,将直接影响到船舶的推进和正常航行，甚至影响到船舶财产及人身安全，因此在船舶正常营运期间必须保证其工作的可靠性。柴油机润滑系统又是为柴油机工作而服务的最重要的动力系统，其作用是用符合要求的润滑油来保证各运动零件摩擦表面间的润滑，以减少摩擦阻力和零部件的磨损，同时带走摩擦产生的热量和磨损产物，另外还具有防腐、传递动力、减轻噪音等辅助作用，这也是柴油发动机长期可靠工作的必要条件之一。如果柴油机出现滑油系统工作不正常，将会引起柴油机自动降速或停车，甚至引起重大的机损事故。某轮为载重65000t的油轮，主机为二冲程柴油机，型号MANB&W6L60MC，功率15000马力，废气涡轮增压，直流扫气。该轮在主机运转过程中突然出现滑油低压报警并伴随着主机自动减速，在轮机长的带领下，根据船上的相应条件及时采取了正确的措施后，消除了这个故障，避免了由此可能导致的轴承磨损加剧，避免了更严重的机械部件损伤，保证了主机的正常运转和船舶的安全航行。1故障概况该轮在澳大利亚汤斯维尔港卸完货油离开码头后，在航道中以港内全速航行，突然主机发出故障降速报警，主机滑油系统油泵出口压力突然从0.42MPa降到0.23MPa。由于船舶正航行于航道中，未处于安全海域，同时船舶仍由港口引水引航，情况不允许立即停车来排除故障。轮机长决定立即启动备用滑油泵，两台油泵并联运行供给系统润滑油，滑油压力基本上能维持在正常水平，保持主柴油机持续运转。直到船舶驶离航道，引航员下船后，船舶在一个安全的开阔水域，停下主机，进行逐步排查，最后经过全机舱人员群策群力，终于找到故障原因并采取了可靠的措施，得以让船舶恢复正常的航行。2滑油系统工作原理该轮主机滑油系统主要由滑油循环柜，滑油泵，过滤网式滤器，滑油自清滤器，滑油冷却器及相应管路、阀门组成。两台滑油泵并联,经过滤网式滤器从滑油循环柜吸油，再经滑油冷却器和滑油自清滤器排出至进机，进机后主要分为两路，一路油直接送至主轴承和推理轴承等处，另一路油通过套管机构供至十字头本体，十字头本体中有滑油输送孔，将套管机构供来的滑油一部分送去冷却活塞，活塞冷却油的出油管在机架内设置的开槽的油管内滑动，冷却活塞后的润滑油被导入各缸的控制装置，用以检查活塞冷却油流回的温度和流量。一部分送去润滑十字头轴承和滑块，另外还有一部分经连杆内部的钻孔送去润滑曲柄销轴承。各轴承润滑油回油经干式油底壳流入到滑油循环柜中。3故障的排查过程该轮突然出现主机滑油故障低压后,由于海况不允许立即停车检修，首先采取的措施是启动备用滑油泵，两台泵同时并联运行，流量加大后压力得以恢复，直到船舶航行至安全的开阔海域，再停下主机后仔细排查。滑油压力低压的原因很多，最常见的问题是系统脏堵，发生的部位主要在滤器处。因此轮机长首先安排拆出油泵进口滤器，经观察并未发现异常，滤网较清洁，接着再拆检滑油自清滤器，同样未发现异常。同时检查系统外部其他设备及管路系统，也没有找到问题，由此初步确定问题出在柴油机上。于是重新启动一台滑油泵，滑油压力仍然很低。大管轮逐一检查各缸活塞冷却油的流动状况，当检查到第四缸时，观察镜中见不到有油流出，同时听出该缸曲柄箱内油流声比其他缸要大，于是打开该缸曲柄箱道门，发现上部滑油直往下泄。紧接着立即停掉滑油泵，通过防爆手电照射观察该曲柄箱内部，发现油底壳内部有一根弯曲的管子。取出分析判断，原来是供滑油至十字头的套管机构中固定在十字头上的动管弯头断裂，动管脱落掉下，被曲轴打弯后落入了曲轴箱底部油底壳上。同时供至该缸十字头的滑油直接由静管泄入曲轴箱，没有了润滑部位的背压，最终导致了滑油压力的低下。当两台泵并联运行时，由于流量加大所以能维持原来的压力。故障原因终于找到，是由于动管与十字头机构连接的弯头断裂,从而引起主机滑油低压报警并伴随着主机自动降速。4故障的机理分析该故障属于典型的船机零件疲劳破坏故障模式。零件或材料经过一定次数的循环载荷或交变应力作用产生裂纹和断裂的现象称为疲劳破坏。一般认为，疲劳断裂过程要经历三个阶段：疲劳裂纹的萌生，即疲劳源的形成阶段；疲劳裂纹的扩展阶段；最后断裂或瞬间断裂阶段。疲劳源即疲劳裂纹的起始点，一般出现在零件表面或近表面，通常起源于零件表面的应力集中处，如金属表面的油孔、台阶、键槽、过渡圆角等和夹渣、气孔、划痕、折叠、偏析、缩孔等工艺缺陷。或零件近表面内部由于各种工艺过程中造成的材料严重缺陷处，同时被腐蚀的金属表面和各种工艺裂纹也是重要的疲劳裂纹源。从微观的角度看，在长时间交变载荷的作用下，疲劳裂纹源的形成主要有三种情况：晶体滑移产生裂纹、夹杂物及相界面处产生裂纹、晶界处产生裂纹。零件表面或近表面出现疲劳裂纹后，在交变应力的作用下疲劳裂纹进一步扩展。其扩展过程具体可分为两个阶段，第一阶段的扩展方向一般是沿着最大切应力方向（与正应力方向呈45度）向内部扩展，主要受剪切应力的影响，由于扩展初期零件承载面积相对较大，应力较小，其裂纹扩展的速度也很小，扩展的深度也较浅，只有几微米至几十微米。第二阶段的扩展方向与正应力垂直，受正应力的影响很大，同时零件的承载面积逐渐变小，使裂纹的扩展速度和深度均较快，远远超过第一阶段。在裂纹的扩展过程中，裂纹不断的开启、闭合，两个断面长期相互研磨，形成光滑区，同时裂纹一环接一环向前推进，留下痕迹形成与裂纹扩展方向垂直的贝纹线。其形貌通过疲劳破坏零件的断口特征可以比较清晰的呈现出来，而且一般规律是扩展区越光滑，表明零件断裂前所经历的载荷循环次数越多，贝纹越细密，表明材料的疲劳强度越高，载荷值越小。疲劳裂纹的扩展使得零件的有效承载面积越来越小，残余断面上的应力达到材料的断裂强度时，零件便发生瞬间断裂，对于脆性材料，最后断裂区断口晶粒较粗大，塑性材料则呈纤维状。如果最后断裂区所占面积越大，甚至超过断口面积的一半，则说明工作中零件严重的超负荷，其寿命也越短。通过对零件疲劳破坏的机理进行分析，可以得出疲劳断裂主要有以下特征：零件发生破坏是经过较长时间的使用，短时间的断裂是过载不叫疲劳；断裂时的应力其实很小，小于零件的抗拉强度，甚至小于屈服强度。该故障中十字头供给滑油的弯头在柴油机运转中随十字头上下往复运动，长时间受交变应力的作用，由于弯头截面变化处存在应力集中，加之其它的诸如加工工艺缺陷和滑油的腐蚀等因素，在表面形成了疲劳源，之后在柴油机长期的运转中裂纹不断扩展，最终由于承载面积的变小发生了断裂事故。5故障的解决措施当船舶主机出现滑油低压故障后，必须立即处理，在船舶安全的前提下最好立即停车检查并予以排除，确保柴油机的安全运转和船舶的正常航行。由于该轮故障发生时船舶处于航道中，来往船舶较多，不具备立即停车的条件，加之并未完全断流，通过立即起动备用滑油泵，使滑油压力得以恢复，维持了柴油机的运转和船舶的航行。当船舶航行至安全水域后停车排查找出原因后，确定主机第四缸十字头滑油动管和弯头损坏，除了引起滑油低压外，还导致该缸十字头滑块与导板间，十字头轴承和曲柄销轴承失去润滑，活塞也失去冷却。虽然之前的临时措施解决了滑油低压问题，其他各缸能正常工作，但不能解决该缸相关部件的润滑与冷却，必须将损坏部件予以修复。首先在船上查找备件，损坏的滑油动管有新的备件，换上即可。但断裂的弯头船上并无备件，必须得经过修复才能恢复主机的正常运转。针对断裂的弯头，首先考虑的修复方式是采取焊补，弯头材料为铸铁，设计上考虑到应力集中，铸铁零件的应力集中系数较小，但同时铸铁零件难于焊补，容易产生白口和裂纹，必须经过很精细的焊补程序才能保证其连接强度。焊接前首先将接缝处用砂轮机加工成V形槽，用清洗剂彻底将零件表面的油渍和污垢清洗干净。焊接过程中一边用气焊对焊补位置进行加热一边用电焊进行缓慢焊接，焊后继续用气焊加热保温，让其逐渐冷却，尽量减小温度的变化，避免产生过大的热应力。焊接完成后与新的滑油动管一起装复至十字头，重新启动滑油泵，系统恢复正常。启动主机试运转，柴油机正常工作，为了确认焊接是否牢固，一个小时后，停车打开曲轴箱检查，发现焊接处又出现了细小裂纹。事实证明此修理方法并不可靠，于是轮机长准备切断该缸运转二进行封缸运行。但由于十字头部件无滑油的供给封缸除了切断该缸燃烧，还得停止活塞和十字头的运动，工作量很大，而且船上都不具备此种封缸的实践经验。最后全机舱人员聚集一起商量对策，一位资历很深的老机工提出了一个焊接方案，在弯头裂缝的两边分别转一孔，分别插入一钢筋，再从两面用两根钢筋用电焊焊接起来，类似于一种金属扣合工艺，由于焊接处发生在钢筋上，焊接强度能得以保障。经过此种修复方法修理后，继续试运转，再未发现异常，故障终于得以解决。同时船长立即电告船公司，申请加急备件，当船舶抵达下一港口时，换上新的备件，故障也得到了彻底解决。6结束语通过对上述故障的具体分析，总结出以下建议供船舶工作的同行予以参考：(1)在柴油机润滑系统中除了常规的对滑油的品质、温度和压力进行正确的管理意外，还得经常检查系统部件，管路的状况，尤其是一些受力部件。定期打开曲轴箱，可通过观察或听响法检查管路和连接件是否存在裂纹与缺陷，及时发现故障的征兆，及时处理，早期的排除方法一般都比较容易，如果等最终形成破坏时其危害性和解决难度都会变大。（2）在船机零件的修复过程中，应根据零件材料,修理的要求和修复工艺的特点，灵活采取可靠的修理方式，尤其是对较难修复的零件，可以采用多种方式相结合的措施,同时制定科学合理的修复规程.（3）在故障的排除过程中，由于船舶条件的限制，尽可能聚集集体的智慧，尤其是一些船舶经历很丰富的机工，虽然从理论上不如轮机长甚至轮机员，但实践经验是他们最宝贵的财富，所以说船机故障与诊断需要理论与实践的有机结合，二者相辅相成，缺一不可。【参考文献】（1）李斌.船舶柴油机[M].大连:大连海事大学出版社，2008.（2）魏海军、金国平.轮机维护与修理[M].大连：大连海事大学出版社，2008.（3）MANB&W6L60MC说明书