船舶主機連桿大端軸瓦燒熔事故原因分析及處理措施
2023-07-04分析“金榮”船主機連桿大端軸瓦燒熔事故原因 ，指出固定螺栓的斷裂、十字頭銷下瓦位移是造成事故的主要原因，提出處理預防措施。
一、事故經過
2005年1月31日，主機機型為6L35MC的“金榮”船從日本門司返航煙臺港，當航行至日本某港口時，輪機值班員發(fā)現(xiàn)主機滑油壓力下降且波動，滑油自動沖洗濾器沖洗頻繁，誤認為是大風浪船舶搖晃所致。
經檢查，發(fā)現(xiàn)主機No.5/6缸處有異常振動及聲音，立即進行減速處理，聽到主機No.6缸有明顯敲擊聲及干摩擦聲。
輪船拋錨后，立即對主機No.6缸檢查發(fā)現(xiàn)缸下部油底殼內有大量合金粉末出現(xiàn)，連桿大端瓦從軸承蓋兩側碾出，確認主機No.6缸連桿大端軸瓦燒熔。
通過對No.6缸進行吊缸檢修，拆檢清潔檢查，發(fā)現(xiàn)連桿小端船尾側止推塊及兩只固定螺栓斷裂，與鎖片一并掉落油底殼，連桿大端軸瓦大面積熔損。
曲柄銷表面粘著合金，連桿大端軸承座內表面因軸瓦滾動出現(xiàn)拉傷，輪機人員分別對大端上瓦蓋、曲柄銷表面進行了打磨處理，熔損粘貼在軸頸上的白合金用螺絲刀撬敲分離。
止推塊、固定螺栓、鎖緊片連桿大端瓦換新，軸承測溫，No.6缸比其他缸高4～5℃。
起錨試車磨合運行30min ，運行中No.6 缸逐漸出現(xiàn)輕微沉悶敲擊聲，停車檢查，發(fā)現(xiàn)連桿大端瓦再次化瓦。
第2次拆檢時發(fā)現(xiàn)，連桿大端瓦合金層脫落，定位舌變形，軸瓦報廢;No.6曲柄銷軸有合金附著，75%以上接觸面受損，圓度誤差達1mm。
二、事故原因
分析由于止推塊固定螺栓的斷裂，造成止推塊脫落，使十字頭銷下瓦相對連桿小端在運動中產生位移，流經十字頭銷通往連桿中心孔的油道受阻，進入大端軸瓦的滑油量減少到油膜無法建立時，軸與瓦之間成為干摩擦，產生軸瓦燒熔。
至于船員自修裝機后再次軸瓦燒熔，系修理后的曲柄銷的表面粗糙度達不到標準所致。下面就事故的原因具體分析。
1、十字頭銷下瓦位移
十字頭銷下瓦安裝在連桿小頭孔徑中的高出量h ，對瓦鋼背能否緊貼于連桿小頭孔徑影響，見圖1。
圖1 軸瓦兩端面的高出
D為連桿小頭孔徑，Р為軸瓦壓緊力， h為高出量，h為軸瓦貼緊壓入量， h為軸瓦壓縮時彈性變形量。
值得指出的是，諸如軸瓦上的凸緣、定位唇、定位釘孔等，僅是軸瓦安裝和固定的輔助裝置，在工作中不起固緊作用。
圖2 十字頭下瓦受力分析
在圖2中，d為軸瓦微小單元，P.為法向力，8為應力， u為摩擦系數(shù)，△p為壓力變化離散值。
由于微小單元呈圓弧形(彎曲)，又有座孔支持，故在力Р的作用下，產生法向力P；若鋼背與孔徑表面摩擦系數(shù)為u ，則Pu為鋼背與孔徑面的摩擦自鎖力。
摩擦自鎖力Pu的大小與P成正比。
P是連桿小頭孔徑在連桿螺栓副(連桿螺釘)鎖緊緊迫上、下片軸瓦產生的。
合理的高出量h則是Р得以保證的重要因素。
當然，摩擦自鎖力P.u的大小，除取決于h外，還與軸承螺栓副(螺釘)適當?shù)呐ぞo力、連桿小頭的剛度、工作載荷的大小、材質、幾何精度及工件表面粗糙度有關。
應該指出的是:
h過小，自鎖力減弱，瓦鋼背與小頭孔徑面不能緊密貼合，軸承在孔徑中出現(xiàn)“位移”是在所難免的。
而h過小是該機型的先天不足(實際后來的機型高出量h都有所增加)，是發(fā)生故障的主要原因。
但h過大，鎖緊后的軸瓦就出現(xiàn)“內拱”，即軸瓦兩端位附近處與連桿大頭孔徑不能緊貼，甚而產生微小隙縫。
柴油機工作時，在脈沖載荷和旋轉力作用下，連桿小頭孔徑和軸承都將發(fā)生彎曲彈性變形。
這樣，在軸瓦鋼背與孔徑面的貼合處就產生切向力P。
為使鋼背與孔徑面間不因P而發(fā)生周向滑移，必須使瓦背與孔徑間的摩擦力大于滑移切向力，即P.u > P。
否則，將出現(xiàn)前述的燒瓦甚至抱軸事故。
2、固定螺栓斷裂
從現(xiàn)場觀察的螺栓斷面判斷，固定螺栓的材質本身存在缺陷，材料硬、脆且長度不夠，斷面齊整無扭轉變形，其中1只已斷了很長時間，斷面已出現(xiàn)拋光跡象，只是斷后被止動片裹住不易及時發(fā)現(xiàn)。
因備件內部材質存在缺陷，船員在日常維護保養(yǎng)過程中很難發(fā)現(xiàn)，但根據(jù)現(xiàn)場調查的結果和整個故障發(fā)生發(fā)展的過程來看，主管人員和故障發(fā)生時的當班人員，負有不可推卸的責任。
根據(jù)?輪的維護保養(yǎng)計劃，主管輪機員平均每月都要對主機曲拐箱內部進行檢查，但經過現(xiàn)場調查，止推塊固定螺栓所處的位置比較隱蔽，并且有連鎖防松鎖緊裝置，主管輪機員在例行維護檢查中，都忽略了對該螺栓的檢查，因此，在1只固定螺栓已經斷裂的情況下，沒有及時發(fā)現(xiàn)，直到螺栓全部斷裂，連桿小端下瓦移位，部分堵塞油路(該機型連桿大端的潤滑是從十字頭到連桿大端) ，導致了連桿大端軸瓦燒熔事故。
三、處理、預防措施
針對出現(xiàn)的問題，提出采取了具體的處理措施。
1)對曲軸進行了修理，用專用設備將曲軸軸徑從360 mm加工到356.13 mm后 ，進行硬度測試、裂紋探傷、軸頸磨光、測量并出具報告，同時向配套廠訂購加厚軸瓦裝機。
2)連桿送廠加工處理，軸承座上端面車掉1 mm，重新鏜孔。
No.6缸十字頭、十字頭導板