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吊缸未解決的主機活塞環連續異常磨損

時間:2018/3/15 8:52:19 點擊:

  內容提示:船舶出廠后主機連續出現活塞環異常磨損而斷環的問題,活塞環的徑向寬度在短時間里磨損嚴重,致使活塞環斷環、串氣、甚至掃氣箱著火,而不得不吊缸更換活塞環,但40次吊缸,問題依舊,本文通過逐步分析排除原因,最后解決問題...

本文轉自機務之家,由福州拓富海運陳偉翔老軌創作。希望對你有所幫助。


 船舶出廠后主機連續出現活塞環異常磨損而斷環的問題,活塞環的徑向寬度在短時間里磨損嚴重,致使活塞環斷環、串氣、甚至掃氣箱著火,而不得不吊缸更換活塞環。

   問題主機是韓國STX生產的6S35MC主機,因該船是棄單船,船東接船后主機已過了保修期。船舶出廠后主機連續出現活塞環異常磨損而斷環的問題,活塞環的徑向寬度在短時間里磨損嚴重,致使活塞環斷環、串氣、甚至掃氣箱著火,而不得不吊缸更換活塞環。船公司嘗試了包括從不同渠道采購活塞環(懷疑質量問題)、氣缸油注油量的大小調整等許多方法,但問題一點都沒有改善。我受邀參與查找該主機的故障原因,是在新船投產兩年半后的塢檢進廠期間。此時主機已經歷了40次吊缸,原機的6個活塞頭和6個缸套已經全部磨損超過極限而報廢換新。當時我把這臺主機的情況發到了海機務之家、上海機務技術聯合會、福州海機務聯誼會等幾個微信群上,引起了廣泛的關注和討論。現在一年多的時間過去了,該主機自修理出廠后運轉了3645小時,最近吊了一個缸進行檢查測量,可以確認該故障已經消除。現把針對該主機故障(活塞環和缸套異常磨損)的相關檢查和處理過程整理出來,供給有興趣的同行參考。該故障的處理得到孫正齊、王東、唐智幾位專家的關心和幫助,在此代表船東向他們表示衷心的感謝!
  下面是該主機進廠拆檢勘驗時所拍的照片,此時主機距離上次吊缸運轉了700小時左右,主機上次吊缸已經換新了缸套、活塞頭和活塞環。那些活塞頭頂部積存的白色狀燃燒殘余物,可以確認是氣缸油燃燒后形成的。
吊缸未解決的主機活塞環連續異常磨損
吊缸未解決的主機活塞環連續異常磨損
吊缸未解決的主機活塞環連續異常磨損

當時我判斷該主機活塞環和缸套的異常磨損的主要原因,是活塞頭部的結碳造成的。這些結碳主要是氣缸油經高溫燃燒后形成的,氣缸油中的堿性添加劑經過高溫后,會形成很硬的磨料(石灰石),活塞頭上混合著石灰石的結碳被PC環刮下后,在活塞環和缸套之間形成磨料,從而造成活塞環和缸套的異常快速磨損。但為什么在這么短的運轉時間里,活塞頭會產生這么嚴重的結碳?找出形成此結碳的根源并消除之,才能消除活塞環和缸套的異常磨問題。經過查找氣缸油的消耗、主機各項工況參數等記錄,詢問輪機長過去一段時期有關氣缸油方面的調整情況,以及檢查了該主機的機械式氣缸油注油系統后。我認為有兩個原因造成了氣缸油在活塞頭上的嚴重結碳。一是目前的氣缸油注油量太大;二是本臺主機的氣缸油注油定時存在問題。對于第二個原因,船東認為如果氣缸油注油定時存在問題,那原機出廠時就是錯誤的。為了慎重起見船東請了專業修理方來處理。專業修理公司的服務工程師上船時我已經離開船廠,未能和他當面交流。該工程師也認為是活塞頭部的結碳造成了缸套和活塞環的異常磨損。認為是氣缸油的注油量太大,氣缸油的注油定時沒有問題。并為輪機長制定了氣缸油的注油率。
    該船從廣州船廠出廠后往東馬裝貨,到達東馬錨地時,老軌檢查掃氣口發現活塞頭部已經有大量的結碳。此時氣缸油的每天消耗量是110升/天,注油率1.32克/千瓦.小時,本次修理換新了2個缸套,還在磨合期間。此后船舶從東馬到印尼裝第二票貨,根據專業修理公司工程師的指導,把氣缸油的注油量再降低到95升/天,注油率1.14克/千瓦.小時。船舶到達印尼錨地后,輪機長拍照了下面的活塞頭照片。從照片的情況判斷,氣缸油在活塞頭形成結碳的情況依然存在。活塞頭的結碳厚度已經達到與PC接觸,活塞頭上部的吊缸工藝環槽中已經堆滿結碳,幾張照片顯示出結碳在活塞的上下運動中,結碳被PC環所刮的痕跡。
吊缸未解決的主機活塞環連續異常磨損
吊缸未解決的主機活塞環連續異常磨損

正常情況下,主機運轉1萬小時都沒有這么多的結碳。現在運轉不到10天,這個結碳的厚度已經到了必須吊缸保養,清除活塞頭結碳的要求。船舶從印尼裝完貨后開往印度。根據專業修理公司的意見再適當調低氣缸油注油量至90升/天,注油率1.08克/千瓦.小時。
    船東出于對問題還未解決的擔憂,邀我負責遠程指導幫助解決該問題。對配置機械式的氣缸油注油器的主機,在磨合期間就把注油率從1.32克/千瓦.小時降到1.08克/千瓦.小時,這個注油率已經是偏低的了。如果在這種注油率下還是引起了活塞頭的大量結碳和活塞環的異常磨損,那就不能認為是氣缸油注油量太大造成的。老軌根據我的意見,在船舶出馬六甲海峽后漂流測量主機第一道活塞環的徑向磨損量。因角度原因只有NO.3缸的第一道活塞環的泄氣槽對著掃氣口,通過測量該活塞環泄氣槽的深度和新活塞環比較,得出該道活塞環的磨損量為1.14mm。該機型活塞環的磨損極限為1.7mm,新活塞環裝機僅運轉260小時左右,徑向的寬度就磨損了1.14mm,這是很不正常的。
吊缸未解決的主機活塞環連續異常磨損

 從前面的照片可以看到,注入氣缸的氣缸油,有一部分被噴到活塞頂部區域燒掉,這部分氣缸油不會回流到活塞環處潤滑。目前每天90升的消耗量還必須扣掉活塞頂燒掉的部分,余下的才是進入氣缸潤滑的油量,且掃氣箱放出氣缸油殘油量不足10升/天,所以不應再降低氣缸油的注油率。為了進一步比較確認,清理了部分掃氣口處活塞頭的結碳,主機仍然保持90升/天的氣缸油注油量,船舶到達印度的港口錨地時,主機又運轉了100小時左右,再次測量NO.3缸第一道活塞環的磨損量為1.22mm,清理過的活塞頭再次出現結碳。至此可以確認,通過降低氣缸油的注油量,是無法解決本主機的活塞頭結碳,進而造成活塞環和缸套異常磨損的問題。
吊缸未解決的主機活塞環連續異常磨損
上圖:主機說明書關于活塞環磨損的要求
為了排除注油器本身的問題,在印度港口清理了活塞頭部的結碳,然后換用了一臺隨機備用的氣缸油新注油器,氣缸油注油率保持在1.08克/千瓦.小時。使用新注油器運轉125小時后檢查掃氣口,活塞頭部的結碳情況仍然沒有改善。如下面照片所示:
吊缸未解決的主機活塞環連續異常磨損

使用新注油器運轉255小時后檢查掃氣口,活塞頭部的結碳厚度已經達到與PC接觸,顯示結碳被PC環所刮的痕跡。再次測量NO.3缸第一道活塞環的磨損量為1.30mm。如下面照片所示:換用新的注油器后,活塞頭結碳和活塞環異常磨損
吊缸未解決的主機活塞環連續異常磨損

的情況依舊存在,注油器的原因也可以排除。
    氣缸油在活塞頭形成結碳的條件:一是要有多余的氣缸油,二是要有足夠高的溫度。降低注油量后,形成結碳的速度會減慢,對活塞環和缸套造成的磨損沒有修理以前那么嚴重。但從上面這些跟蹤測量、檢查的情況看,顯然活塞頭異常結碳并造成活塞環和缸套異常磨損的原因沒有解決。前面提到的氣缸油注油定時的原因是存在的。該主機配置的是韓國生產的機械式氣缸油注油器,安裝于每個缸套上有4個注油閥,每個注油閥有2個噴孔,呈140°的水平夾角向兩邊噴出,其注油形式是把氣缸油噴在缸套表面。這種注油閥和電子氣缸油注油器配套時,因氣缸油的注油壓力恒定在3.5MPa以上,能達到良好的效果。和機械式注油器配套時,因氣缸油的注油壓力低等原因,就我了解的情況,不少船舶存在問題。該主機的說明書對氣缸油注油定時的規定是:活塞越過下死點后上行90-112°注油結束。這是一個很籠統的要求,范圍很大。實際檢測該主機配置的機械式氣缸油注油器,注油開始到結束約為10°的曲柄轉角。原注油器的注油結束時間為活塞越過下死點后上行96°,在說明書要求的90-112°范圍內。注油器的輸入軸和主機的傳動軸為花鍵連接,改變輸入軸和傳動軸的連接花鍵一個齒,改變注油定時20°的曲柄轉角。指導輪機長向后調整注油器輸入軸連接花鍵一個齒,即推遲了氣缸油注油定時20°曲柄轉角,氣缸油注油率仍然保持在1.08克/千瓦.小時。并在每個航次船舶到達錨地后檢查活塞頭的結碳情況,以及測量各缸的第一道活塞環的磨損量和以前的數值相比較。在隨后的各次檢查中,活塞頭還是有少量的結碳,但第一道活塞環沒有檢測到明顯的磨損。最近拆檢了主機的NO.6缸,此時主機自船廠修理出廠已經運轉了3645小時,自調整氣缸油注油定時后已經運轉了3038小時。下面是NO.6缸的測量數據:
吊缸未解決的主機活塞環連續異常磨損

 調整主機氣缸油注油定時前測得的NO.6缸第一道活塞環的磨損量為1.27mm,現在的磨損量是1.46mm,主機調整注油定時后運轉3038小時第一道活塞環的磨損量0.19mm,這個磨損量在正常的范圍內。NO.6缸的缸套是本次在船廠修理時換新的,運轉3645小時最大磨損量0.32mm,這個磨損量偏大,應該是前期和活塞環一起異常磨損造成的。現在基本確認已經解決了該主機活塞環和缸套異常快速磨損問題。雖然這是個極端的個案,但活塞頭結碳對活塞環和缸套造成的磨損,在許多機器上都有不同程度的存在,輪機員在日常的掃氣口檢查時,應重視活塞頭的結碳情況。

作者:陳老軌 來源:機務之家

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