主机曲轴事故原因研究处理及事后管理要点Word文档格式.docx
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港口拖轮为满足其高机动，大功率输出等要求，一般在船舶中采用四冲程中速大功率柴油机作为其动力输出！
特别是随着民运远洋及近洋船舶的大型化，对港口拖轮提出了更高的技术及管理要求！
另一方面由于拖轮的工作性质，在停泊休整时，可能任何时间都可以接到调度调令，备车出港接送货轮，所以不能常规的对主机进行暖机试车冲车等操作！
工作环境的要求对主机的各个部件都提出了苛刻的要求，特别是动力传动装置，工作环境最为恶劣，也是最容易导致主机故障的环节！
所以，在日常的管理和养护中，主机曲轴及主轴承也就成为最重要的维修保养对象之一！
1主机曲轴故障
云港八号主机为大发柴油机生产的8DSM-26型柴油机，为典型的四冲程中速机，额定转速为750转每分钟！
采用机带燃油泵、滑油泵、淡水泵及海水泵，无轴带发电机。
在生产过程中，主机曲轴由于各种原因导致曲轴及主轴承烧损事故。
设备部技术人员联合轮机员对主机进行检查发现曲轴温度异常，连杆与曲轴已经抱死。
基本确定为曲轴事故，报公司后决定对云港八号停产检修。
2主机曲轴的工作原理及工作环境
2.1曲轴工作原理
主机曲轴主要是通过连杆把活塞的往复运动变成回转运动；
把各缸所做的功汇集起来向外输出和带动柴油机的附属设备，如机带滑油泵，机带海水泵，机带淡水泵等，其中喷油泵、进排气阀、启动空气分配器等均需正时要求，所以必须要由曲轴来驱动。
2.2曲轴工作环境
主机曲轴的工作条件是比较苛刻的，特别是对于以四冲程柴油机为主机的拖轮，这主要表现在以下几个方面：
1.预动不足。
在港口营运时，随时需要帮助大型船舶靠、离码头。
接到调令后，立即备车启动，以最快的时间赶赴现场。
这就对主机部件的预热，预润滑等提出要求，不能有效和及时的对主机部件，特别是曲轴进行预动处理。
另一方面，由于时间和工作特点限制，主机负荷不能逐渐缓慢升高，而是很快以高转速，高负荷运行，对主机曲轴来说，严重缩短了其使用寿命，对日常的维护保养也提出更加苛刻的要求！
图1曲轴曲柄
2.受力复杂。
曲轴在工作中承受各缸交变的气体力、往复惯性力和离心力，以及它们所产生的弯矩和扭矩。
这些力不仅随着曲柄的转角变化，还随着负荷变化。
曲轴在这些力的作用下要产生弯曲和扭转变形，并产生非常复杂的交变应力。
3.应力集中严重。
云港八号曲轴是由8个彼此间错开的曲柄以及功率输出端和自由端构成，每个曲柄又分成主轴颈、曲柄销、和曲柄臂三部分，曲轴的形状复杂，曲轴上还钻有润滑油孔。
这些因素都将使曲轴内部的应力分布极不均匀，以致在曲柄臂和轴颈的过渡圆角处及润滑油周围产生严重的应力集中现象。
其中以曲柄臂和曲柄销的过渡圆角处最为危险。
4.附加应力很大。
曲轴是一个弹性体，它在径向力、切向力和扭矩的作用下会产生扭转振动、横向振动和纵向振动。
当曲轴的自振频率较低时，在发动机工作转速范围内可能出现共振，从而使振幅大大增加，产生很大的附加应力。
这不仅容易造成曲轴的损伤和破坏，而且会恶化柴油机的工作性能。
如扭振将引起传动齿轮的噪声和疲劳，是柴油机定时不准从而因其工作过程恶化。
横向振动会因曲轴弯曲过大使轴颈和轴承磨损加剧甚至不能正常工作。
5.轴颈遭磨损。
特别是在润滑不良、机座或者船体变形、轴承间隙不合适、超负荷运转或经常起停发动机时，轴颈的磨损会明显加剧。
3主机曲轴故障原因分析
3.1主机曲轴的润滑
针对这次云港八号曲轴事故，综合设备部、船舶轮机管理人员所给出的材料，个人分析认为主机曲轴故障的主要原因是滑油供给不足引起的。
曲轴及其部件的有效润滑是保证其正常工作的最重要因素之一。
云港八号的滑油泵主要有两台齿轮泵，一台为机带滑油泵，一台为备用滑油泵。
两台齿轮泵均为外啮合齿轮泵，机带齿轮泵在主机正常运转时为其提供滑油保障润滑，备用滑油泵则是在主机启动前启动，建立启动前期的滑油压力，并为机带泵提供引油。
图2云港八号曲轴上钻有润滑油道，把输送至主轴承的滑油引入曲柄销轴承。
在运转时各接合面均应保证有效地润滑，滑油压力均应达到最低要求，特别是高速、高负荷承受的曲轴与连杆大端、轴瓦之间的润滑！
云港八号主机设置了滑油低压报警装置，以保证在滑油压力低于最低要求值时及时停止主机运转，确保主机安全。
图2润滑油道布置示意图
3.2滑油供给不足的原因
针对曲轴滑油供给不足，个人分析主要有以下原因。
滑油压力不足。
在对主机进行拆检的过程中，发现主机曲轴与其他部件的咬合处由于滑油不足已经发生过度磨损和裂纹。
在对左主机的相关部件进行对比观察时，同样发现右机的一些滑油接触面滑油量明显较少。
在事故发生后，对主机滑油日用柜的滑油量进行测量时，滑油量在正常值内。
在对主机的两台滑油泵进行验证时，发现机带的滑油压力并不能达到主机所要求的最低0.16MPa的要求。
对机带滑油泵进行拆检测量时发现，齿轮泵的端面间隙已经达到0.16mm，由于端面间隙过大而引起的泄漏，无法使齿轮泵的排出压力达到规定值。
备用滑油泵提前关闭。
由于云港八号采用的是机带滑油泵，在主机启动前无法实现预润滑，备用滑油泵要使滑油压力达到0.2Mpa以上时主机才可启动。
在主机启动后的一段时间里，观察滑油压力基本正常，机带滑油泵正常运转才可以关闭备用滑油泵。
如果过早关闭备用滑油泵，而引油还没有进入机带滑油泵时，同样会导致滑油无法供应，机带泵干转的情况发生。
特别是当机带泵端面间隙过大，自吸能力变差时，此种情况更为严重。
另一方面，在对滑油的管路进行通道实验时，发现管路流阻正常，排除了由于管路不通或阻塞导致滑油压力过低的情况。
人为因素是此次事故不可忽视的。
云港八号主机配有滑油压力报警装置，可以在滑油压力低于最低要求值时，第一时间切断主机燃油供应，并且发出报警信号，以避免主机在滑油供应不足时发生故障。
在当班轮机员对事故第一现场的观察得知，滑油低压报警装置并没有启动。
在事故发生后分析认为值班员因为想避免主机过快达到最大负荷，把主机启动手柄控制在启动位置，在这个位置可以有效地控制主机的燃油供给量，驾驶台无法在驾控实现油门控制。
同样启动位置不能压下低压报警装置的启动按钮。
图3主机运行调节装置示意图
1主机运转位2主机启动位3主机停车位4调节手柄5滑油低压报警装置
6滑油低压报警启动按钮
在云港八号出港作业的一个多小时内，值班人员也不能及时的发现机器的非正常运转，没有按照值班规则进行有效的机舱巡视、检查，最终造成了此次严重的事故。
故障不久前，船舶轮机部配合公司设备部对云港八号主机进行了曲轴的轴线校正工作，所以基本上排除了由于曲轴轴线不正给主机曲轴运转带来的故障。
另一方面，对左右主机滑油进行对比化验时，化验结果显示右机各项指标均正常，所以也排除了由于曲轴箱滑油过脏而导致的曲轴故障。
综上，基本确定原因为曲轴处所滑油供给不足。
4事故处理及后期管理要点
4.1事故处理
在事故发生后，公司设备部、船厂的技术人员对主机的受损程度进行了评估，认定为重大事故，且船上无法自修，只能进坞修理。
进坞后主要对曲轴的强度、弯曲度等进行了测量和计算，并对其主要接合面进行了磁力探伤。
在修复过程中曲轴被认定为已报废，论证后更换了新曲轴，并且采用了加厚瓦，并对机带滑油泵进行有效修复。
云港八号主机曲轴强度计算
根据中国船级社一九八九年《钢制海船入级与建造规范》第九章第二节9.2.3.1对锻钢、铸钢，合金钢材料的曲轴主轴颈及曲柄销最小直径d，按下式计算：
〔请见规范P3—86~P3—P5页〕
d=
式中：
D——汽缸直径260mm
S——活塞行程320mm
L——相邻两主轴承中心线距离390mm
Lp——曲轴销长度120mm
Pz——最高燃烧压力11MPa
Pi——平均指示压力1.46MPa
A——系数；
直列单作用柴油机0.50
C——系数；
四冲程八缸2.915
——材料最低抗拉强度<
材料：
55）660N／mm2
——曲轴应力集中指数4.27
——扭转应力集中系数1.50
所需其他数据：
过度圆角相对半径0.05曲壁相对厚度0.44曲壁相对宽度1.50曲柄销中心孔与外径之比0.05
代入公式得d=184.43mm
从如上计算可以得出，云港八号主机曲柄销磨损后，其强度任然满足规范最低要求。
若采取降低主机转速，减少主机输出功率，安全营运是有保障的。
但是由于采用加厚瓦，其导热性变差不容忽视。
提高滑油压力，增加滑油供给量，降低主机使用负荷，以确保曲柄销温度小于70℃。
曲柄销热处理层磨去，其表面硬度只在HB150~200之间，耐磨疲劳和耐磨性能下降。
应采取抛光工艺获得较小的摩擦系数，实现液体润滑；
降低主机负荷，防止冲击；
轴承合金相对轴颈较软比较有利。
曲轴换新后臂距差测量
<
1）、中国船级社标准，在《海上营运船舶检验规程》<
1984）中规定了曲轴臂距差测量点在<
S＋D）／2处<
S为活塞行程、毫M；
D为主轴直径、毫M）。
2）、中国修船标准：
《中华人民共和国船舶行业标准》GB3364-91对船舶柴油机曲轴臂距差作出规定，曲轴臂距差测量点在<
S＋D）／2处，曲轴在冷态时臂距差标准：
·
正常值不大于0.000125S，即1.25S/10000；
修理中飞轮端控制值不大于0.00015S，即1.5S/10000；
飞轮端如为弹性连轴节可适当放宽至不大于0.000175S，即1.75S/10000；
曲轴臂距差测量记录
测量位置
曲拐测量值
1
2
3
4
5
6
7
8
上止点
0.005
下止点
-0.01
-0.04
-0.03
-0.005
左平
-0.02
右平
表1曲轴臂距差测量记录
曲轴换新后臂距差显示曲轴弯曲程度满足标准所要求，可以投入正常的生产运营。
船厂根据公司要求一并对机带滑油泵进行了有效的修复，修复后的滑油泵输出压力可以达到主机滑油压力所需要的最低0.16Mpa的要求，并且在正常值范围之内。
根据主机曲轴及相关部件的损坏情况，对曲轴进行了磁粉探伤处理，发现第1、2、3、5、8各拐均存在严重的贯穿轴颈的开放性磁痕，其中最长的约80mm，最短者约6mm。
针对这种情况技术人员对曲柄销进行了磨削加工。
再次经过磁粉探伤，发现曲轴修复后各拐颈贯穿轴颈的开放性磁痕经打磨已消除，轴颈相对减小，并重新加工了曲轴瓦，瓦臂加厚。
为此，为此曲轴的强度和导热性都有所影响，营运时采取降低负荷使用，修复后，主机高负荷定在617r／min，这时输出功率为850ps，最高燃烧压力控制在8MPa左右。
至此，云港八号左主机修复完毕，进行厂内试车实验，各转速下的工况参数均在正常值能为之内，云港八号可以投入修复后试运营。
但在营运过程中，船舶轮机员应积极与设备部及厂商联系，以便在工作管理中更好的保障船舶及船员的安全。
4.2修复后营运管理要点
本次事故之后，结合主机修复和事故特点，应对本船后期管理提出更加具体和严格的要求，要特别对轮机管理人员在日常工作中的职责进行强化教育。
借鉴本次事故，重视船舶故障中人的因素。
针对事故主机，对其日后的管理和维护做出详细的管理要则。
首先，本船应保证滑油的质量，润滑油中不应含有残留的轴承合金颗粒！
积极配合公司设备部技术人员对事故主机进行定期检测，确保修复后的主机正常运营。
在航行过程中，要保持修复后主机在所要求的转速和负荷范围内运转，切勿超负荷对主机各部件造成二次损坏。
其次，在后期管理中，船舶驾驶员要及时与轮机值班员做好沟通，实时了解主机运转状态，对其做好养护监测工作。
船舶要定期开展值班和业务强化教育，对值班职责进行强化，提高船员业务水平与危机意识，切勿麻痹大意。
5结论
本文主要针对云港八号左主机曲轴事故，对其曲轴的工作原理及工作环境进行分析，并根据事故发生后的一些特点，得出事故是由于滑油压力过低造成的。
在对事故主机进行拆检后发现，机带滑油泵的排出压力不能达到要求值，而且由于值班人员的疏忽，事故主机的滑油低压报警并没有开启。
在进一步对主机滑油供给系统的研究中发现，机带滑油泵如果供入引油，是不至于在出港工作的一个多小时中发生严重的曲轴事故。
正是因为值班人员过早的关闭备用滑油泵，使运转初期的主机机带滑油泵不能即使充足的得到滑油，进而影响了主机滑油的供给，造成滑油不足引发事故。
一些轮机人员的责任心不强，搞经验主义，对工作麻痹大意，最终导致了事故的发生。
另外，从本次事故发生到彻底解决的过程中，我们也发现，目前船队的轮机管理人员技术水平还很有限，综合素质还有待进一步的提高。
特别是要加强对带班人员值班职责，和自身理论知识水平的提高。
公司有关部门应加强对船员这一方面的重视。
由于水平和时间有限，文中难免有错误和缺点，诚盼各位读者批评指正。
【参考文献】
孙培廷船舶柴油机大连：
大连海事大学出版社，2002
中国船级社《钢制海船入级与建造规范》北京人民交通出版社，2006
云港八号《DS-26型主机说明书》日本大发柴油机厂1981
备注：
部分参考内容因云港八号的工作特点有所改动
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