8DK28 柴油机活塞碎裂原因分析

导读8DK28柴油机广泛用于船舶主机、辅机、负荷电站，单机功率为2500kW/750(r.min-¹)。但是在运行过程中，频繁出现活塞碎裂、裂纹现象，造成了严重的经济损失和名誉损失，我们就该型机活塞碎裂、缸套异常磨损故障的现象产生原因具体分析，并给出相应的对策。一、事故的现象描述首例事故出现在天津福盛9号9000t散货船上。2005年1月25日，当该船行驶到距厦门港3海里时，船员发现8DKM-28柴油机第8缸检查孔盖被击穿1个洞。轮机长下令停机检查，发现第8缸活塞碎裂、表面异常磨损;活塞销异常磨损;曲柄销轴承上有许多铁末;滑油滤器也有铁末存在。该船从交船到出现时仅仅运行了1700多个小时。在随后的3年时间里又先后有180件出现此类情况，造成直接经济损失近200万元。二、故障原因分析为了查明事故真相，避免此类故障的再次发生，本公司服务人员于2005年1月27日对该台柴油机所有活塞、连杆、缸套、主轴承、连杆轴承、活塞销都进行了全面检查，发现1~8缸活塞都有不同程度的裂纹。其中第8缸活塞在活塞销座全部碎裂;对曲柄销轴瓦拆卸检查，发现轴瓦上有金属末,滤器滤芯上也有大量金属末出现，活塞销、活塞环有积碳并且出现异常磨损。经分析，活塞出现裂纹、碎裂、活塞销异常磨损原因如下。1、滑油品质不良统计发现，凡是出现此类事故的船的滑油品质均未达到规定要求，铝、钒等杂质严重超标。铝、钒等杂质颗粒进入曲柄销衬套与活塞销之间的间隙中，在外力作用下，最终导致轴活塞销衬套、活塞销异常磨损。2、活塞结构不合理，制造质量不合格a.自8DKM-28柴油机交货运行以来，共有180多件活塞出现裂纹或碎裂现象，由断裂及出现裂纹情况观察，均出现在活塞销座弹性支撑部位。该部位理论壁厚较薄，只有3.5mm;铸造后毛坯壁厚不均匀，经解剖发现最薄处只有3mm左右，在侧推力作用下导致活塞出现裂纹或断裂。这是活塞碎裂的原因之一。b.按照图纸规定活塞应该是锥形的，可是经过上船测量发现，第7、第8缸活塞都是上下一般粗，是典型的直筒形活塞。3、燃油管系未包扎隔热层按照规定，燃用重油时，机外燃油管系应该包扎隔热层。可是经服务人员检查，该船从燃油供应单元到主机燃油进口大约35m的燃油管系竟然未包扎隔热层，造成重油进入柴油机时的温度降低(只有103℃，规定130℃)，粘度偏高，达到18ct(规定燃油进机粘度为13~14t)。这样柴油机工作时，燃油雾化不良，燃烧恶化，导致活塞、活塞环积碳，进而烧顶;造成活塞环漏气，使活塞与缸套之间的滑油分解，油膜不易形成，造成活塞与缸套干摩擦，继而使活塞、缸套异常磨损，在侧推力作用下最终使活塞发生裂纹和碎裂。这是活塞碎裂的主要原因。4、未配置预热单元未配置预热单元的后果会使柴油机在启动时（特别是在低温启动时)，造成滑油温度偏低，流动不畅,粘度过高,供油量相对减少，缸套内表面供油不足，缸套与活塞形成干摩擦，出现缸套、活塞异常磨损。随着磨损的加剧，在热应力和机械应力作用下，活塞开始出现裂纹，最终在壁厚最薄弱的活塞销座处发生碎裂。5、滑油、燃油管系对接前未冲洗根据规定船上的滑油、燃油管系与柴油机对接前必须冲洗。可是船厂为了节约成本，在对接前未对船上的滑油、燃油管系进行充分冲洗，在滑油、燃油的冲刷下，使管路内的焊渣、污物等逐渐剥离，而进入柴油机，导致缸套、活塞环异常磨损，最终导致活塞过热而碎裂。6、活塞环严重漏光，镀层不牢固若活塞环存在漏光、镀层脱落现象，造成密封不严，使高压燃气串入缸套与活塞之间，破坏润滑油膜，造成气缸套粘着磨损，导致缸套、活塞环异常磨损，最终导致活塞过热而碎裂。三、采取的措施a.督促船东根据柴油机说明书采购合格的润滑油，保证钠、钒含量在规定范围内。b.改进活塞结构，将活塞壁厚由3.5mm改为5.5mm，提高活塞强度，杜绝由于活塞强度不足而出现的断裂现象;改整体使活塞为分体式活塞，其活塞顶为高强度耐热钢，活塞裙为高强度球墨铸铁，可以避免活塞烧顶而断裂。c.督促船厂、船东对从燃油供应单元到柴油机燃油进口近35m长的燃油管系包扎25mm厚的隔热层，保证柴油机进口燃油温度保持在130℃，粘度保持在12~14cst，以解决燃油雾化不良，燃烧恶化问题，以免活塞碎裂事故的再次发生。d.督促船东解决置预热单元配置问题，以便使柴油机低温启动时，将滑油温度保持在50~60℃，以提高滑油相对供应量，解决活塞缸套的干摩擦问题，杜绝缸套拉缸、活塞碎裂。e.督促船东按照《DK28柴油机外设备冲洗规范》对船上滑油、燃油管系进行重新冲洗，杜绝焊渣、铁锈颗粒进人柴油机，以免再次造成缸套拉伤，活塞环异常磨损，活塞碎裂的事故。f.严格控制活塞环制造质量，对进厂的活塞环进行严格检查，保证每个活塞环不漏光、镀层不脱落，漏光、镀层脱落的活塞环不得进人装配线。四、结论a.督促船东根据柴油机说明书采购合格的润滑油，保证钠、钒含量在规定范围内。可以杜绝滑油中的钠、钒颗粒进入缸套与活塞之间，而造成活塞、缸套异常磨损。b.将活塞壁厚由3.5mm改为5.5mm，提高了活塞强度，避免由于强度不足而出现碎裂;改整体式球墨铸铁活塞为高强度耐热钢顶、球墨铸铁活塞裙分体式活塞，提高了活塞的耐热强度，避免了活塞由于积碳而烧顶，继而造成活塞碎裂现象的发生。c.督促船厂对燃油管系包扎25mm厚隔热层，燃油进口温度始终保持在（130±1)℃，粘度保持在（13±1)cst范围内，杜绝了燃油雾化不良，燃烧恶化现象的出现;使活塞顶部、第一、二道活塞环严重积碳,密封不良，使高温高压燃气进入气缸的现象得到根治，继而杜绝了缸套、活塞异常磨损，活塞碎裂。d.督促船东解决预热单元配置问题，解决了柴油机低温启动时，滑油温度过低，粘度高，流动不畅的问题，