船用柴油机连杆变形故障处理

一、故障概述及现场勘验情况1、故障概述某船航行试验期间，6#柴油发电机组（下称6#机组）已正常运行19小时，起动4#、5#机组并联运行后关停6#机组（轮换运行），4#、5#机组并联运行约22小时后，再次起动6#机组，经两次起动均出现“起动失败”故障。第一次起动失败，从起动开始到停止历时71秒（以燃油压力变化作为判定标准），起动期间柴油机转速达到200r/min。第二次起动失败，从起动开始到停止历时61秒，起动期间柴油机转速达到77r/min。为了查找“起动失败”的原因，现场决定拆检检查。2、现场勘验情况（1）柴油机拆检情况经对该机组进行检查，发现装配于该机组的TBD620V16柴油机（编号3A8C00323）B6缸气缸盖与机体连接处漏水，此时膨胀水箱液位正常，机油液位正常，手动盘车时发现有死点。拆下B列进气总管端盖，发现有大量水流出（见图1）。图1B列进气总管内有大量水流出进气总管B列第5、6缸位置内壁上有水珠（见图2）。图2进气总管B5、B6缸位置内壁上有水珠其余气缸对应进气总管位置未见异常。拆下A列进气总管端盖未见异常。拆下观察孔盖板后可见B6缸连杆变形（见图3）。图3B6缸连杆弯曲变形拆下气缸盖，发现B列气缸内有水迹，其中B2、B5、B6、B7缸较明显（见图4和图5）。图4B5缸水迹图5B6缸水迹在柴油机盘车时，进气总管内有水流出。B列的中冷器出气口有锈迹（见图6）；图6B列中冷器出气口锈迹B列各气缸盖、气缸盖进气口及进气道均有锈迹。B5、B6缸缸套下部有破损，其中B6缸缸套裂纹延伸至水腔密封面处。B2缸活塞上表面稍有锈迹，B5、B6缸活塞裙部有拉痕。图7B5缸连杆弯曲图8B6缸连弯曲B5、B6缸连杆杆身发生弯曲（见图7和图8），B6缸连杆瓦侧面有压迹（见图9），其它各缸连杆未见异常。A6缸气缸盖及缸内情况正常。图9B6缸连杆瓦有压痕（2）外围管路检查经检查，每台机A、B列的中冷器各有一个冷凝水放水孔，放水孔在柴油机出厂时接有透明的塑料管，用于水汽收集、排放。后机舱的4#、5#、6#机组及停泊机组的水汽收集管并连到一根钢制总管后通向污水井（见图10）；其余管路未见异常。图10柴油机中冷器水汽收集示意图二、故障排查根据现场勘验及拆检情况判断，6#机组柴油机B列气缸燃烧室有进水，B5、B6缸水量较明显。对TBD620系列柴油机进行结构分析后认为，引起进气总管及气缸内进水可能的因素有气缸盖漏水、中冷器漏水、缸套漏水、外部水异常进入。为查明水迹来源，对可能引起进水的因素进行逐一排查。首先对水迹明显的B5、B6缸气缸盖进行水压密封试验，并对A、B列中冷器进行气压密封试验。1、水压密封试验对B5、B6缸气缸盖进行水压密封试验，试验压力0.65Mpa，试验时间15分钟，未见泄漏现象，可以排除气缸盖漏水的因素（见图11）。图11气缸盖密封试验2、气压密封试验对A、B列中冷器进行气压密封试验，试验压力0.3Mpa，试验时间15分钟，未见泄漏现象，可以排除中冷器漏水的因素（见图12）。图12中冷器密封试验3、缸套外观检查通过拆检发现，B5、B6缸缸套下部有裂纹，裂纹位置与连杆弯曲方向相吻合，应为连杆弯曲、变形后在运动过程中碰撞所致，发生于故障后期，可以排除缸套漏水的因素。三、故障分析及定位1、故障原因分析通过以上试验及现场拆检，排除掉缸盖、中冷器和缸套漏水的可能性后，再检查后机舱电站各台机的A、B列进气道冷凝水收集管，各台机的凝水是通过一根总管汇集排入污水井。故障发生之前6#机处于停机状态，4#、5#机并联运行，已连续运行约22小时。4#、5#机并联运行过程中产生的水汽有可能在压缩空气压力作用下沿冷凝水收集总管进入6#机组进气道，并在其内部冷凝积存，实际拆检时在进气道内也发现凝水。当6#机组处于停机状态时，B5、B6缸进气门可能处于打开状态（由发火顺序决定），积存的凝水会从进气门进入气缸内部。当6#机组起动时，B5、B6缸进气门打开，冷凝水随压缩空气流入气缸。在柴油机起动过程中，活塞向上运动做压缩冲程时，缸内存水随活塞上升，在气缸壁、气缸盖与活塞顶部构成的燃烧室内与压缩空气相互作用，形成较大压力，直接作用于活塞顶部，阻碍活塞上行，并通过连杆向曲轴传递，因活塞头部由铝合金铸造，硬度较高，受力面积较大，曲轴则更为坚固，所以较为细长的连杆杆身在较大压力下发生弯曲变形，造成本次故障。2、故障复现经过上述故障排查及原因分析，6#机组气缸内进水，可初步判断为外部水异常进入柴油机气缸所致。为了进一步确定故障原因，现场按照故障前冷凝水收集管路布置情况及机组运行工况(4#、5#机组并联运行)进行了模拟试验。4#、5#机组并联，运行10分钟，空冷器下端排气道内壁有冷凝水凝结。拆开6#机组B列冷凝水收集管路，在4#、5#机组运行时的压力作用下（测得压力约为0.009Mpa），冷凝水收集管路有水汽冒出（见图13）。图13冷凝水收集管路有水汽冒出3、故障定位结合实船A、B列进气道冷凝水收集管的布置及安装情况分析，A列收集管距离总管较远，且管路有弯折，造成管路阻力较大，故A列进气道水汽进入量相对较少，凝水积存现象相对较轻，故A列各缸未出现类似故障。综上分析，造成6#机组B5、B6缸连杆弯曲的原因为4#、5#机组长期并联运行使其排出的水汽进入6#机组进气道，冷凝后积存，凝水随压缩空气进入气缸，起动过程中存在液压冲击，导致连杆变形。因该故障的出现与进入气缸内水量的多少有直接关系，故存在一定的偶然性。四、解决方案1、修改凝水收集管路将各台机A、B列冷凝水收集管路汇总后独立排放至污水井，避免机组间互相影响。冷凝水收集管与冷凝水排放软管连接处增加漏斗收集装置，并与大气接通，避免管路堵塞等原因造成冷凝水排放不畅、倒流现象。加大冷凝水收集管管径，安装时尽可能平直，减少弯曲，确保冷凝水排放畅通。2、装复及试验现场已按工艺要求对故障件进行修复或更换，并对柴油机修复后进