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吊缸未解决的主机活塞环连续异常磨损

时间:2018/3/15 8:52:19 点击:

  内容提示:船舶出厂后主机连续出现活塞环异常磨损而断环的问题,活塞环的径向宽度在短时间里磨损严重,致使活塞环断环、串气、甚至扫气箱着火,而不得不吊缸更换活塞环,但40次吊缸,问题依旧,本文通过逐步分析排除原因,最后解决问题...

本文转自机务之家,由福州拓富海运陈伟翔老轨创作。希望对你有所帮助。


 船舶出厂后主机连续出现活塞环异常磨损而断环的问题,活塞环的径向宽度在短时间里磨损严重,致使活塞环断环、串气、甚至扫气箱着火,而不得不吊缸更换活塞环。

   问题主机是韩国STX生产的6S35MC主机,因该船是弃单船,船东接船后主机已过了保修期。船舶出厂后主机连续出现活塞环异常磨损而断环的问题,活塞环的径向宽度在短时间里磨损严重,致使活塞环断环、串气、甚至扫气箱着火,而不得不吊缸更换活塞环。船公司尝试了包括从不同渠道采购活塞环(怀疑质量问题)、气缸油注油量的大小调整等许多方法,但问题一点都没有改善。我受邀参与查找该主机的故障原因,是在新船投产两年半后的坞检进厂期间。此时主机已经历了40次吊缸,原机的6个活塞头和6个缸套已经全部磨损超过极限而报废换新。当时我把这台主机的情况发到了海机务之家、上海机务技术联合会、福州海机务联谊会等几个微信群上,引起了广泛的关注和讨论。现在一年多的时间过去了,该主机自修理出厂后运转了3645小时,最近吊了一个缸进行检查测量,可以确认该故障已经消除。现把针对该主机故障(活塞环和缸套异常磨损)的相关检查和处理过程整理出来,供给有兴趣的同行参考。该故障的处理得到孙正齐、王东、唐智几位专家的关心和帮助,在此代表船东向他们表示衷心的感谢!
  下面是该主机进厂拆检勘验时所拍的照片,此时主机距离上次吊缸运转了700小时左右,主机上次吊缸已经换新了缸套、活塞头和活塞环。那些活塞头顶部积存的白色状燃烧残余物,可以确认是气缸油燃烧后形成的。
吊缸未解决的主机活塞环连续异常磨损
吊缸未解决的主机活塞环连续异常磨损
吊缸未解决的主机活塞环连续异常磨损

当时我判断该主机活塞环和缸套的异常磨损的主要原因,是活塞头部的结碳造成的。这些结碳主要是气缸油经高温燃烧后形成的,气缸油中的碱性添加剂经过高温后,会形成很硬的磨料(石灰石),活塞头上混合着石灰石的结碳被PC环刮下后,在活塞环和缸套之间形成磨料,从而造成活塞环和缸套的异常快速磨损。但为什么在这么短的运转时间里,活塞头会产生这么严重的结碳?找出形成此结碳的根源并消除之,才能消除活塞环和缸套的异常磨问题。经过查找气缸油的消耗、主机各项工况参数等记录,询问轮机长过去一段时期有关气缸油方面的调整情况,以及检查了该主机的机械式气缸油注油系统后。我认为有两个原因造成了气缸油在活塞头上的严重结碳。一是目前的气缸油注油量太大;二是本台主机的气缸油注油定时存在问题。对于第二个原因,船东认为如果气缸油注油定时存在问题,那原机出厂时就是错误的。为了慎重起见船东请了专业修理方来处理。专业修理公司的服务工程师上船时我已经离开船厂,未能和他当面交流。该工程师也认为是活塞头部的结碳造成了缸套和活塞环的异常磨损。认为是气缸油的注油量太大,气缸油的注油定时没有问题。并为轮机长制定了气缸油的注油率。
    该船从广州船厂出厂后往东马装货,到达东马锚地时,老轨检查扫气口发现活塞头部已经有大量的结碳。此时气缸油的每天消耗量是110升/天,注油率1.32克/千瓦.小时,本次修理换新了2个缸套,还在磨合期间。此后船舶从东马到印尼装第二票货,根据专业修理公司工程师的指导,把气缸油的注油量再降低到95升/天,注油率1.14克/千瓦.小时。船舶到达印尼锚地后,轮机长拍照了下面的活塞头照片。从照片的情况判断,气缸油在活塞头形成结碳的情况依然存在。活塞头的结碳厚度已经达到与PC接触,活塞头上部的吊缸工艺环槽中已经堆满结碳,几张照片显示出结碳在活塞的上下运动中,结碳被PC环所刮的痕迹。
吊缸未解决的主机活塞环连续异常磨损
吊缸未解决的主机活塞环连续异常磨损

正常情况下,主机运转1万小时都没有这么多的结碳。现在运转不到10天,这个结碳的厚度已经到了必须吊缸保养,清除活塞头结碳的要求。船舶从印尼装完货后开往印度。根据专业修理公司的意见再适当调低气缸油注油量至90升/天,注油率1.08克/千瓦.小时。
    船东出于对问题还未解决的担忧,邀我负责远程指导帮助解决该问题。对配置机械式的气缸油注油器的主机,在磨合期间就把注油率从1.32克/千瓦.小时降到1.08克/千瓦.小时,这个注油率已经是偏低的了。如果在这种注油率下还是引起了活塞头的大量结碳和活塞环的异常磨损,那就不能认为是气缸油注油量太大造成的。老轨根据我的意见,在船舶出马六甲海峡后漂流测量主机第一道活塞环的径向磨损量。因角度原因只有NO.3缸的第一道活塞环的泄气槽对着扫气口,通过测量该活塞环泄气槽的深度和新活塞环比较,得出该道活塞环的磨损量为1.14mm。该机型活塞环的磨损极限为1.7mm,新活塞环装机仅运转260小时左右,径向的宽度就磨损了1.14mm,这是很不正常的。
吊缸未解决的主机活塞环连续异常磨损

 从前面的照片可以看到,注入气缸的气缸油,有一部分被喷到活塞顶部区域烧掉,这部分气缸油不会回流到活塞环处润滑。目前每天90升的消耗量还必须扣掉活塞顶烧掉的部分,余下的才是进入气缸润滑的油量,且扫气箱放出气缸油残油量不足10升/天,所以不应再降低气缸油的注油率。为了进一步比较确认,清理了部分扫气口处活塞头的结碳,主机仍然保持90升/天的气缸油注油量,船舶到达印度的港口锚地时,主机又运转了100小时左右,再次测量NO.3缸第一道活塞环的磨损量为1.22mm,清理过的活塞头再次出现结碳。至此可以确认,通过降低气缸油的注油量,是无法解决本主机的活塞头结碳,进而造成活塞环和缸套异常磨损的问题。
吊缸未解决的主机活塞环连续异常磨损
上图:主机说明书关于活塞环磨损的要求
为了排除注油器本身的问题,在印度港口清理了活塞头部的结碳,然后换用了一台随机备用的气缸油新注油器,气缸油注油率保持在1.08克/千瓦.小时。使用新注油器运转125小时后检查扫气口,活塞头部的结碳情况仍然没有改善。如下面照片所示:
吊缸未解决的主机活塞环连续异常磨损

使用新注油器运转255小时后检查扫气口,活塞头部的结碳厚度已经达到与PC接触,显示结碳被PC环所刮的痕迹。再次测量NO.3缸第一道活塞环的磨损量为1.30mm。如下面照片所示:换用新的注油器后,活塞头结碳和活塞环异常磨损
吊缸未解决的主机活塞环连续异常磨损

的情况依旧存在,注油器的原因也可以排除。
    气缸油在活塞头形成结碳的条件:一是要有多余的气缸油,二是要有足够高的温度。降低注油量后,形成结碳的速度会减慢,对活塞环和缸套造成的磨损没有修理以前那么严重。但从上面这些跟踪测量、检查的情况看,显然活塞头异常结碳并造成活塞环和缸套异常磨损的原因没有解决。前面提到的气缸油注油定时的原因是存在的。该主机配置的是韩国生产的机械式气缸油注油器,安装于每个缸套上有4个注油阀,每个注油阀有2个喷孔,呈140°的水平夹角向两边喷出,其注油形式是把气缸油喷在缸套表面。这种注油阀和电子气缸油注油器配套时,因气缸油的注油压力恒定在3.5MPa以上,能达到良好的效果。和机械式注油器配套时,因气缸油的注油压力低等原因,就我了解的情况,不少船舶存在问题。该主机的说明书对气缸油注油定时的规定是:活塞越过下死点后上行90-112°注油结束。这是一个很笼统的要求,范围很大。实际检测该主机配置的机械式气缸油注油器,注油开始到结束约为10°的曲柄转角。原注油器的注油结束时间为活塞越过下死点后上行96°,在说明书要求的90-112°范围内。注油器的输入轴和主机的传动轴为花键连接,改变输入轴和传动轴的连接花键一个齿,改变注油定时20°的曲柄转角。指导轮机长向后调整注油器输入轴连接花键一个齿,即推迟了气缸油注油定时20°曲柄转角,气缸油注油率仍然保持在1.08克/千瓦.小时。并在每个航次船舶到达锚地后检查活塞头的结碳情况,以及测量各缸的第一道活塞环的磨损量和以前的数值相比较。在随后的各次检查中,活塞头还是有少量的结碳,但第一道活塞环没有检测到明显的磨损。最近拆检了主机的NO.6缸,此时主机自船厂修理出厂已经运转了3645小时,自调整气缸油注油定时后已经运转了3038小时。下面是NO.6缸的测量数据:
吊缸未解决的主机活塞环连续异常磨损

 调整主机气缸油注油定时前测得的NO.6缸第一道活塞环的磨损量为1.27mm,现在的磨损量是1.46mm,主机调整注油定时后运转3038小时第一道活塞环的磨损量0.19mm,这个磨损量在正常的范围内。NO.6缸的缸套是本次在船厂修理时换新的,运转3645小时最大磨损量0.32mm,这个磨损量偏大,应该是前期和活塞环一起异常磨损造成的。现在基本确认已经解决了该主机活塞环和缸套异常快速磨损问题。虽然这是个极端的个案,但活塞头结碳对活塞环和缸套造成的磨损,在许多机器上都有不同程度的存在,轮机员在日常的扫气口检查时,应重视活塞头的结碳情况。

作者:陈老轨 来源:机务之家

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