“万顷沙”轮瓦锡兰主机故障分析与处理方案

赖坤林，陈容钦

（中交广州航道局有限公司）

导读：文章就耙吸式挖泥工程船“万顷沙”轮 2019年5月主机大修过程中发现一些零部件异常关键性问题的处理做具体论述。

多用途耙吸式挖泥工程船“万顷沙”轮

“万顷沙”轮主机机型为瓦锡兰（苏尔寿）ZAL40S，装机于2004年7月19日，至2019年初已运转总时间达到10万小时以上，运行时间已15年，由于工作疲劳、磨损、应力变形和早期设计缺陷等各种方面原因，相继出现了一些影响柴油机正常运转的异常现象，和有些甚至可能引起机损风险的技术问题。给该轮的运行管理带来了困难和挑战。

“万顷沙”轮作业现场

为消除隐患，保证主机的正常运行和公司船舶生产效益的Z大化，通过查阅大量的相关资料，以及和厂家资深技术人员的探讨，针对不同的问题，做出相应的研究分析，提出各种处理措施，综合考虑各种因素，在尽量节省成本的基础上，选择出有利于解决问题的Z终方案。 

一　问题分析和处理方案及结论

1.主机连杆大端孔尺寸超差问题

（1） 主机连杆大端孔尺寸超差分析

“万顷沙”轮主机总运转时间在2004年至 2019 年有10万多小时，主机连杆大端在 2010年因大端孔尺寸超差问题已换新，换新后至2019年已运转约5万多小时，2019 年5月主机修理时发现全部连杆大端直径椭圆度（0.14-0.19）基本超标，按照厂家工程师的建议要更换全部连杆大端，该连杆大端备件费用昂贵，两台主机更换全部连杆大端需花费备件费将近170多万元。

本次修理综合考虑公司及厂家备件库存不足，订货时间较长，在保证机械可安全运行的前提下，为节省公司船舶使用成本，需要研究是否可以进行修复处理。 

“万顷沙”轮瓦锡兰主机机型（ZAL40S））由于设计上存在连杆大端孔左右方向的尺寸偏小，材料结构强度偏弱的问题; 

对比公司浚海系列船舶主机（浚海系列 RR B32/40 机型）的连杆大端可以看出横向搭口部位的宽度明显差别（厚度偏小）。

这种设计弱点，造成在实际使用中，在长时间的交变应力作用下，连杆大端横向部位出现向外周方向的形变，而上下方向则对应出现向内圆方向的形变，实际测量结果也反映出此现象（左右尺寸变大，上下尺寸变小）。

通过对其他相同机型船舶的了解，该问题为普遍性问题，而且由于连杆大端孔变形超 差的问题，造成过多起轴瓦抱轴烧损，引起曲轴损坏或报废的案例。

按厂家推荐的技术标准，连杆大端孔的直径范围（364.96-365.06），椭圆度超差极限 0.08，而控制连杆大端孔的直径尺寸Z终目的主要是为了控制大端轴瓦的间隙（轴瓦间 隙的要求是：上下方向 0.22-0.35），间隙过小容易引起散热不良，轴颈发热直径变大而引起轴瓦抱轴烧损，间隙过大则引起滑油外泄量过大，油膜承载能力下降，同样可能引起轴瓦烧损。

厂家给出的极限标准较严，在实际使用中极易超差（一般两个大修周期就会出现超差情况），如按该标准执行则会增加大量备件费用负担。

由于该标准没有综合考虑大端轴颈的磨 损，直径变小的情况，而大端轴颈直径变小，对应的是轴瓦间隙增大，如果将轴瓦间隙标准作为Z后评判标准，则随着轴颈直径变小，大端孔的Z小直径也可相应减小。

实际测量的轴颈直径大多在349.95-349.96 之间，比Z大值350.00小0.04至0.05，所以连杆大端孔直径Z小值可以由364.96相应缩小到364.92，这样在评判大端孔上下方向尺寸时就减少了超差的情况。

由于左右方向尺寸变大，容易造成椭圆度超差，在对比了其他功率范围相近的机型的椭圆度极限数据（大多数为0.10），结合连杆大端横向的载荷负担相对较轻，和了解了其 他船舶的实际使用经验的基础上，将椭圆度超差极限适当放宽至0.10。 

在以上考量后，大部分连杆大端还是存在直径或椭圆度的数值超差的情况，需考虑换新或修复。

考虑到备件费用昂贵，为降低修理费用，对修理方案做了认真探讨。

（2）主机连杆大端孔尺寸超差提出处理方案如下：

按厂家要求，只能返国外原厂家修复，存在出入关难题和费用过高的问题。

参照其他?型的连杆大端在国内修复的经验和部分相同机型发电用柴油机的修复经验，可以将大端上下结合平面磨低0.15-0.20，再上镗床精镗大端孔，这样可以恢复上下尺寸至标准尺寸，而左右尺寸也能缩小0.03 至 0.06，从而使上下直径和椭圆度都在合格范围内。

这种修复方法无法完全恢复左右方向的尺寸，能达使规范内。

目前已经通过实际使用验证。

另外的修理方案是内表面通过电刷镀（或镀铁）恢复尺寸，再精镗大端孔，这种方法可以全尺寸恢复，但存在镀层脱落的风险，加上在此机型上还没有应用案例，综合考虑Z后选择了直接镗孔的方案。

按种方案修理后尺寸如表 1（以左机1至6缸为例）。 

（3）主机连杆大端孔尺寸超差处理结论

“万顷沙”轮两台主机连杆大端轴承孔修理后尺寸和椭圆度恢复到合格范围内，可以继续使用至少一到两个大修周期，具体需依据下次大修实际测量的尺寸变化做决定。

避免了直接更换的大笔备件费用（新件费用与修理费用比约为10：1），为公司节约大笔修船费用，同时节约修船时间，本次修理后至本年已正常运行了10个月时间，至今未发现异常。 

2.主轴承温度探头引起的异常磨损

(1)“万顷沙”轮主机主轴承温度探头引起的异常磨损分析

左机的第 2、7、8 号和右机的 2、4、7、8 号主轴承轴瓦发现了中间部位异常磨损情况，检查瓦背和轴承盖中间部位有相应的异常咬合磨损痕迹（见图 1 和图 2）。

图 1 轴瓦中间部位有异常磨损

图 2 轴瓦瓦背有咬合 磨损痕迹 

跟踪了两台主机的上两次大修记录，也有同样的发现，但厂家没有做出具体的处理建议。 

①原因分析

经进一步检查发现引起此缺陷的原因是主轴承温度探头，由于温度探头直接接触瓦背并且一直有弹簧弹力作用，造成瓦背受到上下波动的应力作用产生微小振动而造成瓦背和轴承盖的咬合磨损。

此问题为设计问题，后期产品厂家已经做了改进，探头不再直接接触瓦背。

②问题评价

经过塞尺测量轴承盖磨损部位的深度约 0.05-0.08mm。

磨损部位的宽度约占轴承盖总宽度的一半。

该磨损痕迹无法有效消除。

这会造成轴瓦安装后中间部位悬空，在运转过程的轴瓦表面不平，承载能力下降，中间部位异常磨损，甚至引起烧瓦等重大问题。

由于主轴承下盖是与上盖装配好后同时加工出来的，无法单独加工处理下盖，如果要修理需要将曲轴移开，磨低下盖与上盖的接触平面，再安装到机架上，用专用设备进行现场镗孔。

此方案需要耗费极高的修理费用和修理时间。 

（2）“万顷沙”轮主机主轴承温度探头引起的异常磨损采取的措施

将所有主轴承探头的螺丝部位增加3mm厚的铜垫片，以减轻探头对轴瓦的弹簧作用力，改善轴瓦咬合磨损情况。

（3）“万顷沙”轮主机主轴承温度探头引起的异常磨损采取措施后的结论 

①由于原厂家设计缺陷无法完全消除轴承下盖的磨损凹痕，新轴瓦安装后中间部位悬空会继续出现异常磨损，只有通过上述措施改善，尽可能降低潜在的风险。

②主机运行过程中需加强对主轴承温度的监控，若当主轴承温度发生异常时需要及时停机拆检轴瓦，修理后至今运转一切正常。

二　此次大修总结

“万顷沙”轮瓦锡兰主机此次修理过程，通过对发现的几个关键问题的分析、处理、质量把关，基本达到了既解决问题隐患，又能节省修理时间和减少备件费用的目的，保证了后续船舶的使用安全，提高了船舶的高效率运转，为公司节约了大笔修船费用，为公司创造了更大的单船利润。 

三　结束语

本次修理后至今已正常运行了10个月时间，至今未发现异常。

本次修理通过对发现问题的彻底排查，为今后主机的管理、使用操作提供了有效和清晰的指引，同时也积累了丰富的修理经验，为今后的船机保养做好更优质的服务。

来源：《科技创新与应用》2020年第12期