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造成梅州柴油发电机组烧瓦和轴瓦失效现象的原因
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【摘要】梅州柴油发电机在使用过程中,随着使用时间的增长,其主要技术性能指标…梅州柴油发电机在使用过程中,随着使用时间的增长,其主要技术性能指标会与初始标准值产生偏离而逐渐下降.应用中,我们要掌握备用梅州柴油发电机曲柄连杆机构常见故障与维修排除方法.
梅州柴油发电机组是社会生产生活的重要动力源,在船舶、核电、化工、交通等多领域广泛使用。柴油机结构复杂、激励源多,长期受不平衡惯性力、爆燃冲击力作用,其运动件、易损件故障频发。当前柴油断齿故障、曲柄连杆机构故障研究成果很多但研究方法较为传统,缺乏对其它关联零部件原因导致的故障进行精确分析的方法,因此常出现故障不能一次性彻底解决的问题。柴油机故障轻则停机维修造成企业和社会巨大经济损失,重则引起机组失控危及人身安全影响企业声誉。因此提高柴油机故障分析诊治水平,发展柴油机故障在线监测诊断技术实现故障预警,降低恶性故障发生概率减小故障损失极具社会和经济价值。本文针对柴油机实际运行中齿轮系与曲柄连杆机构故障频发,严重危害机组稳定安全运行的问题,考虑到实际故障数据缺乏,部分故障进行故障模拟实验难度大、风险高、成本昂贵的现状,采用计算机建模仿真技术,结合实验与实践验证的方式,开展柴油机齿轮系与曲柄连杆机构故障机理与监测研究。
(1)现象与判断
1)烧瓦。烧瓦是指曲轴的主轴颈与主轴瓦之间或连杆轴颈与连杆轴瓦之间因缺少润滑油润滑而咬死。
梅州柴油发电机工作时,如果突然在曲轴箱听到一种“唧、唧”的响声,好像在缺乏润滑油的情况下用大钻头在材质坚硬的钢件上钻孔时所发出的声音,这一般是缺油而发生烧瓦的前兆。同时出现以下三种情况时,一般可判断梅州柴油发电机的轴瓦已烧坏;润滑油温度急剧升高达90℃以上、润滑油压力原来正常后又突然大幅度下降、拆开机油滤清器或清洗油底壳时发现许多轴瓦合金碎末。
烧瓦常常与“所轴”同时出现。轴瓦在运转中出现了不应有的剥离、龟裂、烧损、粘结和严重拉伤等现象,轻者需要更换轴瓦及连杆活塞组,重者会使梅州柴油发电机曲轴颈严重拉伤,甚至还会使曲轴、机体报废。造成梅州柴油发电机烧瓦抱轴的原因虽然是多方面的,但归根到底是其润滑条件被破坏,引起摩擦性质改变成粘附磨损。
2)疲劳剥落。疲劳剥落是由于交变负荷及其作用周次超过材料本身所能承受的极限而发生的损坏现象。
出现疲劳剥落的轴瓦工作表面出现微裂纹,进而向纵深和横向护展,裂纹相互连通时,轴瓦表面层剥落形成不规则的剥落坑。实际使用中,若瓦背垫有异物,造成局部应力集中,也是引起疲劳剥落的原因。合金脱落会导致轴颈和轴瓦配合间隙增大、润滑油压力下降和出现响声(敲击声)。
3)划痕。划痕是指轴瓦表面沿圆周方向出现连续或断续的沟线,轻微的划痕并不影响梅州柴油发电机正常工作,严重的划痕使轴瓦承载面积显著减少。
4)异物嵌入。所谓异物嵌入是指外来颗粒全部或部分嵌入合金层。异物混入润滑油后,在工作负荷作用下被压入合金层。细小颗粒全部嵌入合金层时,通常不会使轴瓦失效,但大于0.3mm的颗粒将不能被合金层全部嵌藏。
5)轴瓦穴蚀。轴瓦穴蚀是因润滑油中形成大量细小的润滑油蒸气泡被挤压破裂而产生很大的 力,冲击轴瓦表面形成凹坑。蒸气泡的形成是由于轴瓦承受的载荷发生波动或波动幅度增加及油中含水或夹带空气所致。
6)擦伤。擦伤是因瞬时缺润滑油,油膜破裂面造成轴瓦工作表面与轴颈表面直接接触,而导致的一种热损坏,其特征为轴瓦和轴颈表面出现擦伤的斑痕,属较为严重的粘着磨损。
(2)轴瓦失效的原因
1)油底壳内润滑油量不足或机油油路不畅通,机油泵不能正常供油或润滑油压力过低,导致润滑不良。
2)润滑油的等级不符合要求,润滑油变质、过脏;气缸套防水橡皮密封圈失效,导致冷却水渗漏到油底壳。
3)轴颈和轴瓦的间隙不符合标准。该间隙影响润滑油膜的形成;间隙过小,则润滑油不易进入轴颈和轴瓦的摩擦表面,无法形成润滑油膜;间隙过大,轴颈与轴瓦间的振动和撞击增大,导致润滑油膜破裂。
4)梅州柴油发电机刚起动,特别是冬季,润滑油尚没有进行充分润滑时,应以很高的速度并满负荷工作,或频繁起动,长时间怠速运转等。
5)梅州柴油发电机长时间超负荷、超转速运转:机体温度高,润滑油粘度下降,不易形成正常的润滑油膜;交变载荷及作用周次超过了轴瓦材料极限;载荷波动或波动幅度增加,使润滑油气泡破裂。
6)使用维护和装配不当,轴颈表面有飞边,以及装配时未清洗干净。
在排除机件本身故障的同时,还要特别注意查找、分析引起故障的原因,如轴瓦失效是由于润滑油压力低、缺润滑油,还是油道有脏堵、油流不畅等原因所致,只有查找到引发故障的终原因并排除后,才能保证梅州柴油发电机可靠工作,以免更换轴瓦后,再次发生同类故障。


唯有切断供气才是制止梅州柴油发电机飞车行之有效的方法
梅州柴油发电机飞车的实质是喷油泵调速器作用失灵,供油量不能随负荷减小(转速相应升高)而减小引起的飞车;或者是气缸内进入了额外的燃油或过多的机油,使燃料燃烧产生的动力大大超过梅州柴油发电机的运转阻力(机械摩擦阻力及外界负荷),梅州柴油发电机工作失去平衡而引起的飞车。
“飞车”产生的原因:
1.调速器部分(1)油泵齿条(拉杆)卡滞在 供油位置。原因是装配过紧,或进入脏物,或固定螺母、销子和腱等连接件漏装或脱落。(2)调速器弹簧断裂,飞锤脱出或卡滞;高速限制螺钉不起作用。(3)调速器内加入润滑机油太多,影响飞锤的惯性作用而无法灵嫩地控制喷油泵油量。在冬季机油如果冻结,飞锤不能飞甩,更易造成“飞车"。
2.油泵部分(1)油泵柱塞卡滞在 供油位置造成“飞车”。若在梅州柴油发电机工作过程中发生“飞车”,多是因油泵内进入了脏油,油中带进的水和机械杂质进人柱塞副的间隙中,引起柱塞卡滞。(2)安装不当,如带动油泵柱塞的齿条和齿轮的啮合关系装错了,或柱塞装反。(3)为了调大供油量,使柱塞螺旋槽旋度过大。
防止“飞车”的措施:(1)调试喷油泵总成时,要严格地按照调试工艺全面检修。调整喷油泵和调速器的各个零件和组合件、各连接点磨损时必须修复,指坏件要及时更换。装配时要严格按照工艺步骤与要求进行, 要在技术状态良好的喷油泵试验台上进行全面的调试。调试内容包括三方面:不同工作情况供油量的调整,调速器的调整,供油角度的调整。现在有轻视喷油泵的倾向,认为手工就可以解决油泵的切问题,就是上试验台也只是调一下供油量与供油均匀性,这种看法和做法是造成“飞车"的重要原因。若在工作中油泵进入了脏油致使柱塞卡滞,应首先检查清洗柴油粗细弗列加滤清器,放出油箱中沉淀物和水,然后排除柱塞卡滞现象,必要时应拆卸油泵柱塞(包括喷油嘴)进行清诜。(2)当发生“飞车"时,应沉着、果断、采取紧急熄火措施。这样就可避免机器事故和保障人身安全。常采用紧急熄火的方法有:立即停止供油,将凋速手柄拉到熄火位置,顺手关掉油箱开关或用扳手卸掉高压油管,(3)立即停止供气,用棉衣紧紧包住弗列加滤清器的空气入口,或用力拔下弗列加滤清器,堵死进气口。(4)打开减压装置。减压后气门不能关死,致使梅州柴油发电机熄火。不过采用此法等于在配气机构中造成数毫米的间隙,在高速下,这样大的间隙,将形成很大的冲击,可能掼坏减压机构、气门弹簧或配气系统的其它零件。如果减压机构被打坏,则会停不住车。如在行进中,可刹车增大负荷,迫使发电机熄火。
飞车后的应急措施处理飞车的措施基本上有3个:加大负荷;切断供油(高压油);切断供气短加大负荷的方法是挂高挡并强行制动迫使发电机熄火、这样做虽然有效,但容易造成发电机和传动部分零件的损坏,并容易导致交通事故。
切断供油从原理上是说得通的、但实际上却不怎么有效。原因是飞车多发生在发电机空载运行时,由于喷油泵柱塞套上的吸、排油口在高速下产生了较强的节流作用,使供油量比额定油量还大,这些燃油喷入气缸后无法完全燃烧,除以大量浓黑烟的形式排出外,必然还有部分燃油滯留在发电机活塞顶部。因此即使在发生飞车时立即切断高压油供给,但活塞頂部的残油足以维持相当时间的继续燃烧,不能使发电机转速立即降下来,浪费了宝贵的时回,眼睁睁地看着发电机损坏而束手无策。
唯有切断供气才是制止飞车行之有效的方法,没有空气中的氧气助燃,燃油就没有办法继续燃烧。切断供气的方法按发电机结构不同而有所区别。有减压机构的,应立即使发电机减压;有由机械纵或气动操纵的进、排气动装置的,应立即实行阻气能动;若这些机构都没有,可堵住发电机进气口,使其缺氧而自熄。



梅州柴油发电机曲轴裂纹和变形的检验方法
梅州柴油发电机在工作中,曲轴由于受力和工作条件复杂,各摩擦表面滑动速度很高,散热条件又差,因此,曲轴不仅轴颈容易磨损,而且还会出现弯曲和扭曲变形,甚至产生裂纹或折断等。所以在解体清洗后,应进行仔细检查,根据查出的损伤部位和损伤程度,采取相应的修理方式。
1、 曲轴轴颈磨损的检验与处理方法
磨损部位。曲轴的主轴颈和连杆轴颈在工作中不可避免地要产生磨损,而且磨损是不均匀的,其主要表现为轴颈出现圆度、圆柱度超过标准值和拉伤。连杆轴颈磨损的 部位,一般在各轴颈的内侧面上,即靠曲轴中心线一侧,使轴颈失圆;而磨损成锥形的部位,一般在润滑油道杂质附着的一侧和受力大的部位上。曲轴主轴颈 _的磨损部位,按发动机的强化程度、气缸数、曲轴长度和平衡块的配重不同而各异,而且相对于连杆轴颈磨损要均匀些。实践表明,连杆轴颈的磨损比主轴颈磨损要快,但是,主轴颈磨损比连杆轴颈磨损所造成的后果要严重。
检验与处理方法:根据各轴颈磨损规律查找出磨损部位,可用外径测微器测量其圆度和圆柱度以便确定曲轴的修理级别和磨削尺寸。其具体方法是;先在润滑油道孔两侧测量,再转90°测量,其测量的 值与小值之差值即为轴颈的圆柱度。在轴颈纵向测量出的 值与小值之差,即为轴颈的圆柱度。当轴颈圆度大于0.050mm,锥度大于0.013mm,或者发现轴颈有拉伤、烧蚀等损伤时,都应进行修理。轴颈磨损量超过极限需要修理时,应从磨损 的的轴颈开始,按曲轴分级修理尺寸(每级相差0.25mm),在专用的曲轴磨床上进行磨削,并进行抛光处理。修磨后要求轴颈圆度不得大于0.005mm,锥度不得大于0.005mm,表面粗糙度Ra不得大于0.80~0.40um,各轴颈的径向跳动不大于0.05mm,否则,为不合格。
2、曲轴裂纹的检验与处理方法
裂纹多发部位“曲轴的疲劳裂纹多发生于轴颈与曲柄臂相连的过渡圆角处以及轴颈中间油孔处。前一种裂纹为横向裂纹,是曲轴断裂的先兆,即从出现微细裂纹,逐渐延伸, 在特定条件下发生断裂,后一种裂纹为纵向裂纹,由油孔处往轴向展开。
检验与处理方法:曲轴裂纹微细,用肉眼不易看出,可用磁力探伤仪进行检查。在条件不具备的情况下,简易的检查方法是浸油锤击法:先将曲轴浸入煤油中片刻,取出擦净后,撒上 ,然后用手锤分段在曲轴臂上敲击,由于震动,裂纹内的煤油渗出,使 显出油迹呈现黄色线痕,据此即可判定裂纹位置和长度。
轴颈有横向裂纹的曲轴,不宜继续使用,但是,横向裂纹细小,经磨削后在修理尺寸范围内能消除的,尚可使用,否则,必须予以更换,轴颈有纵向裂纹,也应磨削消除,在磨削条件不具备的情况下曲轴继续使用的原则是:裂纹未过两端圆角处或油孔边缘处时,尚可继续使用,但不可在超负荷下工作,不能猛轰油门,并在使用中加强检查,以防裂纹延伸而折断。
3、曲轴变形的检验与处理方法
曲轴变形是指曲轴弯曲和扭转。曲轴弯曲变形反映较明显的部位是中间主轴颈处。曲轴弯曲变形后若继续使用,将加速曲轴连杆机构的磨损,甚至使曲轴产生裂纹和断裂。因此,在发动机修理中,必须对此进行检验。检验时,应将曲轴两端支撑在平台上的V_形架上,用百分表触头抵在中间主轴颈避开油孔处,慢慢转动曲轴一周,观察百分表上所指的 数值与小数值,两值之差的二分之一即为曲轴的直线度。若曲轴有偏磨时,应减去偏磨量。直线度在0.05~0.10mm范围内时,可结合轴颈磨削矫正。
曲轴扭转角的检验方法是:将曲轴水平支撑在平台上,使同位连杆两轴颈位于上止点(如六缸曲轴的1、6缸连杆轴颈,四缸曲轴的1、4缸连杆轴颈),再用百表测量前、后两连杆轴颈在其 点的高度差,差值越大,说明扭转角越大。
曲轴的主要损伤是轴劲磨损、曲轴裂纹和断裂。
裂纹从油孔处产生,沿与轴线成45°~55°方向发展,造成主轴劲与连杆劲断裂;裂纹由圆角处产生,向曲柄臂发展造成曲柄臂断裂,常发生在曲轴全长2/3的部位上。除上述以外,曲柄还会产生弯曲和扭曲变形。
4、用磁力探伤器检查曲轴是否有裂纹和损伤
经磁力探伤器检查,曲轴油下列情况就不能继续使用:
1)在曲轴的圆角处或图所示的应去有损伤。
2)在45°的交叉线跨越油孔处或进入有孔的倒角处有裂纹或损伤。
3)出现长达6mm以上的裂纹。
4)在一个轴劲上有多余4处以上的裂纹。
表层下部的显示欠款如图所示,若有下列欠款曲轴就不能使用。
1)在曲轴圆角处或在图的阴影区域内有圆周方向的裂纹与损坏。
2)在圆周方向有长达25mm以上的裂纹。
3)在轴线方向有长达9.5mm的裂纹。
4)有在离有孔倒角距离近于1.5mm的裂纹。
5)有45°的交叉线跨越油孔的裂纹。
请注意:经磁力探伤的曲轴,必须完全地退磁和池底地清洗,才能使用。
5、曲轴磨损部位的测量
测量曲轴主轴轴颈和连杆轴颈的圆度误差和圆柱误差。如果圆度误差大于0.05mm或圆柱度误差大于0.013mm,则需要磨削曲轴轴颈。
6、曲轴弯曲度的测量
曲轴弯曲度是指:当曲轴用其两端轴劲支撑时,在中间主轴劲所测得的千分表总读数的一半就是弯曲度或全长的不同心度。
轴颈的跳动量是指:当主轴劲沿着一个共同的轴线转动时,一个主轴机的千分表总读数和另一个相邻的轴颈的千分表总读数之间的差值,即为相邻轴颈的跳动量。
弯曲量得测量:将曲轴的两端轴颈支撑在V形铁上,如图2-76所示,将千分表的量杆放在轴颈中心线处,并使触头触到被测轴劲,转动曲轴,测量每个轴颈,并作记录,把所测中间主轴劲的千分表读数除以2,即为弯曲度。曲轴 弯曲度:K38型柴油机为0.267mm;K50型柴油机为0.356mm。
7、曲轴的修理
1)清洗曲轴中的油道。其方法是:卸下所有孔塞;用一根钎子和擦布及清洗溶液清洗所以曲轴中的油道;用清洁的SAE20或30W号机油润滑油孔,装回孔塞。
2)曲轴轴颈磨损后,可用磨削方法修理。
磨曲轴时,在曲轴前端的曲臂上打记号以标明需安装的主轴瓦或连杆轴瓦的准确尺寸,在后端的曲柄臂上打上需装加厚止推环的尺寸和位置。
在磨削曲轴前,检查它的弯曲度是否在规定的范围内,如果不在规定的范围内,就必须报废。对不进行圆角出来的曲轴,则可以进行较直。



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