某型柴油机砸缸故障原因分析

朱海林，潘庆彬，孙贵芳

(92538部队装备部，辽宁大连 116041)

1 故障基本情况

1.1 故障经过

某船主机为12V230ZC型柴油机，某次在进行码头检试时，按操作规程进行启动前准备工作后，操纵人员启动左主机，紧接着听到左主机发出急加速声音，操纵人员立即回调操纵手轮减小供油量，同时听到主机机体内发出异常声响，操纵人员同时采取切断供油等紧急停车措施，此时从主机曲轴箱盖处有大量烟雾和滑油喷出，并有部分金属碎块飞出，柴油机发出沉闷撞击声后自动停机。本次故障最终导致柴油机破损严重。认真分析故障发生原因，吸取经验教训，对今后柴油机使用管理及维护保养均有借鉴意义。

1.2 勘查情况

经现场勘查，左主机附近地板面有金属碎块，B4缸曲轴箱盖上沿和扫气箱处各被击碎约10 cm长破口;B4缸曲轴箱盖已打开，断裂的半截连杆支出，活塞头部、汽缸套、气环、油环、制动环碎块散布在曲轴箱及油底壳，活塞镶块 (该型柴油机活塞由头部和镶块2部分组成，安装时经活塞制动环紧固连接)变形夹在曲拐中间;打开B4缸缸头，喷油嘴折断、缸头工作面有轻微击痕，机体与B4缸汽缸套连接凸台变形，焊接结构部分脱落;B4缸排烟支管处有少量积水;A4、A5缸汽缸套下部被击碎约3 cm宽碎片。进一步拆解故障机发现，B4缸连杆自活塞销下部约5 cm处折断、副连杆瓦处被拉平;A5缸除现场勘验时发现的汽缸套下部被击碎约3 cm宽碎片外，活塞制动环折断为3段，仍卡在环槽内未脱落。

2 故障原因调查情况

针对以上情况，从以下几个方面进行故障原因调查。

2.1 使用管理不当，造成液击或严重拉缸

一是B4缸排烟支管处有少量积水，怀疑有液击可能。打开B3、B5缸缸头检查，未发现有积水，对B4缸缸头及排烟支管冷却水腔试压，未发现漏泄。初步分析B4缸排烟支管处少量积水应为汽缸套碎裂后溅出水花形成的，排除液击可能。二是怀疑润滑不良，发生严重拉缸。对B4缸汽缸套和活塞碎片拼凑检查，未发现明显拉痕，其它缸活塞、缸套也未发现严重拉痕，初步排除严重拉缸导致故障。

2.2 启动时操纵不当，发生飞车

操纵人员根据柴油机启动时发出声音等信息判断当时有飞车迹象，并及时进行了处理。现场勘查发现极限调速器并没有动作，调查时做极限调速器效用试验5次，在845～870 r/min之间均启跳，故极限调速器无故障，效用试验全制式调速器也无故障。经分析认为，柴油机启动瞬间发生了非正常急加速，但柴油机转速没有超过极限调速器设定值或仅瞬时超过设定值，由于时间较短暂未引起极限调速器动作。

分析以往该型柴油机发生的飞车案例，大多数极限调速器动作停机的案例也没有发生如此严重的柴油机损坏，初步认为左主机启动瞬时发生了非正常急加速，造成机件每一断面上产生的应力和应变增大，配合机件之间的压强也增大，这可能是故障诱因，但并非唯一原因。

2.3 修理安装质量问题

本次故障发生4个月前，该船经工厂检修出厂。修理中根据该型柴油机修理技术标准进行鉴定，更换了A5、A6、B4缸3个活塞，包括制动环。本次故障中A5和B4缸活塞制动环断裂，B4缸活塞击碎，针对此现象，重点对修理安装和制动环自身质量进行调查。

调查修理厂资质信息和修理中各项数据记录，均符合要求，且左主机修后已累计运行174 h，除本次故障外运行情况良好，排除修理安装中质量问题。

2.4 损坏件质量检验

活塞、缸套、活塞制动环检测报告显示:活塞、缸套试样在化学成分、金相组织和硬度方面均符合要求;活塞制动环试样在化学成分化验方面结果符合金属牌号 (QTNiMo)要求，但硬度不合格，3个检测点布氏硬度值为99.6～110 HB之间，金属牌号要求为207～280 HB;且金相检测与断口电镜扫描结果显示，试样内有大量气孔，造成基体组织疏松，脆性增大。电子金相图如图1所示。

图1 电子金相图

3 故障原因分析及结论

经过以上调查分析认为:柴油机启动时发生非正常急加速，活塞在汽缸内往复运动速度急剧加快，活塞制动环受到的应力和应变急剧增大，加之修理中更换的活塞制动环存在强度低的质量缺陷，B4缸活塞制动环最先断裂并从环槽中脱落，活塞头部与镶块脱离，活塞镶块失去运动导向，与活塞头部、汽缸套发生撞击，柴油机继续运转过程中，各部件持续撞击导致损害进一步扩大。

本次故障柴油机发生非正常急加速是诱因，活塞制动环质量缺陷是直接原因。

4 结束语

分析本次故障可知，质量缺陷件安装到柴油机后，在柴油机正常工况下很难发现，而一旦遇有恶劣工况或达到磨损极限时，质量缺陷暴露，将对柴油机造成严重损害，甚至导致整机报废。

柴油机高级别修理时，燃烧室组件一般需进行部分更换，采购配件质量把关特别重要。现行检验验收方法是根据生产厂家资质、合格证和配件外观检查，这些方法很难发现个别批次的产品质量缺陷。就本次制动环质量缺陷为例，不委托专业检测机构进行破坏性试验很难发现，所以研究制定适应当前配件市场形势的新的关键件检验方法，是目前需进一步探索的课题。