第３９卷（２０１７）第６期 柴油机 Ｄｉｅｓｅｌ Ｅｎｇｉｎｅ 一… ｛ 使用维修 ｛ ……一， 。ｊ 某型柴油机连杆断裂故障原因分析 薛颖，宋大为，孙炉钢 （七一一研究所，上海２０００９０） 摘要：简述了某型船用柴油机连杆断裂故障原因的分析过程。结合拆检情况和柴油机修理记录 及运行数据，从外来水“液击”造成连杆弯曲，材料疲劳断裂或应力集中，维修时存在装配缺陷等方 面分析可能的故障发生原因。分析结果表明：材料疲劳断裂或维修时装配缺陷是造成连杆下端盖 断裂，引起其它部件二次损坏的原因。 关键词：船用柴油机；连杆；断裂；装配 中图分类号：ＴＫ４２３．３ ２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１—４３５７（２０１７）０６—００５３—０４ ０引 言 某型柴油机于２０１５年１０月遭遇台风，导致海 ２整机拆检情况 该船停靠码头后，将柴油机Ａ排第四缸下部 观察孔拆下后发现：Ｂ排第五缸连杆弯曲变形，活 塞脱落，缸套开裂；附近曲轴及Ａ排第四缸连杆 磨损严重。 水进入主机。柴油机制造厂维修人员上船排查后更 换了启动马达，但柴油机仍无法起动。进一步拆检 发现：涡轮增压器进气叶轮附件有锈蚀；缸套、连 杆、曲轴也有锈蚀。该柴油机出舱维修，更换进气 阀、主轴承轴瓦、曲轴、活塞、缸套、连杆轴瓦、 密封件，并于２０１６年７月装复。期间，船厂对主 机排气挡板及消音器进行了相应技术改造。柴油机 制造厂工程师随船两次试航，试验数据正常。 故障柴油机运回柴油机制造厂进行拆检。现场 拆解发现：气缸盖上的摇臂和气阀弹簧都没有锈 迹，气阀也没有锈迹；增压器涡轮叶片无锈迹，增 压器与柴油机排烟管连接口无锈迹；滑油无乳化变 质，滑油精滤器状况良好；Ｂ５缸连杆大头端固定 螺栓断裂且大头端盖断裂成两部分，连杆弯曲变 形；柴油机内淡水呈偏黄色且浑浊，淡水冷却主管 １ 故障发生经过 该柴油机在２０１６年ｌ０月１０日上午８：４１～１２ ：２５运行的３ ｈ ４４ ｍｉｎ内，正常；下午１８：１６～１８ 内部有锈迹，在接口部分有类似结晶物质，冷却缸 套的淡水管路接口锈蚀严重。 ：５４正常运行至３８ ｒａｉｎ时，突然停机并报警，机旁 控制面板显示滑油压力过低紧急停机，同时显示冷 ３故障原因分析 根据柴油机故障现象和破损情况，初步分析可 能造成的故障原因如下。 ３．１ 外来水对Ｂ５缸“液击”造成连杆弯曲 却水温度高报警，冷却水位低报警。检查发现：柴 油机Ｂ５缸附近底部油底壳位置被击穿破洞，滑 油、淡水不断流出。至此该柴油机从上次维修完成 到此次故障发生共运行２００ ｈ。 经查，该柴油机起动前严格按照操作规程进行 “液击”是指高速流动的气体当遇有液体时， 由于液体受到冲击而不断向四处快速扩散，导致液 体不规律地打击设备、管道的内表面，而使设备剧 烈振动的现象。“液击”严重时可造成设备破裂、 了检查，确认正常后起动；备车至故障发生前，柴 油机各项指标正常，未出现异常。柴油机监控系统 记录的停机前后的参数见表１。 故障前后主要参数对比如表２。 对比发现：该柴油机滑油压力过低，冷却水温 度升高，与报警信号对应。 变形、错位等事故。如果柴油机气缸内有水，由于 液体的不可压缩性，进入气缸的水会受到运动部件 的挤压和冲击，对燃烧部件形成巨大的撞击力，而 且液体的反作用力通过活塞、连杆作用在曲轴上， 会对柴油机部件造成损坏，严重时会使整个柴油机 瘫痪。 ・５４－ 柴油机 第３９卷第６期 表１ 柴油机故障前后参数 转速／ Ａ列排气 Ｂ列排气 Ａ列冷却水 机油 齿轮箱 齿轮箱 机油压力／ 时间 （ｒ・ｒａｉｎ ） 温度／℃ 温度／℃ 温度／＇Ｅ 温度／￣Ｃ 机油温度／ ℃ 压力／ｉ工作油 ￣ＩＰＭＰａ ａ １８：１６ ５２０ ５８ ５９ ５０ ４７ ３６ ４．２３ ２．６９ １８：１７ ５０５ ９０ ９２ ５１ ５０ ３７ ４．１８ ２．８２ １８：１８ ４９９ ９７ １０Ｏ ５１ ５１ ３９ ４．１８ ２．７３ ｌ８：１９ ５００ ８９ ８８ ５２ ５２ ４０ ４．２１ ２．６９ １８：２０ ５００ ８５ ８３ ５３ ５４ ４１ ４．２１ ２．６５ ｌ８：２１ ５００ ８５ ８３ ５３ ５４ ４１ ４．２１ ２．６３ １８：２２ ５０３ １１４ １０７ ５４ ５４ ４１ ４．１９ ２．６１ １８：２３ ５０１ １１５ １０５ ５６ ５５ ４２ ４．２ ２．５９ １８：２４ ４９８ ９８ ９３ ５６ ５５ ４２ ４．２１ ２．５９ １８：２５ ５０１ ９５ ９１ ５７ ５７ ４２ ４．２ ２．５５ １８：２６ ５０２ ９４ ９ｌ ５７ ５７ ４２ ４．２１ ２．５３ １８：２７ ５０８ １４５ ｌ２５ ５８ ５８ ４２ １７．７８ ２．５３ １８：２８ ８２３ ２２３ ｌ８９ ６１ ６０ ４１ ｌ８．１８ ４．４８ ｌ８：２９ １ ００６ ３０３ ２６８ ６５ ６８ ４１ １８ ４２ ５．３３ ｌ８：３０ １ １３１ ３９７ ３７７ ７１ ７４ ４２ １８，４１ ５．４３ ｌ８：３ｌ １ ２２３ ４３６ ４ｌ１ ７８ ７４ ４２ ｌ８．５３ ５．４２ 】８：３２ １ ３４６ ４６２ ４３８ ８２ ７６ ４２ ｌ８．６５ ５．５６ １８：３３ １ ４６９ ４７６ ４６７ ８３ ７９ ４３ １８．８６ ５．６９ １８：３４ ｌ ６４８ ６０７ ６０８ ８５ ７９ ４３ １８．９４ ５．９２ １８：３５ １ ６４４ ６１４ ６１１ ８６ ８０ ４４ １８．８７ ５．７９ ｌ８：３６ ｌ ６４３ ６ｌ５ ６ｌ５ ８６ ８１ ４５ １８．９ ５．７４ １８：３７ 】６４６ ６ｌ７ ６１７ ８７ ８ｌ ４６ ｌ８．８２ ５．７５ １８：３８ １ ６４２ ６１８ ６１８ ８７ ８１ ４６ １８．８８ ５．６９ ｌ８：３９ １ ６４３ ６１９ ６ｌ９ ８７ ８２ ４７ １８．８７ ５．７ １８：４０ １ ６４３ ６１８ ６１８ ８７ ８２ ４７ １８．８７ ５．６５ １８：４１ ｌ ６４０ ６ｌ８ ６１９ ８７ ８２ ４８ Ｉ８．８８ ５．６６ １８：４２ 】６４４ ６１８ ６１９ ８７ ８２ ４８ ｌ８．８７ ５．６２ １８：４３ ｌ ６４１ ６１８ ６１９ ８７ ８３ ４８ １８．８５ ５．６５ １８：４４ １ ６４２ ６１９ ６１９ ８７ ８３ ４９ １８．８６ ５．６４ １８：４５ １ ６３９ ６２１ ６２０ ８８ ８３ ４９ １８．８６ ５．６ ｌ８：４６ ｌ ６４４ ６２１ ６１９ ８８ ８３ ４９ １８．８８ ５．６３ 】８：４７ １ ６４１ ６２１ ６２１ ８７ ８３ ４９ １８．８５ ５．６ １８：４８ １ ６４５ ６２１ ６１９ ８８ ８３ ４９ １８．８７ ５．５９ １８：４９ １ ６４７ ６２１ ６２１ ８８ ８３ ４９ １８．８４ ５．６６ １８：５０ １ ６４３ ６１９ ６１９ ８８ ８３ ４９ １８．８６ ５．５９ ｌ８：５ｌ ｌ ６４６ ６ｌ９ ６１９ ８８ ８３ ４９ １８．８７ ５．６５ １８：５２ １ ６４５ ６２２ ６２２ ８８ ８３ ４９ ｌ８．８７ ５．５９ １８：５３ １ ６４４ ６１８ ６１９ ８８ ８３ ５０ １８．８６ ５．６２ １８：５４ １ ６４１ ６２１ ６２１ ８８ ８３ ５０ １８．８６ ５．５４ １８：５５ Ｏ ５２７ ５１９ ９９ ８３ ４９ ３．８８ Ｏ 根据本船柴油机辅助系统的配置情况，海水非 器，经排气弯管、排气挡板及放浪管后由舷侧排 正常进入柴油机的可能渠道只能是排气管路。柴油 出。排气消声器及水平管路沿排气方向向下倾斜， 机排气管布置如图１、２所示；排气管如图３所示。 排气挡板位于排气弯管下方，在接近排气出口的放 柴油机废气经排气波纹管后，汇合至排气消声 浪管前。柴油机工作时，排气的温度和压力较高， 薛 等：某Ｊ 汕机连 断 敞障娘 分析 存排气 力和排 瞍的作川下，海水尢法通过排 消 器 气管进入气缸（ 海水进人排娴管到气缸的过 巾会Ｉ夫ｌ１高温气化），海水／ｆ 会倒 进入机 ；｛ 饥 停机后，排气挡板ｈ动父『寸Ｊ， 油机。现场勘验结 会仃海水进入柴 均 术 Ｊ 爪：气 和涡轮增 无积液痕迹；该柴油机敞障 ，』尤低液化报警， 添加淡水，滑油＿尢乳化脱象 表２故障前后主要参数对比 叫Ｉ１＿『】 主机转速／ ＾刮 Ｉ｛州 、列冷上¨ ９；Ｌｉｆｈ ￣ＪＬｆｌｔＩ （Ｉ～ｍｉＩ１ ） 排 ， Ｉ 州濉／、Ｉ： 水温／ ： ３ｊ／ＭＰａ 』逝／ ｔ： ｌ８：５４ ｌ ８：５５ Ｉ ６４ｌ ０ ６２ｌ ５２７ ６２１ ５ｌ９ ８８ ９９ ５ ５４ （） ８３ ８３ 图３主机排气管示意图 综合以ｌ 情况，¨ 以排除外来水“液击”造 成连杆弯『ｆｆＩ的可能 ３．２材料疲劳断裂或应力集中 ｒ一一 蒸 …一 ～～ ＿ ｊ ≥ 、 ，’…～一…… ＿。……… ’ 对连杆 盖和蝶怆进ｉ亍火效分析，取远离断Ｉ Ｉ 处的试样，采用ＯＥＳ进行化学成分分析，具体结 表３ 【４ｌｌ表３【ｌｒ以 川；：连杆 盖和螺柃ｒｆＩ各 化学元素的含量箭 标准ＥＮ １００８３—３：２００６的 嘤求 …謇兰 … 镬 ｉ置 暖 ● 取断裂的小段作 佯，按照标准ＩＳＯ ６５０８一 ｌ：２００５列‘连杆压盖ｆ¨螺栓进行芯部洛氏硬度测 ， 果 表４ 可见：连¨ 盖芯Ｉ＿ｆ＝ｆ５硬度较为均匀， … 图１ 主机排气系统布置图 艇度ｆｆ【为２８．７¨Ｉ／Ｃ；螺栓芯部硬度值为３３．８ ＩｔＲ（：，陔螺栓为非抓准螺栓紧同件，抗拉强度为 ｌ ０５０～１ ２００ ＭＰａ，按照标准［ＳＯ ８９８—１：２０１３叶１螺 枪强度的推荐值，蝶怆的等级为１０．９级，则螺栓 的 Ｉ＋－部硬度值符合 求值（ＨＲＣ＝３２～３９） 收连杆 盖ｆＩｌ螺检的芯部，按照标准ＩＳ（） ６８９２一Ｊ：２００９进行｛ 仲试验，测试结果见表５和衷 ６、连朴乐盖的抗ｊ 强度和屈服极限分别为１ ｌ（）９ ＭＰａ和９９ｌ ＭＰａ， 项指标均符合ＥＮ １００８３— ３：２００６的芟求．．螺栓的抗拟强度为１ ０９３ ＭＰａ，符 合Ｉｓ０ ８９８—１：２０１３【ｆＩ １０．９级螺栓的要求；其断后 仲Ｋ牢和断后收缩 均满 ＥＮ １００８３—３：２００６和 图２主机排气管布置图（实船） ＩＳ（）８９８—１：２０ｌ３的 求 表３ 连杆压盖和螺栓的化学成分 样品 ｝ Ｍｏ Ｎｉ 连仟 盖ｆ 螺栓 Ｏ．２３ ０．２３ １．５９ ， 柴油机 表４硬度测试结果 测试 硬度ｆＩＩｆ／ＨＲＣ 项¨ 样。｛ｆＩ 测试位 １ ’ － ３ 平均仳 ＨＩ｛Ｉ： ３４ＣｉＮｉＭｏ６ 部 ２８．７ ２８．３ ２９．１ ２８．７ ｌ１Ｒ（： 螺栓 郝 ３３．３ ３４．１ ３４．０ ３３．８ ＨＶ０ ３ 螺栓 牙腻近丧 ３６ｌ ３５９ ３５ｌ ３５７ ｝１ＶＯ．３ 螺拎 芷：部 ３ｌ９ ３２９ ３０９ ３ｌ９ 表５ 连杆压盖拉伸试验测试结果 项Ｈ Ｉ类型Ｉ Ｒｍ／ＭＰａ Ｒ ／ＭＰａ １ｐｎ ｌ率 Ａ／％ Ｉ半 需 ｆ １ ㈠㈣ ｌ 引 ｌ ．。 ｌ㈨％ 表６嫘栓拉伸试验测试结果 测试 试样 托仲强度 屈服强度 断后伸Ｋ 断后收缩 项【＿】 类型 Ｒ．． ／ＭＰａ Ｒ． ２／ＭＰａ 豁４／％ 摩Ｚ 纵 托 Ｊ员】形 １ ０９３ ９９０ Ｊ３伸试佯 截而 ．（） ５６％ 『Ｊ ： 能要求（ＥＮ １００８３—３：２００６） Ｎ １（）０８３—３：２０１６ ｌ（×Ｘ）～】２（ｘ］ Ｒ ￣＞９００ ≥ｌｌ ≥４５％ ＩＳ（）８９８．１：２０Ｉ３ ≥ｌ ０４０ ≥９４０ ≥８ ≥４４％ 埘Ｂ５缸断裂的连仆人端和联接螺 进行宏观榆 测１ｊ ＳＥＭ分析，断［］平骼Ｉ＿ｊＪ姬偶丧而有清晰的疲劳 “哦壳线”（ ４）、从“叭壳线”弯Ｈ１１的方向推测， 裂纹魁从下方 ｆ 腮． ４巾断裂连朴¨ 盖没有受 划弯川ｔ变形和烧蚀迹象，这说川疲劳断裂发牛 连卡ｒ 弯『｛ｎ变形之 连仟 盖断Ｉ ｊ玻 【）（大过载Ｉｘ：／Ｊ： 蝶怆断¨疲 ｔ ｔ－ 小过载 大，Ｈ连朴Ｊ｛ 盖断ｕ裂纹源 的变形 ｒ 螺＿柃倒ｍ的变形 、 Ｌ乎．致，这说明 连杆 允发，｝ｉ断裂，随后螺栓断裂 蠢 图４连杆压盖和螺栓断口形貌 ５址连”受）Ｊ￣ｌ＊Ｊ７裂位 ｌ，Ｊ 患 ，町 断裂化 Ｉ 化Ｊ 适朴ＪｉＧｇ＿￣ｔ、侧的倒 处，¨． 受力的轴线 』Ｊ 下，连ｆ｝：运行时受 邴化所受的力较 小，ｆｆＩ从连卡ｒ』 蔬裂纹源 丧 观察剑ｆ，ｆ＝多做裂纹， ｝＝Ｌ有变形特征，说明陔 受客部化断裂前受到较大 的力，表叫连杆运行时有异 ；同时，连杆压盖外侧 倒 处的应力较大，存长期运行后导致连杆压盖任此 处发生疲劳断裂，断裂之后破坏Ｊ 连杆和螺栓结构的 稳定性，致使螺栓承受Ｊ 人的 力，导致螺拴也发 生断裂 疲劳断裂是零件 交变 力反复作用下，ｍ 于零件形状、 寸的突变以及材料的不均匀等原 ， 零件表而或『人Ｊ部应力特圳大的点或材料有缺陷的 点，逐步肜成非常 ｌ／ ＂似ｄ Ｊ ！Ｊ裂纹；裂纹尖端的严重应力 集中，促使裂纹逐渐扩眨，零件截面／ｆ 断削弱；当裂 纹扩展刘一定程瞍，在偶然的超载冲击下，零件就会 沿削弱ｒ的界面发 卜突然的晚性断裂： 图５ 连杆压盖受力及断裂位置示意图 ３．３维修过程中装配或有缺陷 该柴＿『』｝Ｉ机于事故发牛前曾进行过维修，维修时更 换＿ｒ＿活塞、曲轴、进气阀、主轴承轴瓦、缸套、连杆 轴瓦、密封件等 从维修完成到此次故障仪运行了约 ２００ Ｉ１ｌ故分析认为：该柴油机存更换活塞、曲轴时， 操作、 岂和装配过程中可能仔任缺陷，柴油机运仃 一段时『廿Ｊ后，该缺陷造成连 卜端盖螺栓斜切断裂， 导致下端盖断裂，引起其它部件二次损坏 ４ 结 论 通过分析梳理ｌＩｆ能造成柴油机连杆断裂的各关 联环节以及综合柴油机现场拆检助验结果，僻…结 论：材料疲劳断裂或维修时装配缺陷导敛连朴卜端 盖断裂，引起其它部件一次．ｔｂ１．ｆ，ｌ： 连朴足柴油机的匝要零件， 质址的好坏决定 柴油机的整体性能 为了保障柴汕机的正常 作，应定期埘连杆币ｌＩ连朴螺栓进行保养和枪金 参考文献 『Ｉ］术 舶柴ｆＩｔＩ￣｝Ｌ【Ｍ］．』匕 ：人Ｉ屯交迎Ｉｔ ５版｝ ２００８． 『２１刘鸿殳 ‘ ０４・