【船員投稿】“海悅”輪主機(jī)缸套、活塞令磨損淺析
引言：海悅輪于2017年3月日本大島船廠製造，主機(jī)型號(hào)為KAWASAKIMAN B&W 5S50 ME-C8.2 (DERATING),M.C.O.5650KWx108rpm、N.O.R.（77.1% MCO）4335KWx103.0rpm 燃油耗油率159.3g/kwhat NOR，燃油使用範(fàn)圍380cstat 50℃-2.0cst at40℃，主機(jī)吊缸檢修週期為16000h，下面就主機(jī)運(yùn)行中NO.3缸發(fā)生故障予以分析和說明，請(qǐng)參考
NO.3 缸活塞令表面磨損情況
NO.3 缸套磨損情況
活塞頭部環(huán)帶左后部沉積物
清潔后的活塞頭
活塞令換新
三、原因分析
1.一般來講，缸套的磨損分類為：
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腐蝕磨損：低溫腐蝕，在第一道活塞環(huán)處磨損最大，因此處酸最多、潤(rùn)滑油膜最薄。
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顆粒磨損：特征是沿缸套內(nèi)圓表面或活塞令的表面有縱向的直線劃痕，肉眼可見，有手感。
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粘著磨損：一般出現(xiàn)在磨合期（缸套與活塞環(huán)）和長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)后（幾千小時(shí)）（缸套、活塞令與活塞裙部）。特點(diǎn)是：沿運(yùn)動(dòng)方向出現(xiàn)條紋狀的磨痕，有時(shí)伴有暗紅色或發(fā)蘭色（氧化物），磨損率高。其磨損機(jī)理為：粘著——粘著點(diǎn)剪切——材料轉(zhuǎn)移——反復(fù)作用后脫落，形成磨練粒。
低溫粘著磨損—相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度不大（0.5~0.6m/s）而法向載荷較大，摩擦表面溫度在100~150度之間。接觸點(diǎn)粘接——產(chǎn)生塑性變形而硬化（強(qiáng)度大于摩擦副中較軟金屬的強(qiáng)度——因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而被剪切。表面層和基體的金相組織和化學(xué)成分均無明顯變化。
高溫粘著磨損：--相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度很大而法向載荷較高，接觸點(diǎn)的瞬時(shí)溫度很高——表面金屬發(fā)生軟化并粘結(jié)在另一金屬表面——沿運(yùn)動(dòng)方向形成裂口和凹穴。表面層的金相組織和化學(xué)成分均有明顯變化。磨屑呈薄帶狀，厚度較低溫摸粘著磨損厚度小。
粘著磨損形式：
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名稱 |
發(fā)生剪切部位 |
表面破壞程度 |
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輕微磨損 |
粘著面上 |
金屬有極輕微的轉(zhuǎn)移 |
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涂抹 |
距粘著面不遠(yuǎn)的較軟的金屬淺層 |
較軟的金屬涂抹在較硬的金屬表面 |
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擦傷 劃傷
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較軟金屬的表層內(nèi) 較軟金屬的表層內(nèi)
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沿運(yùn)動(dòng)方向產(chǎn)生細(xì)小拉痕 嚴(yán)重的拉痕
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撕裂
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較軟金屬表面深層處
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表面被嚴(yán)重撕裂而顯得很粗糙和有明顯的變形
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咬死
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粘著強(qiáng)度高，粘著面積大，剪切應(yīng)力小，粘接點(diǎn)焊合而使相對(duì)運(yùn)動(dòng)受阻。
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通常說的拉缸，也即粘著磨損為：柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，活塞裙、活塞環(huán)和氣缸套工作表面在異常情況下出現(xiàn)擦傷、劃傷、撕裂和咬死的現(xiàn)象，分為輕微拉缸、嚴(yán)重拉缸（咬死），本船的粘著磨損屬于“撕裂”粘著磨損。
2.影響粘著磨損的因素：
1)缸套與活塞令磨合不良：新造柴油機(jī)在制造廠臺(tái)架實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行磨合運(yùn)轉(zhuǎn)，裝船后還需進(jìn)行磨合運(yùn)轉(zhuǎn)，船舶營(yíng)運(yùn)中摩擦副成對(duì)更換或只更換其一時(shí)，也需進(jìn)行磨合運(yùn)轉(zhuǎn)?；钊h(huán)—?dú)飧滋琢己媚ズ系臉?biāo)志：是環(huán)表面清潔光亮、無拉痕且活動(dòng)自如。 磨合初期用不含堿性的純礦物油，隨后選用中度堿值氣缸油，最后使用高堿值氣缸油，按說明書調(diào)節(jié)注油率，轉(zhuǎn)速由低到高、負(fù)荷由小到大、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間分配合理。
3.分析結(jié)論
PL=使用低硫油時(shí)的推薦的注油率g/PSh
P=當(dāng)前的注油率g/PSh，我輪為0.74g/PSh即1.0 g/KWh
S：硫含量百分?jǐn)?shù)
按含硫量0.5%的燃油計(jì)算，其注油率對(duì)應(yīng)為：PL70=P-(1.5-S)x0.25=0.74-(1.5-0.5)x0.25=0.49g/PSh=0.67 g/KWh，考慮到此公式是基于BN70堿值為依據(jù)計(jì)算出來的，若換成堿值為BN57的氣缸油，其注油率應(yīng)為：PL57=70*57xPL,=0.82g/KWh。
船方按要求，結(jié)合掃氣口檢查（期間每次到港都要對(duì)缸套和活塞令工況檢查均正常），逐步將主機(jī)基本注油率由1.0 g/kwh 調(diào)整至0.9 g/kwh ，并分別在注油率為0.96g/kwh和0.90 g/kwh時(shí)兩次氣缸殘油取樣送交化驗(yàn)室化驗(yàn)，化驗(yàn)結(jié)果均正常。
另外，所謂的基本注油率是平均工況下，確保安全和滑油經(jīng)濟(jì)性氣缸狀態(tài)，所獲得的注油劑量，基本注油率是按額定功率、額定轉(zhuǎn)速計(jì)算的，實(shí)際營(yíng)運(yùn)時(shí)的功率很少達(dá)到主機(jī)額定工況，而本船的運(yùn)營(yíng)轉(zhuǎn)速102-103rpm使用功率僅為3800kw左右，約為額定負(fù)荷67%左右，經(jīng)濟(jì)航速下轉(zhuǎn)速僅為95-98rpm對(duì)應(yīng)功率更低。
因此，從缸套、活塞令工況檢查、理論上和化驗(yàn)結(jié)果均表明，本船主機(jī)氣缸油調(diào)節(jié)安全冗余很大，不存在因氣缸油微調(diào)造成活塞令和缸套的異常磨損。
2020-3-15修船出廠后，主機(jī)換用了堿值為BN57氣缸油，主機(jī)吊缸檢修磨合后，氣缸注油率又逐步調(diào)整至0.92 g/kwh ，而NO.3缸自2019-11-4韓國(guó)蔚山吊缸檢修磨合后，其注油率一直保持0.9 g/kwh未變。2020-5-6 在美國(guó)巴爾的摩港檢查缸套活塞令狀況顯示各缸狀況均正常，詳見五月度維修報(bào)表照片。
2020-6-16主機(jī)NO.3缸吊缸檢修時(shí)各缸運(yùn)行時(shí)間表及氣缸注油率
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1376 h |
3432 h |
3432 h |
1318 h |
1376 h |
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主機(jī)氣缸注油率 |
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綜上分析，缸套、活塞環(huán)（及活塞裙部分拉痕）發(fā)生突發(fā)性粘著磨損原因?yàn)椋?
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由于活塞頭部環(huán)帶120弧度范圍沉積物（主要為過量氣缸油的殘余物鈣基成分）存在，其和缸套產(chǎn)生緊密摩擦，導(dǎo)致缸套上的潤(rùn)滑油膜遭到破壞，活塞令與缸套之間形成局部干摩擦，造成缸套和活塞令的磨損，而活塞令在環(huán)槽中自由轉(zhuǎn)動(dòng)，逐步造成整個(gè)活塞令及缸套表面的粘著磨損。
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燃油中CAT-FINES引起的磨損：
從活塞令的上下端面看，活塞令的上下端面明顯存在“麻坑”這證明燃油中的磨損顆 ?？ㄔ诨钊疃嗣婧土畈鄱嗣嬷g，造成環(huán)端面的“POCK MARKS”；一般顆粒磨損可在活塞表面形成垂直喇叭形溝槽刮痕，通常不會(huì)產(chǎn)生MICRO-SEIZURE“微咬”，但如果顆粒磨損的加劇，必然導(dǎo)致“過度微咬”也即SCUFFING粘著磨損產(chǎn)生。
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2020/6/22道達(dá)爾比利時(shí)化驗(yàn)室對(duì)船方所取主機(jī)氣缸殘油化驗(yàn)結(jié)果表明：主機(jī)NO.3 缸P-Q指數(shù)高，其它缸的P-Q指數(shù)也較高，這使得在這些氣缸殘油樣中的鐵含量過高，建議檢查燃油系統(tǒng)，改進(jìn)燃油分離，保持燃油良好狀態(tài)；NO.1、NO.3缸鉻含量過高，表明活塞令及槽等的鉻涂層磨損增加，本人認(rèn)為這主要由于燃油中CAT-FINES等顆粒進(jìn)入活塞令環(huán)槽，活塞環(huán)及槽涂層磨損引起的；NO.3缸磷P和鋅Z含量高，表明其盤根箱刮油令使得系統(tǒng)油進(jìn)入了該缸的氣缸殘油樣中，因此，需檢查該缸盤根箱刮油令的工況。
結(jié)合化驗(yàn)報(bào)告及船方匯報(bào)，公司認(rèn)為：主機(jī)NO.3缸套和活塞令異常磨損是由于燃油質(zhì)量引起的，建議加強(qiáng)燃油的清凈分離，保持燃油進(jìn)機(jī)質(zhì)量。
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關(guān)于缸頭上部的敲擊聲：因本船主機(jī)燃燒室設(shè)計(jì)是在缸頭上部，排氣閥座的位置恰在距缸頭頂部1/3的位置，外部聽起來好像是排氣閥座處撞擊，聲音較為沉悶，并不是清脆的金屬撞擊聲，2020-6-12換輕油后，直到根特港靠泊，敲擊聲一直沒有發(fā)生：本人認(rèn)為這種現(xiàn)象符合主機(jī)拉缸出現(xiàn)的特有異響“吭吭或噠噠”聲，這種聲音往往出現(xiàn)在活塞上死點(diǎn)位置，并隨船舶狀態(tài)而改變，換用輕油后，燃油的質(zhì)量和燃燒獲得改善，拉缸現(xiàn)象得以減輕，故異響暫時(shí)消失。
4.后續(xù)的工作
1)比利時(shí)根特開航近4天后，2020-6-21船抵立陶宛克萊佩達(dá)港，船方對(duì)NO.3缸活塞令及缸套進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)缸套和活塞令又出現(xiàn)了磨損，故重新吊缸換新了該缸套。
截止到2020-7-31，該缸套換新后已運(yùn)行557h，多次檢查其磨合情況良好。
2)根據(jù)2020-6-22氣缸殘油化驗(yàn)報(bào)告，船方加強(qiáng)了對(duì)主機(jī)各缸的檢查，在發(fā)現(xiàn)NO.4缸活塞令斷令以及缸套局部磨損后，于2020.07.22對(duì)主機(jī)NO.4缸進(jìn)行了吊缸檢修，距上次吊缸檢修時(shí)間僅為1894h。
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吊缸后發(fā)現(xiàn)：第一道活塞令搭口處斷掉約25mm、活塞頭部環(huán)帶存在45度弧度的沉積物并于缸套形成bore-polishing，缸套排煙側(cè)偏前存在寬約30mm的縱向拉痕，見照片。
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經(jīng)分析認(rèn)為：活塞令折斷原因與令槽磨損變形有關(guān)；缸套排煙側(cè)縱向拉痕與活塞頭部環(huán)帶沉積物、斷令及燃油質(zhì)量有關(guān)；活塞令表面垂直型溝槽磨痕與燃油質(zhì)量有關(guān)。
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修復(fù)：因船無活塞令備件庫存，只好挑選出一道可以使用的舊令修復(fù)后換用在第一道，第2-4道令沿用原令。
從磨損現(xiàn)象看，NO.4缸套和NO.3缸套磨損相類似，此不贅述。
截止2020-7-31該缸已磨合運(yùn)行44小時(shí)，期間兩次缸套、活塞令狀況檢查，情況良好。
第一道斷令
缸套排煙側(cè)磨損情況
3)今后一段時(shí)間，船方仍會(huì)面臨低硫燃油的使用，其特點(diǎn)是含有害物較多、穩(wěn)定性較差及燃油質(zhì)量不一，因此：加油前一定在油艙內(nèi)加注燃油添加劑；按燃油化驗(yàn)報(bào)告及廠方要求嚴(yán)格控制分離溫度和盡量低流量，確保燃油凈化設(shè)備良好；每次抵港后對(duì)缸套、活塞令表面工況檢查，視情況調(diào)整氣缸油量，做好氣缸殘油定期及疑問化驗(yàn)；加強(qiáng)對(duì)噴油設(shè)備的拆檢，保持主機(jī)燃燒工況正常。
匆忙起草，難免有誤，請(qǐng)修改指正！
海悅輪輪機(jī)長(zhǎng)：賈廣信
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恭喜賈廣信輪機(jī)長(zhǎng)
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