南通航运职业技术学院学报  2018年02期 39-41   出版日期:2018-06-25   ISSN:1006-6977   CN:61-1281/TN
某轮主机增压器转子断裂故障的分析与处理


 

0 引言
目前, 船舶柴油机普遍采用废气涡轮增压器, 且增压压力逐渐向高增压方向发展, 这一方面增加了柴油

机的功率, 另一方面也提高了柴油机运行的经济性。[1]柴油机废气涡轮增压器的工作状况不仅直接影响

了船舶动力装置的动力性和经济性, 还决定了船舶航行的安全性。因此, 增压器的管理与维护对船舶的

正常营运具有极其重要的影响。[2-3]轮机管理人员必须时刻监测柴油机增压器的运转工况, 根据其运行

参数, 分析判断增压器的工作状态, 及时发现故障的预兆, 并采取必要的调节和检修措施, 以避免严重

故障的发生, 保证柴油机的正常工作和船舶的安全营运。[4-5]本文将以某轮柴油主机增压器的故障为例

, 分析该故障产生的原因, 并在此基础上总结出相关的维护管理经验。
1 故障概况
某轮主机型号为MAN B&W 6L 60MC柴油机, 额定功率为15 000马力 (约11 025k W) , 额定转速为105

r/min, 实际营运中大部分时间控制在98 r/min左右。采用直流扫气方式, 并采用定压涡轮增压, 增压器

转速正常保持在10 000 r/min左右。
在某航次开往新加坡的途中, 该轮主机增压器产生了比较剧烈的振动, 在管理人员检查各缸工作状况后,

发现排气温度比较正常, 后经核桃壳对涡轮机进行冲洗, 也未见明显好转。船舶管理人员经研究后决定,

临时在压气机消音器壳体上焊接一根加强筋予以加固, 振动得以改善。船舶继续航行了两天, 增压器突

然发出“轰”的一声巨响, 转速急剧下降, 同时主机扫气压力也迅速下降, 各缸排烟温度明显升高。值

班轮机员立即停止主机运转并通知驾驶台和轮机长, 船舶随即进入漂航状态。轮机长组织机舱人员分别

拆开增压器前后两端壳体端盖, 发现增压器涡轮端喷嘴环和压气机端叶轮均有严重损坏。由于船上并无

相关备件, 最后只能决定采取应急措施, 用专用工具锁住转子两端, 停止增压器运转, 主机经大幅降速

后继续向目的港口航行, 同时通知公司机务部门, 准备相关备件, 以便船舶抵港后能及时对设备进行修

复。
船舶抵达新加坡锚地后, 岸上的技术人员上船对增压器进行了解体, 发现转子轴从压气叶轮端布司轴颈

处断成两段, 断口形貌如图1所示。同时对轴承进行了检查, 发现推力轴承、浮动轴承均有不同程度的损

伤。增压器压气端叶轮与壳体之间有明显的擦碰痕迹。损坏零件在船舶条件下无法修复, 只能更换新的

零件。公司立即在新加坡通过多渠道联系, 很快找到了一根相同型号的增压器转子总成, 船上正好有轴

承、气封和油封等相关备件, 所有损坏零件换新后, 故障得以彻底排除。
图1 断口形貌
图1 断口形貌 下载原图
2 事故原因分析
为了分析该故障产生的原因, 总结相关的维护管理经验, 笔者与其他轮机部同事一起进行了仔细地检查

与分析。首先, 对损坏的转子轴进行检查。在转子轴断口处, 通过仔细观察端口形貌, 可以发现转子轴

断裂处附近表面有明显的细微裂纹, 裂纹扩展区呈蜘蛛网状, 构成了破坏的疲劳源, 降低了转子轴的强

度。其次, 通过观察, 可以发现转子轴断裂面与轴线约成45°, 说明在转子轴断裂过程中, 存在较大的

弯曲与扭转应力, 这部分应力是导致转子轴断裂的主要原因。转子轴断裂位置的形态如图2所示。从图中

可以发现, 最后转子轴的断裂区域并不大, 尚不足轴径的一半。综合以上因素, 可以判断上述转子轴断

裂属于典型的弯曲—扭转疲劳破坏。
图2 增压器断裂位置示意图
图2 增压器断裂位置示意图 下载原图
另外, 检查中还发现增压器压气机端叶轮锥套表面有点状腐蚀痕迹, 安装也并未完全到位。通过调阅上

次船舶进厂修理资料, 发现船厂在增压器拆洗中对锥套进行过更换。结合压气机壳体上的碰擦痕迹, 可

以推断出本次故障的发生原因和演变过程, 具体如下。本船进入船厂检修, 在检修增压器后安装质量不

佳, 未严格控制相关间隙, 锥套安装不到位, 导致压气机叶轮与壳体产生碰擦, 同时没正确地进行转子

动平衡试验, 致使增压器在后期的运转中存在不平衡力矩, 产生了附加的振动和过大的扭转应力。在运

转过程中, 锥套与压气机叶轮未完全地紧密贴合, 产生微动磨损和空泡腐蚀, 配合间隙逐渐加大, 振动

和不平衡力矩也进一步加大。在此情况下, 首先在转子轴薄弱部位产生细微裂纹, 然后在过大的扭转及

弯曲应力下裂纹逐渐扩展, 最后轴的承载面积越来越小, 不足以承受相应负荷, 最终导致增压器转子轴

突然断裂。另外, 在转子断裂前期异常振动中并未引起足够的重视, 也没有及时采取合理的维修措施,

虽然对壳体进行了加固, 但没能从根本上消除激振源, 最终才酿成了严重的断轴事故。所以, 船厂维修

后没有装复好, 是导致本次故障的根本原因。
3 事故带来的启示
3.1 及时发现设备故障征兆
船舶轮机设备在日常运转中, 值班人员尤其是主管轮机员要及时发现设备的相关故障征兆, 对各种信息

进行科学分析, 及时采取正确的处理措施或详细检查, 将故障扼杀在萌芽期间。故障的发生一般要经历

一定的过程, 在故障发生初期, 如果能够及时处理, 将会有效保护轮机设备, 反之, 如不能及时发现初

期的故障并进行对应处理, 将造成严重的机损事故, 同时为后续的修理增加难度和工作量。
3.2 严格把控船舶维修质量
从本次故障可以发现, 船舶在船厂维修时的施工质量直接决定了船舶相关设备运行的可靠性。所以, 船

舶在进厂维修期间, 船舶公司和相关责任船员要加强监督, 重要工程应由检修负责人亲自监修, 确保零

件材料、工艺和安装质量符合相关的技术要求, 避免埋下故障隐患, 确保船机设备在营运中能安全运转,

从而保障船舶的正常运营。
3.3 加强船岸配合协调
船岸之间要建立及时有效的沟通机制, 公司机务部门要多收集内外部各种资料, 尤其是一些典型重大的

机损案例, 及时传递给船舶, 避免类似故障在本公司的船舶上发生。船上在发生一些较严重故障时, 也

要及时电告公司相关部门获取相应的技术指导, 共同抉择, 采取更加合理有效的方法来解决相关问题。
4 结束语
船舶机械、设备在长期的运转使用中, 由于各种内部和外部的因素, 其技术状态和使用性能会不断下降,

而设备的安全运转又直接关系到船舶及船员的安全。轮机管理人员和船舶管理公司均要不断提高管理水

平, 综合运用各项知识与技能, 确保船机设备及船舶的安全运营。
参考文献
[1]李斌.船舶柴油机[M].大连:大连海事大学出版社, 2008.
[2]魏海军, 金国平.轮机维护与修理[M].大连:大连海事大学出版社, 2008.
[3]朱梅林.涡轮增压器原理[M].北京:国防工业出版社, 1985.
[4]徐晓健, 严新平.船舶动力系统故障诊断方法与趋势预测技术研究[D].武汉:武汉理工大学, 2014.
[5]刁瑞娴, 祁云嵩.柴油机涡轮增压器故障诊断[D].镇江:江苏科技大学, 2014.