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【案例】MAN 16/24连杆伸腿故障分析及解决方案

本文将就一起MAN 16/24的连杆伸腿故障及解决方案进行介绍。

事故过程介绍:

时间:****年3月14日 1055

某轮长江满载上行至仪征航段,

机舱值班人员发现2#发电原动机3#缸排气温度偏差较大,决定换用3#发电原动机,对2#发电原动机排气偏差问题进行处理。

二管轮于1055按操作规程机旁启动3#发电原动机,启动后听见声音异常,立即停车,停车时间1056,发现3#发电原动机4#缸曲柄箱道门已经打坏,连杆飞出机体。下图为事故发生后的第一现场。

损失情况:

本次机损导致机架损坏;曲轴损坏;连杆一只损坏;活塞一只损坏;缸套一只损坏;连杆大端轴瓦一副损坏;气阀顶杆一根弯曲损坏;旋阀器两只损坏;摇臂轴承一只损坏;滚轮销一只断裂。具体损坏零件的图片见下面的图片。

该轮在****年2月19日对3#发电原动机进行由MKI升级至MK2的检修。所有气缸单元(包括缸头总成,缸套,活塞连杆总成,气缸冷却水套,连杆大端轴承)以及进排气凸轮全部更换。

6个气缸单元全部更换后,进行磨合运行及带负载运转。至3月12日,共运行278小时,停车检查保养。对曲柄箱检查,未发现异常现象。为了设备的可靠运行,对连杆螺栓,缸头螺栓进行复查,气阀间隙进行复查。复查后处于备用状态。3-14日上午进行保养后的第一次启动,仅仅70秒时间,就出现了这么严重的机损事故。

经过询问二管轮及机工长,3-12日对3#发电原动机进行升级后的第一次保养。对曲柄箱进行了检查,未发现异常。机油滤芯更换,缸头螺栓预紧力复查,气阀间隙调整,连杆螺栓预紧力复查收紧。连杆螺栓收紧时,由三个人配合进行。大管轮操作液压泵,二管轮在船舶的右边,复查右边的螺栓,机工长在左边,复查左边的螺栓。每一个螺栓收紧的时候,二管轮都会对机工长收紧的这边的收紧角度进行询问。复查的时候,液压拉伸器加压到120Mpa,检查螺母是否能松动,可以松动后再上紧。整个复查过程经过了解,仅仅6#缸发现在120Mpa压力下,螺母无法松动,继续加压到125Mpa,发现可以松动。二管轮要求两边将这个螺母全部松下,拆卸液压拉伸器,手动旋紧后再用液压拉伸器拉至120Mpa,核对两边上紧的角度,确认正常后再次将液压拉伸器泄压,再把拉伸器拉到120Mpa进行复查。现场看,松动的螺母在机工长复查的这一边,询问机工长在复查时是否发现有异常情况发生,机工长反馈,未发现螺母有松动现象,所有螺栓的收紧过程未发现异常情况。

检查认为,连杆螺栓螺母松动退出导致故障的可能性较大,随即对未出现故障的气缸进行检查,对螺栓的预紧力进行复查。对液压泵压力表的准确性进行验证,对复查过程进行询问,均未发现操作上的异常。液压螺母在压力达到120MPa后可以拨动,从完全泄压至螺栓拉至规定120Mpa压力,共需上紧4-5个液压螺母的孔,约需上紧220度转角。液压拉伸器的上紧槽可见两个孔(见下图)。

检查发现两个连杆螺栓情况如下图:

从退出的螺母可见,部分螺牙完好,螺牙损坏部位与螺栓损坏部位相吻合。

从螺母及弯曲的螺栓看,螺母确定无疑是从螺栓松出脱落。

连杆大端下轴承座螺母松出的一边有明显的螺母与轴承座相对运动的痕迹:

从检查的情况看,左边的连杆螺母松动,从螺栓松出,导致本次机损的发生是可以确定的。那么,螺母为什么会出现收紧后的松动,从下面两个可能方面进行分析:

第一种可能,活塞在气缸内部出现的严重损坏,解体,解体后的零件导致了连杆大端螺栓的松动,从而导致了本次事故的发生。

成立理由:

1. 活塞固定的四个螺栓断裂未出现弯曲现象,其中一根螺栓了缩颈现象。仿佛螺栓是被拉断的情况。

2. 连杆螺栓进行了松紧度的复查。询问操作人员,未了解到操作异常的情况。

3. 气阀旋阀器一只损坏,气阀顶杆一根弯曲,气阀滚轮销一只断裂。活塞应当与气阀发生了碰撞,损坏的是排气阀的旋阀器与滚轮,应该是在排气冲程活塞头与气阀进行的碰撞。

4.缸套内部有一段凹槽,占圆周的150度角左右。活塞如果在气缸内部解体,有可能导致气缸内部的异常情况发生。

否定理由:

1. 活塞解体的理由不明确。气缸燃烧室空间未发现进水,进油现象,启动前的盘车正常,活塞头部未见异物冲击痕迹,无证据表明活塞受到异常的外力。

2. 如果活塞在气缸内部解体,气缸内部应当有被连杆小端撞击损坏的痕迹,但这个痕迹未见。

3. 连杆螺栓如果受外力导致松动,应当有外力击打至连杆大端下瓦座,从而导致螺栓拉伸而松动,但连杆大端下盖无明确受外力击打痕迹。如果螺栓本身受外力将导致螺纹的损坏,螺母将无法从螺栓松出。

4. 螺母松开的这根螺栓未发现有拉长缩颈现象,螺栓还处于胡克定律的弹性变形阶段,螺栓未发生塑性变形。在弹性变形阶段,原则上螺栓在预紧力的作用下不会松动,螺母不会松出。

5. 升级检修后的278小时运行后的检查,未发现异常情况。启动仅仅一分钟时间便发生了这么严重的故障,活塞在启动阶段的受压少于大负载时的受压,受拉稍大,但仅仅一分钟时间就解体,并解体后的零件将螺栓碰撞松动,可能性不大。

第二种可能,连杆螺母松动脱落,导致了事故的发生。

成立理由:

1. 连杆螺母一个从螺杆上松动并从螺纹下行至3-4个螺牙处被拉出。这说明连杆螺母是从螺栓上螺纹走出。

2. 连杆螺母从连杆螺栓松出,符合目前发现的所有迹象。

否定理由

该螺栓刚刚经过第二次复查,复查人员复查的螺栓有很多个,这个螺栓仅仅是其中一个。检查其他该操作人员复查的螺栓,未发现异常现象。通过沟通,也未发现该同志的操作技能有问题。

柴油机制造方的检查结论:

事故发生后的第二天,我们邀请了驻镇柴的MAN公司专家及镇柴相关专业人员上船进行了实地的查看。

MAN公司专家John hassel 上船检查后得出的结论如下:

结论:

综合以上分析,认为螺母未被正确的上紧是导致本次机损的直接原因。

在3月12日进行曲柄箱检查,并复查螺栓预紧力的时候,出现了失误,导致左边的螺栓未被正确的收紧,从而导致运转后,螺母受到冲击,从而松出,导致了机损事故的发生。

如果防止类似问题的再次发生:

1. 轮机管理人员是为了柴油机升级后运行的可靠性,对螺栓的收紧进行了复查。但这个螺栓的收紧工作非常重要,船舶升级后运转278小时正常,中间仅仅对螺栓进行了收紧检查,检查后的第一次启动70秒钟时间便发生了这么严重的机损。对于液压螺栓的收紧,应当进行两次收紧的复查。人员和工具都应该进行更换复查。

2. 液压上紧螺栓的标记。

液压上紧螺栓的标记非常重要。在第一次收紧到规定压力后,应当将工具卸下,在螺母与固定件的相对位置进行临时标记,然后再安装专用工具,进行第二次复查,复查后检查标记位置的变化情况。并对复查到位后的螺母进行永久性标记。这样做将避免螺栓不正确的上紧,并且,也将对以后螺栓的收紧及变形量的检查起到参考作用。螺栓及螺母在拆卸的时候应当进行标示,防止位置安装的错误。

日常的复查,查看标记即可。

据笔者了解类似问题,在其他船舶上也发生过多起。也是在保养后启动短时间就发生严重损坏,连杆伸腿。这里有个细节,这个机型的连杆螺栓螺纹是粗牙螺纹。粗牙螺纹在自锁防止松动方面的性能较差,万一有松动,螺母就会很快退出螺纹,没有自锁能力。另外一个方面,从完全松动到完全上紧到额定扭矩,螺母仅仅220度转角,半圈多一点。太容易出现失误了。如果MAN公司能将这里的螺纹改为细牙的,一方面,自锁能力强!另外,上紧角度大,出现这种失误的几率就会下降很多。

个人观点!供各位专家参考!

本文作者:南京油运 张勇

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