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        淺析大中功率柴油機曲軸斷裂事故的原因

        2021-07-30 04:40:08林海王磊尹彥廣鄭志強趙亮
        中國設備工程 2021年14期
        關鍵詞:裂紋

        林海,王磊,尹彥廣,鄭志強,趙亮

        (1.中國石油集團濟柴動力有限公司,山東 濟南 250306;2.中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司第一機械廠,天津 300000)

        柴油機運轉過程中,曲軸受力復雜,既受到交變的彎曲作用、交變的扭曲作用,還受到摩擦作用和承受很大的沖擊載荷,所以當外界的載荷過大,超過曲軸的承載能力或者曲軸本身的強度下降,適應不了外載負荷對其本身的強度要求,就會發(fā)生裂紋、斷裂現象。

        1 原因分析

        柴油機長期運轉,曲軸軸頸都有比較大的磨損,軸徑出現偏磨、橢圓、錐度,有的還有較深的溝槽,這就需要對軸頸進行磨銷修理。曲軸軸頸經過多次磨修,其軸頸尺寸越來越小,接近或超過最小使用極限值,強度降低。由于柴油機長期運轉,曲軸在較大外載負荷的長期作用下,疲勞過度,超過了本身的承載極限是造成曲軸斷裂的主要原因之一。

        圖1 曲軸斷裂圖

        2 使用維修方面

        (1)柴油機長期超負荷運轉,扭轉力矩超過曲軸本身的承載能力,造成曲軸斷裂。供油角度過大時,產生過高的爆發(fā)壓力,使曲軸受到的機械應力增加,造成斷裂。

        (2)柴油機發(fā)生了飛車事故,產生過大的離心力和慣性力,使曲軸受到的機械應力增加,造成曲軸斷裂。

        (3)柴油機發(fā)生了抱缸、燒瓦事故,使曲軸受力增加,從而造成曲軸因疲勞而斷裂。

        (4)各缸供油量不均或供油角不均。各缸工作中產生的爆發(fā)壓力不均,不僅使曲軸受力發(fā)生變化,而且造成各軸承磨損不均,久而久之,曲軸軸頸因受力不均,在軸徑圓角根部產生應力過大,造成疲勞損傷,曲軸產生裂紋、斷裂。

        (5)主軸承螺母松動,或主軸承螺栓斷裂,軸徑失去正確的支撐,使受力力臂加長,造成曲軸斷裂。軸承異常磨損,導致曲軸受力增加,從而引起曲軸裂紋或斷裂。同時軸瓦異常磨損,出現嚴重的燒瓦事故,導致曲軸過熱,強度降低,引起曲軸裂紋或斷裂。

        (6)連桿大頭螺栓斷裂,曲軸被失控的連桿擊傷或卡死而斷裂。

        (7)柴油機發(fā)生燒瓦事故,由于燒瓦后產生大量熱量傳導不出去,引起曲軸過熱,造成曲軸材料內部組織結構發(fā)生變化,使其強度降低而發(fā)生裂紋、斷裂。

        (8)飛輪緊固螺栓松動,飛輪竄動,使曲軸輸出端鍵槽處裂紋。

        (9)減振器失效或安裝不正確,工作中擺動,在曲軸自由端鍵槽處產生裂紋。

        (10)與發(fā)動機機組相連接的配套機械不匹配。發(fā)動機和工作機械配套選型不對,專用發(fā)電機組用柴油機帶工程機械,或柴油機在共振轉速下工作,使柴油機、曲軸產生巨大的振動,造成曲軸斷裂。

        (11)柴油機與配套連接機械對中不好,造成柴油機振動過大,曲軸附加應力增加,超過強度允許值而產生裂紋或斷裂。

        (12)柴油機外接機械負荷變化太大,帶負荷時過快、過猛,曲軸承受過大的沖擊載荷,造成曲軸產生裂紋、斷裂。

        (13)柴油機風扇端加帶外力負荷,特別是橫向傳遞力矩會造成柴油機曲軸自由端斷裂。

        (14)柴油機外接機械發(fā)生嚴重故障,發(fā)生卡死現象會將柴油機曲軸扭斷。

        3 制造、修理、材料方面

        (1)機體主軸孔座孔不同心或氣缸軸線和曲軸軸線垂直度超差,造成軸頸局部地方的附加力增加,間隙變小,引起軸頸的異常磨損,進而發(fā)展成燒瓦,產生的大量摩擦熱量,造成曲軸局部過熱強度降低引起裂紋、斷裂。

        (2)機體材料硬度不夠,強度不足,盡管主軸承蓋緊固力矩相同,但使用一階段后,強度不足的主軸承座孔就會發(fā)生變形,曲軸在軸承座孔內支承受力太小部位都發(fā)生變化,產生過大的附加應力,造成曲軸斷裂。

        (3)曲軸材質不合格。機械性能不好,金相組織不符合要求或成分不合格,造成曲軸本身強度不足,導致在工作過程中,產生裂紋或斷裂。

        (4)曲軸的熱處理方法不符合要求,曲軸材料內部產生過多的內應力,造成曲軸裂紋或斷裂。

        (5)曲軸彎曲度超差,造成軸頸局部間隙過小,附加力增大造成柴油機曲軸振動加劇,附加應力超過曲軸強度許用值而產生裂紋,造成曲軸損壞。

        (6)曲軸軸徑的圓角,特別內R弧的尺寸和粗糙度十分重要,粗糙度不足和R過小將使應力明顯增大,往往裂紋首先從此處開始,造成曲軸斷裂。

        (7)曲軸平衡塊位置不對或曲軸動平衡不好,造成柴油機振動過大,曲軸附加應力增加,超過曲軸的承載極限,造成曲軸裂紋或斷裂。

        (8)曲軸的鑄造質量有缺陷,有氣孔、縮松、夾渣或硬度不夠、強度不足,造成使用中在機械應力和熱應力作用下產生裂紋或斷裂。

        4 結語

        柴油機經長期使用,曲軸各軸徑會有正常的磨損,修理尺寸不得小于曲軸承載的最小值,運行過程中,應避免超載、飛車、燒瓦拉缸等事故的發(fā)生,加強日常的維護保養(yǎng)工作,從而避免和減少柴油機曲軸裂紋或斷裂的事故,保證柴油機的正常使用。

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