王海洋

（昆山调峰电力有限公司）

导读：

由油雾引起的柴油机曲轴箱爆炸，即使不考虑人身伤害，也会造成严重的经济后果。

通常油雾由主轴瓦、连杆大端轴瓦烧伤引起，随着柴油机气缸内喷压、爆压不断提高，也开始出现活塞组件疲劳破坏导致更严重的曲轴箱爆炸，结果不仅要更换活塞总成、气缸套，甚至要更换曲轴。

由此可见，安装油雾探测自动保护装置，并在日常柴油机中修、大修时对重负荷运动件探伤检测就显得特别重要。

以下是某大功率柴油机电站主机曲轴箱油雾爆炸事故分析。

一、相关参数

该柴油机为MAK8M601C、四冲程、8缸直列式、缸径580mm、冲程600mm、燃重油。

1、运行参数

额定功率9800kW，额定转速428(r/min)，平均有效压力2.23MPa，Z高燃烧压力 16MPa，压缩比13.15，每天按95％额定功率全自动程控连续运行12至15h，累计运行1.6万h。

2、维护保养

按MAK维修手册，在MAK工程师指导下，周期性完成3000h保养、6000h中修、9000h保养、1.2万 h大修、1.5万h保养项目。

3、爆炸相关部件

曲轴箱防爆阀为自动闭合阻燃式、0.02MPa开启、贺尔碧格产；活塞总成德国KS公司产；活塞销材质为低碳合金钢、表面渗碳淬火、外径 240mm、内孔80mm、长490mm、重156kg；活塞群材质为铸造铝合金；气缸套材质为合金铸铁、内孔表面软氮化处理。

二、故障经过

1、故障现象

3号机进入16000h运行时段后，某日开机运行数小时各参数正常，负荷平稳，至12：54时曲轴箱突然发生爆炸，机侧黑烟滚滚，机工马上按下紧急停机手柄，再手动起动电动滑油泵、淡水泵，防止柴油机部件过热 ，此刻发现滑油自动反冲洗滤器超频次动作反冲，暗示滑油系统不明颗粒物过量。

经保险公司许可，打开机体防爆门检查，发现1缸严重拉缸，气缸套下方四周、油底壳布满铝合金颗粒。

2、 1缸部件损坏程度

(1)活塞顶

各环槽很干净、没有积炭，但拉缸时受熔着金属挤压，环槽严重变形，镀 铬层脱落，活塞环在槽内卡死不能动，切断后敲出。

(2)活塞裙

外圆80％以上面积出现热熔性粘着深度(1～3mm)磨损且磨痕与气缸套中心线平行，活塞销座孔被活塞销断口轧压变形。

(3)活塞销

在活塞裙内卡死、无法转动，两端止动卡簧变形无法拆卸，Z后破坏活塞裙才取出，活塞销开放式折断成两截销内孔有一处面积8mm×50mm渗碳表层脱落 (平行于销中心线)，其平行立面断口处有一深30mm宽 50mm边缘分明的疲劳磨损亮带，由此亮带沿轴向展伸出整个不规则大断面。

(4)气缸套

内孔表面粘附有大量的铝合金熔化皮，与孔铸铁表面呈胶着状态，手工无法剥离，送专业缸套厂珩磨后，内孔椭圆度达0.6mm(应<0.3mm)。无法修复。

(5)连杆总成小端衬套

Miba产三金属轴瓦，经活塞销断口切挤，表面铅镀层与镍栅完全破坏，铜铅合金底层完全呈现并深损，参照Miba公司轴瓦比较 图谱，不能使用，后通过锯开取下再浸液氮冷装新衬套。

三、故障原因分析

1、 现象分析

柴油机在95％额定负荷(单缸1160kW)运行 ，活塞销突然折断，其断口轧入连杆小端衬套及活塞裙销座孔，两端也被卡簧卡住，无法转动，致使活塞无法在上下往复运动中 自由摆动，其裙部下缘与缸套内孔由柔性 面接触变成刚性线接触，过大的表面接触应力破坏了气缸油膜而产生干磨损。

摩擦热会合下窜的高温燃气，很快使活塞裙部铝合金固熔并剥落，熔着部位又被没有停止的上下运动撕裂，产生磨粒 (小颗粒由自动滤器反冲去分油机分离，大颗粒后由机工进曲轴箱从油底壳清出)成为加剧表面磨损的磨料。

磨料在运动中堵塞了4只气缸油出油孔，经磨料的堆积、过热、挤压 ，又造成活塞环槽变形，所有活塞环在槽中卡死无法回缩和张开，气缸套也因热变形、内孔椭圆度 由 0.1mm增大至 0.6mm，气缸下部气封彻底破坏，高温高压燃气直接下冲进入曲轴箱与滑油油雾混合 (滑油气化温度约200℃，闪点 270～350℃)，油雾浓度达到可燃混合比即发生爆炸。

2、原因分析

柴油机运行中活塞销突然折断引发曲轴箱爆炸可以认定。

但制造商认为活塞销折断是使用方运行方式不当、过载引起，但我方认为与部件材质有关。

理论依据如下：

（1）材质与金相组织

大功率柴油机活塞销一般由低碳合金钢锻制后加工，表面渗碳淬火后精磨至0.2μm的粗糙度，渗碳层一般是1～2mm厚的马氏体组织。

如碳含量过高，渗碳层易出现大量块状、网状碳化物，使脆性增加，容易在气缸正常燃烧压力冲击下剥落，而渗碳层过薄易引起表面疲劳剥落。

（2）设计应力

按设计理论及应力场分析。

活塞销负载时所受Z大压应力与拉应力均在内孔表面的不同点上，故损坏一般自内孔 表面开始。然后沿内孔的长度方向发展产生裂纹(可观察断销内孔表面的脱落层)。

（3）可靠性及寿命

按制造商使用说明书，活塞组件大修期3万 h(累计运行时间未达3万小时可不拆检)、经济寿命6～7.2万h，此次活塞销运行1.6万 h就发生折断，失效期大大提前，不正常。

四、防范措施

(1)定期拆检活塞销。

按MAK维修手册，活塞销检查属不定期项 目，为防同类事故再发生，公司主动对三台机组所有活塞销进行拆检。

发现1号机3缸、7缸活塞销内孔有肉眼可见纵向裂纹，先着色探伤确认，后超声波探伤 ，裂纹长120mm、深50mm，如继续使用 ，还会发生二次曲轴箱爆炸。

据此，公司自行规定：每逢柴油机周期性6000h中修、12000h大修，必须拆解活塞组件、对所有活塞销表面进行探伤检查。

(2)安装油雾探侧报警装置。

每台机安装德国SCHAller产VN115/93型油雾探测器，在运行中监测曲轴箱内油雾浓度，在部件严重损坏之前自动报警触发停机避免机损事故。

(3)加装主轴瓦温度监视。

五、结论

因三台机气缸总数24只，运行1.6～1.8万小时，就有3只活塞销(一只已折断)出现裂纹，德国KS公司一个批次产品失效率达12.5％，实属少见。

经MAK公司与我司认可,有裂纹未断开的1号机活塞送往船业公认权威检测机构“新加坡动力科技有限公司”，解剖进行金相、晶状组织检测。

测鉴定结论如下：活塞销由于疲劳断裂损坏，主要原因是内孔硬化层下有一簇氧化杂质;活塞销铬含量、硬度、硬化深度不符合标准，晶状图显示有带状及不规则簇状铁素体，导致材质物理及化学性质不均匀，降低抗疲劳强度。

据此结论，MAK公司改用德国MAHLE(马勒)公司活塞总成,并优惠供我司一套活塞总成、两只活塞销、一只气缸套，保证机组继续安全运行。

（来源：柴油机）