【船机帮】船舶柴油机曲轴臂距差影响因素及策略

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导读

伴随着我国经济的飞速发展，船舶工业也得到了快速的兴起，柴油机在运行过程中，受力不当的曲轴不但会造成活塞受到损坏，严重情况下还会导致曲轴发生裂纹甚至断裂等，造成柴油机不能正常运行。

一

研究背景与研究目的

曲轴的工作条件要求其必须保证轴线呈直线状态，然而曲轴具有相对较差的刚性，在静止状态下，曲轴因轴承不同程度的磨损承受了相对较大的弯曲力矩，若在此情形下曲轴持续较长时间的运转，就会形成反复作用的 附加应力，进而曲轴的折断损坏风险就会极大的增加。

所以，为实现柴油机的正常安全运行，必须确保曲轴臂距差控制在规定范围内。

因此，本文对船舶柴油机曲轴臂距差的影响因素进行分析并提出相应的解决策略。

二

曲轴臂距差的影响因素及策略

1.柴油机机座填充垫块对臂距差的影响与策略

柴油机机座填充垫块作为柴油机中一个至关重要的部件，其对柴油机机座起到了固定的作用并且实现了机座位置的调节作用。

一般情况下，金属材料作为制作形状多样的柴油机机座垫块的主要材质，需要注意的是在加工过程中，需留出适当的研磨余量，约为0.1～0.2mm，并保证0.05mm的塞尺不能插入机座与垫块的间隙中。

导热性、延展性以及易热胀冷缩是金属材料所独具的特征，因而长期处在高频振动、高温的环境中的金属垫块很容易导致柴油机机座发生形变，最后造成曲轴臂距的变化。

综上分析，若选择金属材料来制作柴油机机座的垫块，为了避免机座的变形需要精确加工接触表面，并且还要确保垫块与柴油机机座的接触面积超过70%以上。

所以，金属已不再是柴油机垫块的主要材质，环氧树脂高聚物代替了原来的金属，其所制作的垫块不仅可以实现与机座的完全接触，而且与金属材质的垫块相比，其具有相对较差的导热性，优良的隔振性能有效地保障了曲轴臂距差控制在标准合理的范围内。

环氧树脂垫块应有的总长度：

2L₁= (A ＋α)/ H₁

式中：

α—螺栓孔总面积，cm²；

L₁—机座一侧支承垫片的长度，cm。

将柔性的泡沫塑料条切割成相应的尺寸，通常泡沫围条的高度应比环氧树脂垫块的厚度要高出5mm～6mm。

将泡沫围条塞入机座与底座平面之间，紧密贴合上、下平面，形成垫块浇注的模壳(见图1、图2)。

图1 将泡沫塑料条整平到适当高度

图2 按垫块图插入塑料条

2.船舶传动系统安装对臂距差的影响及策略

为了减小船舶传动系统安装给臂距差带来的影响，在安装船舶尾轴传动系统中需要注意安装的先后顺序，首先安装开始于螺旋桨轴，然后中间轴、推力轴、齿轮箱是以螺旋桨轴法兰作为基准轴来进行安装的，最后进 行安装的是柴油机。

由于传动轴系是通过法兰与曲轴进行刚性连接的，这会导致曲轴臂距产生曲折和偏移。

船舶的规范要求是曲折值不得超过0.1mm/m，偏移值不得超过0.1mm，当曲折值与偏移值超过规范要求时，曲轴主轴承就会产生较大程度的磨损。

所以，需要对传动轴系与曲轴的中心线高低加以调节来进行矫正。

3.主轴承不均匀磨损对臂距差的影响与策略

运行中的柴油机在每缸都会有不同的工作状况，因此，曲轴的每个轴承会承受不同的应力，因而造成不同程度的磨损。

曲轴的各主轴颈会因为不均匀的主轴承磨损程度而发生不均匀的下沉，进而导致曲轴轴线发生形变，引起曲轴臂距差不同程度的变化。

虽然主轴承磨损原因看似复杂并且没有合理的规律，然而，对于长期运行的柴油机而言，存在一定的规律。

因此，在对曲轴臂距差进行调整的过程时，若发现曲轴臂距差数值超出了正常规律的范围，应对曲轴轴线状态进行检验，可以应用测量臂距差值和桥规值的方法。

假如通过两种方法所测的结果不相一致，那么可以说明柴油机机座发生的塑性形变是导 致臂距差过大的主要原因。

4.缸内气体压力对臂距差的影响与策略

柴油机曲轴在安装过程中先将曲轴安装于柴油机基座上，然后吊装活塞运动装置部分。

在安装过程中即使在安装活塞运动装置部分之前，也会由于曲轴体积、质量过大，曲轴自重的原因发生曲轴中心线下沉的状况。

当在安装活塞运动装置部分之后，活塞运动装置和曲轴自重叠加，会使柴油机曲轴中心线下沉的情况更加严重。

从另外一个方面来说，柴油机在工作过程中，燃烧室中的油气混合物发生燃烧，体积迅速增大，会对活塞运动装置部分产生巨大的推力，这个推力通过活塞运动组件中的连杆传递给柴油机曲轴，曲轴会同样产生轴线下沉的不良结果。

对于前一种影响因素，我们可以在生产柴油机曲轴的过程中充分考虑、计算曲轴自重和柴油机活塞运动装置部分的重量，提前对柴油机曲轴做好反方向中心线预变形，从而在一定程度上抵消该因素对柴油机臂距差的影响。

对于后一种影响因素，虽然我们可以采用调节柴油机单个汽缸燃油供给量的方法进行避免，但是这种做法将严重影响柴油机各个汽缸功率输出的均匀性，采取这种预防措施对 柴油机的损害更加严重。

目前行业内对第二种影响因素尚未有较好的对应措施，需进行进一步研究。

5.飞轮对臂距差的影响与策略

通常为轮缘形结构的飞轮一般都是安装在柴油机的曲轴上，其材质一般都是由铸钢、铸铁或锻钢，轮缘处作为飞轮的主要质量部位。

然而曲轴会因为较大的飞轮质量极易发生形变，从而造成曲轴臂距差产生较大影响。

为了确保曲轴臂距差控制在规定范围内，需要对轴承高度进行适当的调整，其中较为普遍的方法主要有以下两种：

图3 升高外伸轴承调整臂距差

一是对外伸轴承的高度进行适当的升高（如图3），进而可以使曲轴臂距差负值减小，保证其控制在规定允许的范围内；

图4 升高飞轮线主轴承调整臂距差

二是对靠近飞轮的主轴承进行适当的升高（如图4），此种方法虽然可以减小曲轴臂距差负值，但相比第一种方法来说存在一定 的风险。

6.船体的形变对臂距差的影响与策略

目前，钢板作为船舶的主要建造材料，弹性是船体所具有的特征。

船体会因为不同的装载货物位置而产生不同程度的弹性形变。

与此同时，船体的形变也会导致柴油机机座的变形，进而造成曲轴发生形变。

鉴于此，为了避免船舶因为货物的集中装载而给船体带来较大的形变，在装货的过程中，应注意均匀合理的装载，确保曲轴臂距差控制在规定范围内。

值得注意的是具有较大船龄的船舶，要充分检验装货前后的曲轴臂距差的大小，若发现其超出规定允许的范围，应进行重新调整配载。

三

结束语

在柴油机的实际运行过程中，通过上文的分析可以发现有很多的影响因素对曲轴臂距差带来不同程度的影响。

因此，为了保证船舶柴油机的正常安全运行，相关人员需根据船舶柴油机的实际运行，采取相应的解决策略来减小积曲轴臂距差。

本文原创作者系：

长江武汉航道局   易丁

END