微精选

一、监测分析

1、监测数据

在对某船机电设备的定期油液监测中，先后发现2﹟、1﹟发电柴油机润滑油中金属元素含量异常。

其中，2﹟发电柴油机润滑油中铜、铅、铁、铝元素含量偏高，且铜、铅、铁元素含量相比前次监测数据有明显增加；

1﹟发电柴油机润滑油中铁、铜、铝、铅元素含量偏高，且铁、铜元素含量相比前次监测数据有明显增加。

2﹟和1﹟发电柴油机润滑油中磨损元素含量如表1、表2所示。

2、运动部件材质信息与磨损元素可能来源该船配置 2台发电柴油机，均为同一型号的6缸V型排列柴油机。

根据査询相关技术资料，柴油机主要运动部件材质信息如表3所示。

根据表3可基本了解该型柴油机润滑油中金属元素主要来源，柴油机润滑油中金属元素主要来源如表4所示。

3、问题分析与监测结论

根据表3和表4,润滑油中铜、铅元素含量髙意味着该型柴油机轴瓦或衬套存在异常磨损，而锡元素含量又相对不高，故基本排除衬套磨损问题，可将故障排查集中于轴瓦 （即连杆轴瓦与主轴承轴瓦）。

润滑油中铝元素来源相对单一，基本来源于活塞。

铁元素来源较为丰富，考虑到两机均可能存在轴瓦磨损问题，以及两机润滑油中均有明显的铝元素、铬元素，铁元素可能来源于缸套磨损、曲轴轴颈对应轴瓦部位磨损。

此外 ，对比分析表1和表2数据，2﹟发电柴油机润滑油中铜、铅元素含量增长更为明显 ，1﹟发电柴油机润滑油中铝、铁元素含量增长更为明显。 

由以上分析，可得到如下结论：

2台发电柴油机均存在轴瓦（主轴承轴瓦、连杆大端轴瓦）磨损异常问题，其中2#发电柴油机问题表现得更为明显；

2台发电柴油机活塞与缸套均可能存在磨损问题，其中1#发电柴油机问题表现得更为明显。

考虑到柴油机已出现明显异常磨损征兆，建 议船方排査2台发电柴油机磨损故障，重点排查主轴承轴瓦、连杆大端轴瓦以及活塞缸套部位。

二、故障排查

在接到情况通报后 ，船方组织修理人员排查问题，拆检发现2台发电柴油机均存在明显异常磨损问题。 

1）2#发电柴油机存在如下情况。 

（1）4道主轴承下轴瓦均存在不同程度磨损 ，1#、2 3#主轴承下轴瓦部分表面呈研磨状，表层被擦掉，表面粗糙，并有多道露铜滑槽。

2#发电柴油机主轴承轴瓦磨损照片如图1所示 ，图1中带孔和油槽的为上轴瓦，无孔和油槽的为下轴瓦。 

图1 2#发电柴油机主轴承轴瓦磨损照片

（2）4#主轴承下轴瓦存在严重磨损，不仅表层被擦掉，而且在中部有3.5mm宽、1mm深的露铜凹槽，该凹槽对应曲轴轴颈部位出现金属硬质凸点。

2#发电柴油机4#主轴承轴瓦和主轴承轴颈磨损照片如图2、图3所示。 

图2 2#发电柴油机4#主轴承轴瓦磨损照片

图3 2#发电柴油机4#主轴承轴颈磨损照片

（3）活塞裙部表面、缸套内表面有明显拉痕。 

（4）连杆大端轴瓦情况正常。 

2）1#发电柴油机存在以下情况。

 （1）1#、2# 3# 4#主轴承轴瓦均存在不 同程度磨损，其中1#4#主轴承下轴瓦磨损最为明显，部分区域表面层被擦掉，表面粗糙且有高温变色痕迹，并有多道较浅露铜凹槽。

1#发电柴油机1#和4#主轴承轴瓦磨损照片如图4、图5所示。 

图4 1#发电柴油机1#主轴承轴瓦磨损照片

图5 1#发电柴油机4#主轴承轴瓦磨损照片

(2)活塞裙部表面有明显划伤痕迹。

P发电柴油机活塞裙部典型划伤痕迹如图6所示。 

图6 1#发电柴油机活塞裙部典型划伤痕迹

(3)缸套内表面有明显划痕。

(4)曲轴及连杆瓦磨损情况正常。 

对比两机磨损情况，2#发电柴油机轴瓦部位磨损更为严重，1#发电柴油机活塞、缸套划痕更为明显，与油液监测数据基本吻合。 

三、故障柴油机轴瓦化学成分检测

为了切实了解主要磨损元素来源，构建油液监测数据与故障拆检结果对应关系，获取该船2台发电柴油机主轴承轴瓦、连杆大端轴瓦 ，送专业实验室检测轴瓦表面镀层及合金层主要化学成分。 

采用检测方法为X射线荧光光谱法，主要参考GB/T16597—2019《冶金产品分析方法X射线荧光光谱法通则》。

检测前需要样品制备，其中为检测合金层化 学成分，需要磨掉表面镀层。

轴瓦化学成分检测数据如表5所示。

根据表5中数据，可确认连杆大端轴瓦和主轴承轴瓦材质组成相同，表面镀层为铅基合金材料，合金层为铜基材料。

为便于分析，将3次检测数据取平均，结果见表5。

由表5平均数据可推算轴瓦合金层中铜与铅的比值为5.39。

由表1推算2#发电柴油机润滑油中铜与铅元素含量比值为4.07,由表2推算1#发电柴油机润滑油中铜与铅元素含量比值为5.17。

2台发电柴油机油液监测数据铜铅元素含量比值均接近轴瓦合金层铜铅元素成分含量比值，表明油液监测数据基本反映了故障轴瓦材质化学成分组成。

其中，1#发电柴油机比值数据较为接近，而 2#发电柴油机数据相对低一些。

这种现象是由于2#发电柴油机主轴承下轴瓦表面镀层磨损明显大于1#发电柴油机主轴承下轴瓦而表面镀层为铅基合金材料，故造成2#发电柴油机铜铅比值数据相对低一些。 

四、原因分析

从故障拆检现场看 ，该船2台发电柴油机均存在如下磨损情况。 

1）具有明显的磨粒磨损问题。

2台发电柴油机主轴承轴瓦、活塞、缸套表面均具有明显划槽，表明润滑油中含有较多机械杂质。

据船方反馈，该船发电柴油机所用润滑油为其它单位淘汰的旧油，并且在该船也已使用较长时间。 

2）除磨粒磨损外，主轴承轴瓦还具有明显的润滑不良问题。

2#发电柴油机4#主轴承轴瓦对应轴颈部位出现硬质金属凸点（金属熔化物），主轴承轴瓦表层被擦掉，以及表面变色的情况，均说明使用中存在润滑不足及其引发的轴瓦高温问题。 

综合以上情况，判断润滑油使用时间过长导致油品质量下降、机械杂质过多是造成2台发电柴油机出现磨损问题的根本原因。

润滑油杂质过多不仅会造成轴瓦表面、缸套表面、活塞表面出现明显的磨粒磨损问题，还会堵塞主轴承润滑油油道，造成润滑不足，继而引发轴瓦表面过热，导致轴瓦表层低熔点金属熔化而被擦掉。

部分熔化金属会聚集在一起，在停机冷却后形成冷焊点黏结在轴颈上，形成金属凸点，导致出现更为明显的磨损凹槽。 

该船发电柴油机为高速柴油机，对润滑油使用有明确要求：

若未定期开展油液监测，要求滑油使用400h后更换滑油；

若定期开展油液监测，要求滑油使用500h后更换滑油。

然而，该船发电柴油机使用的是其它单位淘汰的旧油，虽然在投入使用之初润滑油黏度和水分含量符合要求，但润滑油中已含有较多的积碳和其它机械杂质。

再加上该旧油继续在该船发电柴油机上长期使用，润滑油中杂质含量较高，极易引发磨损问题。

据了解，该船所在单位其它船舶柴油机使用中也存在类似情况。 

五、结束语

本文所述实例是采用润滑油原子发射光谱分析诊断柴油机磨损故障的典型范例。

通过该实例分析得到以下结论。 

1）润滑油中金属元素含量比例关系能大致反映磨损部件主要化学成分，可用于柴油机异常磨损部位判别。 

2）润滑油机械杂质含量对柴油机磨损有较大影响，应高度重视该项技术指标监控。

3）柴油机磨损故障诊断时，必须对诊断对象有足够深入了解，才能根据异常数据或征兆做出准确诊断。

准确掌握柴油机主要运动部件摩擦副材质信息是在柴油机故障诊断领域的基本表现与内在要求。

原文标题为《基于润滑油光谱分析技术对某船柴油机磨损问题的分析与诊断》

原创作者系：

中国人民解放军某部队

吴善跃, 方 瑜, 钱 怡