浅谈船舶柴油机缸套磨损故障性能分析与处理

浅谈船舶柴油机缸套磨损故障性能分析与处理

刘建安

Wear-outFailureAnalysisandSolutionsofMarineDieselEngineCylinderLiner

刘建安LIUJian-an（福建船政交通职业学院，福州350007）（FujianChuanzhengCommunicationsCollege，Fuzhou350007，China）

摘要院本文就船舶柴油机缸套非正常磨损的现象，进行故障性质分析，对各种可能产生的磨损现象分析和总结，结合笔者在船工作的实践经验，提出了相应的预防和解决措施，以供同行参考。

Abstract:Basedontheabnormalwearandtearphenomenonofmarinedieselenginecylinderliner,thispapercarriesouttheanalysisandsummaryforallkindsofpossiblygeneratingabnormalwearofdieselenginecylinderliner,combinestheauthor'spracticalworkexperienceformanyyearsonboard,andputsforwardthecorrespondingpreventingandsolvingmeasuresasreference.

关键词院船舶柴油机；缸套；磨损故障；性能分析；解决方法

Keywords:marinedieselengine；cylinderliner；wear-outfailure；performanceanalysis；solutions

中图分类号院U664.121文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）10-0074-020

引言众所周知，船舶柴油机是船舶安全航行营运中最主要的动力装置，因而，其安全可靠的管理使用是航运企业或船舶管理公司一项重要的工作。而柴油机的性能故障中———缸套磨损，最直接地影响着柴油机的工作性能，船舶营运的经济性和可靠性，气缸套的磨损在船舶柴油机的相对运动部件正常工作时是难以避免的。据统计，大型低速柴油机气缸套的正常磨损率一般为0.01-0.03mm/kh，最大磨损率应不超过0.1mm/kh，这是可以接受的正常磨损范围。但由于某些因素的影响，将使其磨损率远远超过正常值，即产生过度磨损，甚至必须更换气缸套，使柴油机性能下降，增加船员的劳动强度和柴油机的维修费用。因此，轮机人员必须在提高管理水平，加强管理的同时，充分了解船舶柴油机气缸套异常磨损的类型及其产生机理、磨损规律，并采取积极的预防措施和修复工艺，以提高气缸套的耐磨性，从而使柴油机保持良好的性能。

气缸套的使用期限是以正常磨损情况下的磨损极限—最大容许直径增量和椭圆度来决定的。最大容许直径增量是气缸套的主要磨损，而最大容许椭圆度是次要磨损，它达到自己的极限值比主要磨损迟。当气缸套的磨损超过极限时，气缸套的磨耗速度迅速增长，使活塞环在气缸套中的开口间隙迅速增加以及与气缸套的贴合不严密，气体大量漏入曲轴箱，导致压缩终了压力和燃烧压力下降，排气温度上升，润滑油烧损增加及其性质变坏，柴油机启动困难，功率下降和运转不经济等。因此，当气缸套磨损达到极限值时，必须停航修理。如果气缸套未磨损到极限而提前修理，由于照例要对活塞、活塞环、连杆小头轴承、燃油系统精密偶件、进排气阀、连杆螺栓甚至所有易损零件进行修理或更换，这就增加了营运年限的修理费用，减少了船舶的营运收益。

1船舶柴油机气缸套非正常磨损故障的原因性能分析1.1磨粒磨损物质颗粒一旦进入气缸套，就会与其摩擦面和活塞间形成磨粒，通过相互间的撞击和摩擦，造成气缸套的磨损，即为磨粒磨损。这种磨损类型在柴油机气缸套中最为常见。磨粒主要包括灰尘、燃油杂质、燃烧后产生的颗粒等。主要是气缸内掺杂进细微颗粒，而颗粒本身较为坚硬，在与缸套摩擦时，缸套表面的材料会发生脱落，造成船舶柴油机缸套磨损故障。当柴油机的气缸套发生磨粒磨损时，在缸套的表面沿着活塞运动的方向会出现一条条细微且长短不同的擦痕，擦痕形状呈直线型。当磨损情况严重时，气缸套会出现较深的沟槽和刮伤。一般情况下柴油机工作时，空气中会产生一些微粒杂质，如果吸入空气中含有灰尘等杂质就将加剧零件的磨损，所以必须装有空气滤清器。空气滤清器由滤芯和壳体两部分组成。

空气滤清器的主要优点是滤清效率高、流动阻力低、能较长时间连续使用而无需保养。一旦空气滤清器发生故障或者柴油机没有安装空气滤清器时，活塞的第一道气环会因为吸入灰尘造成上止点位置磨损严重。当润滑油吸入的灰尘杂质较多时，则磨损严重的位置主要位于下止点。

1.2粘着磨损粘着磨损主要发生在高温、高压条件下。气缸套表面在肉眼看来，并无磨损，但是用显微镜检查，就可以观察到它的表面是由锯齿形的峰和谷所组成。

在边界润滑的条件下，摩擦面间只有一层极薄的油膜，就使摩擦表面间发生金属的直接接触加剧。当两滑动表面在压力下有极微小部分的金属直接接触时，便形成局部高温，使两者熔粘着、脱落、逐步扩大形成粘着磨损。跟其他几种磨损类型相比，粘着磨损有其独特的特点，主要表现为以下两点：淤粘着磨损一般在气缸套上部靠近第一道活塞环上止点位置处较为严重，有局部金属粘着现象，可以观察到带有不规则边缘的沟痕、皱折以及擦痕和锥形凹坑等。于发生“拉缸”或“抱缸”时，在缸壁上可看到活塞咬死的痕迹和沿长度方向较深的擦伤，严重时整个表面布满“咬死”的粘着痕迹。

1.3腐蚀磨损含硫的燃油在燃烧时，所含硫分将生成二氧化硫，而燃油中的氢燃烧后生成水蒸气。此外，燃油中存在的钒、铁、钠、镍等微量元素也各自生成自己的氧化物。五氧化二钒和氧化铁是二氧化硫再氧化成三氧化硫的活泼的催化剂。因此，在柴油机工作中，由于燃烧产生酸性燃烧产物，会使气缸套严重腐蚀，从而造成腐蚀磨损。

1.4撞击磨损撞击磨损是伴随着现代机械制造业的发展，柴油机的更新换代而产生的。随着燃油系统的更新换代，跟原来的冲程缸相比，缸径更大，另外内部结构也有了一定的变化。与传统类型的船舶柴油机气缸套相比，新型缸套的磨损会呈现逐渐加速的态势，这就是撞击磨损的最大特点。

它形成的主要原因是活塞环在其倒角和表面情况正常下而边缘出现尖角。只要这种尖角一形成，任何粘度再高、化学性能再好的润滑油都无济于事。

此类磨损的特征是：磨损较明显出现在行程缸径比的柴油机中，大行程缸径比设计多使用在中、低速大功率柴油机中，如船舶主柴油机等。在气缸套正常使用后期，气缸套磨损突然加剧的情况下，工作人员应怀疑此类磨损的出现。

1.5复合磨损气缸套内圆表面同时存在上述两种或以上的磨损形式时可以理解为复合磨损。一般在灰尘较多的场合运转时，过滤效果较差时，会以磨粒磨损为主；在柴油机磨合质量差，润滑油品质低劣或变质，柴油机活塞缸套窜气、过热等状况下，易发生粘着磨损；使用低质或含硫量的燃油的柴油机，腐蚀磨损可能起主导作用；在行程缸径比比较大的柴油机中，又往往会以撞击磨损较为突出。

2防止柴油机气缸套过度磨损的解决办法2.1正确起动和起步发动机冷车起动时，由于温度低，机油粘度大，流动性差，使机油泵供油不足。同时，原气缸壁上的机油在停车后沿气缸壁下流，因此在起动的瞬间得不到正常工作时那样良好的润滑，致使起动时气缸璧磨损大大增加。因此，初次起动时，应先使发动机空转几圈，待摩擦表面得到润滑后再起动。起动后应怠速运转升温，严禁猛轰油口，待机油温度达到40益时再起步;起步应坚持挂低速档，并循序每一档位行驶一段里程，直到油温正常，方可转为正常行驶。

2.2正确选用润滑油要严格按季节和发动机性能要求选用最佳粘度值的润滑油，不可随意购用劣质润滑油，并经常检查和保持润滑油的数量与质量。

2.3加强滤清器的保养使空气滤清器、机油滤清器和燃油滤清器保持良好的工作状态，对减轻气缸套的磨损至关重要。加强对“三滤”的保养，是防止机械杂质进入气缸，减轻气缸磨损，延长发动机使用寿命的一项重要措施，在农村和多风沙地区尤为重要。有的驾驶员为了节约燃料而不装空气滤清器是绝对错误的。

2.4保持发动机正常工作温度发动机的正常工作温度应处在80-90益。温度过低，不能保持良好的润滑，会增大气缸壁的磨损，气缸内的水蒸气易凝结成水珠，溶解废气中的酸性气体分子，生成酸性物质，使气缸璧受到腐蚀磨损。试验表明，当气缸璧温度由90益降到50益时，气缸磨损量为90益时的4倍。温度过高，会使气缸强度降低而加剧磨损，甚至可能使活塞过度膨胀而造成“胀缸”事故。

2.5提高保修质量在使用过程中，及时发现问题及时予以排除，随时更换或维修损坏和变形的配件。安装气缸套时要严格按技术要求检验和装配。在保修换环作业中，要选用弹力适当的活塞环，弹力过小，使燃气窜入曲轴箱吹落气缸壁上的机油，增大气缸壁磨损，弹力过大，直接加剧气缸壁的磨损，或因气缸壁上的油膜遭到破坏而加剧其磨损。

曲轴连杆轴颈和主轴颈不平行。发动机因烧瓦等原因，会使曲轴因受到剧烈的冲击而变形，若不及时校正而继续使用，同样会加速气缸套磨损。

3结论在船舶营运中，船舶柴油机缸套磨损的管理工作，是管理工作中的一个重点和难点，本文对此进行性能分析并提出解决方案，可作为船员同行们在实际管理工作中的技术和经验参考。由于实际工作中柴油机缸套磨损状况所造成的设备损坏更为复杂多变，为了船舶更加安全的营运，这个课题值得广大轮机管理人员进行更深入的研究探讨。

参考文献院[1]孙培廷.船舶柴油机[M].大连:大连海事大学出版社,2002.[2]满一新.船机维修技术[M].大连:大连海事大学出版社,1998.[3]朱新河,严志军,刘一梅,陈宏建.船舶柴油机缸套磨损量灰色预测方法研究[J].大连海事大学学报,2000(02).[4]李小泉,岳世峰,宋松松,杨宝成.船舶柴油机缸套磨损机理及原因[J].物流工程与管理,2009(03).[5]柴勤芳.船舶柴油机缸套穴蚀原因分析及预防措施探讨[J].浙江交通职业技术学院学报,2001(01).作者简介院刘建安（1977-），男，福建福州人，本科，大连海事大学在读硕士，甲类远洋轮机长，主要从事船舶机电设备故障监测、诊断和解决方案方面的研究和航海教育工作。