船用柴油機(jī)汽缸套異常磨損原因分析與預(yù)防

單體忠

【摘 要】 本文對(duì)柴油機(jī)汽缸套異常摩擦磨損、形成原因、特征進(jìn)行了分析，總結(jié)出柴油機(jī)氣缸套活塞環(huán)的維護(hù)保養(yǎng)措施，特別是在燃油和燃燒的管理、保證良好潤滑、合適的冷卻水管理、以及在柴油機(jī)的使用操作方面總結(jié)出了詳細(xì)維護(hù)措施。希望對(duì)輪機(jī)管理人員能有所借鑒。

【關(guān)鍵詞】 汽缸套 活塞環(huán) 異常 磨損 維護(hù)

船舶柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，異常摩擦磨損也時(shí)有發(fā)生。而作為船舶柴油機(jī)中最大的一對(duì)摩擦副--汽缸套活塞環(huán)，一旦產(chǎn)生嚴(yán)重的異常磨損，會(huì)直接影響船舶機(jī)器使用壽命、正常運(yùn)轉(zhuǎn)和機(jī)損事故，甚至引發(fā)海難事故，所以我們有必要對(duì)船舶柴油機(jī)汽缸套異常磨損進(jìn)行分析研究，從而采取有效的維護(hù)保養(yǎng)措施，延長柴油機(jī)的使用壽命、盡量避免機(jī)損事故和海難事故的發(fā)生，保證安全航行。

1 氣缸套工作條件

1.1 工作環(huán)境分

活塞環(huán)—?dú)飧滋资遣裼蜋C(jī)中一對(duì)重要的具有往復(fù)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副，缸套內(nèi)壁承受滑動(dòng)摩擦，氣缸套受到高溫、高壓燃?xì)獾淖饔煤蜎_刷，產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力。工作表面乘受到腐蝕和嚴(yán)重的摩擦磨損---可謂是工作環(huán)境惡劣。

1.2 潤滑油膜難以生成

潤滑油膜的形成必備條件之一是：摩擦表面的間，必須具有足夠高的相對(duì)滑動(dòng)速度。而活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度在行程中點(diǎn)最大、止點(diǎn)位置為零，運(yùn)動(dòng)速度不均勻且最低時(shí)為零。所以，油膜難以形成。在惡劣的工作條件和低的運(yùn)動(dòng)速度下難于形成理想的液體動(dòng)壓潤滑。一般來說，活塞行程的中部工作表面易于實(shí)現(xiàn)液體摩擦，形成液體動(dòng)壓潤滑，在上、下止點(diǎn)附近工作表面間形成極薄的邊界油膜，實(shí)現(xiàn)邊界潤滑、摩擦比較嚴(yán)重、甚至處于干摩擦的條件下工作、產(chǎn)生黏著磨損。

1.3 生成的潤滑油膜容易被破壞

氣缸中的高溫不利于液體油膜建立。因?yàn)楦邷?，使?jié)櫥驼扯冉档突蜓趸冑|(zhì)，使活塞頭部變形影響正常配合間隙，使缸壁上已形成的油膜蒸發(fā)、氧化和燒損。由于固體燃燒產(chǎn)物充當(dāng)了磨粒，使得在缸壁上生成的油膜容易被這些磨粒劃破。柴油機(jī)正常使用過程中。因工作需要難免會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間超速、超負(fù)荷運(yùn)行、或者管理不當(dāng)?shù)?，致使油膜破裂?/p>

2 異常磨損原因分析

2.1 異常磨損的特征

（1）磨損率很高，超過正常磨損率。一般鑄鐵缸套磨損率大于0.1mm/kh，（2）缸套工作表面不干凈，有明顯的劃過的痕跡、擦傷、撕裂等拉缸甚至咬缸現(xiàn)象，或者缸壁內(nèi)表面發(fā)藍(lán)，有明顯的過熱燒灼現(xiàn)象。缸套工作表面形貌粗糙。（3）異常磨損產(chǎn)生的磨損產(chǎn)物顆粒較大。通常正常磨損的磨屑直徑小于1μm，而異常磨損的磨屑直徑高達(dá)25～30μm。

圖2-1中（b）為新鮮空氣中帶有塵埃進(jìn)入氣缸和因燃燒不良而產(chǎn)生大量積炭引起缸套上部典型的異常磨粒磨損。（c）為潤滑油臟污其中機(jī)械雜質(zhì)過多，筒狀活塞式柴油機(jī)缸套采用飛濺潤滑，自下向上布油，造成缸套下部嚴(yán)重磨粒磨損。（d）是（b）和（c）兩種因素并存時(shí)造成的缸套上部及下部嚴(yán)重磨損。（e）為缸套上部因潤滑不良引起的異常粘著磨損。特別是活塞位于上止點(diǎn)時(shí)第l道活塞環(huán)對(duì)應(yīng)缸壁及其一下相鄰位置磨損異常增大，甚至出現(xiàn)大面積拉傷的拉缸現(xiàn)象。（f）、（g）是明顯的腐蝕磨損。（f）是燃油含硫量高或柴油機(jī)經(jīng)常冷車起動(dòng)使缸套上部腐蝕磨損嚴(yán)重，磨損量為正常磨損量的1～2倍。腐蝕產(chǎn)物脫落引發(fā)二次磨粒磨損，使缸套中部磨損加重，磨損量為正常磨損的4～6倍。（g）是冷卻水溫過低導(dǎo)致的缸套下部嚴(yán)重腐蝕磨損。

以上各種情況是典型的，原因是單一的，然而實(shí)際上，柴油機(jī)缸套磨損情況則是復(fù)雜的，原因是多方面的，而且往往多種磨損同時(shí)并存。輪機(jī)員在分析缸套異常磨損原因時(shí)應(yīng)依實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)工況全面考慮，具體分析。

2.2 異常磨損的原因

2.2.1 燃油和燃燒的質(zhì)量差

燃油中的含硫量是氣缸套產(chǎn)生腐蝕磨損的重要原因，燃油中含硫量超過0.7%～1.0%時(shí)，磨損急劇增加。因?yàn)楹蛄吭黾邮沽蛩崮Y(jié)溫度（即露點(diǎn)）升高，在氣缸工作條件下容易發(fā)生腐蝕。含硫量高的燃油燃燒時(shí)生成較多的炭粒，并促進(jìn)積炭的形成，加重磨粒磨損。

低質(zhì)燃料油中含灰分、機(jī)械雜質(zhì)以及燃油裂化使用的含硅、鋁的催化劑等以硅酸鋁顆粒存在會(huì)使缸套活塞以及活塞環(huán)部件發(fā)生異常磨損。船用低速柴油機(jī)燃用低質(zhì)燃料油對(duì)缸套的磨損較燃用低硫柴油高2～3倍。燃油燃燒不良，如燃燒不完全、后燃等均會(huì)使炭粒增加，磨損加重。

2.2.2 冷卻水溫的管理不善

氣缸套冷卻水溫控制不佳會(huì)使缸套磨損增加。一般來說冷卻水出口溫度過低，使缸壁溫度過低，硫酸腐蝕加熏；冷卻水出口溫度過高，缸壁冷卻不良，溫度過高，致使缸壁上油膜蒸發(fā)，滑油氧化，積炭嚴(yán)重，導(dǎo)致粘著磨損。同時(shí)，缸壁溫度過高不僅熱負(fù)荷增加還影響活塞環(huán)的散熱，使環(huán)的磨損加重。

2.2.3 潤滑油的管理不善

對(duì)潤滑油的管理、使用不當(dāng)，潤滑油品質(zhì)不良或不適，堿值不當(dāng)、油壓不足、斷油、長期使用不化驗(yàn)、不更換以致滑油變質(zhì)、氣缸油注油率不合適、滑油中混有機(jī)械雜質(zhì)、水分過濾分離不徹底等，均會(huì)引起缸套異常磨損。柴油機(jī)燃用低質(zhì)燃油時(shí)，氣缸油的堿值應(yīng)與其硫分匹配，以中和燃油燃燒時(shí)產(chǎn)生的酸，有效地降低腐蝕磨損。

2.2.4 柴油機(jī)的使用和操作不當(dāng)

（1）對(duì)于新造船舶，初次投入營運(yùn)時(shí)，以及營運(yùn)船舶柴油機(jī)吊缸檢修中更換氣缸套、活塞或活塞環(huán)時(shí)，未能按照說明書的要求進(jìn)行合理充分的磨合，造成汽缸套異常磨損。（2）在機(jī)動(dòng)用車時(shí)，頻繁起停，長時(shí)間低速低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)（潤滑油膜不宜生成/燃燒不良）或超負(fù)荷（熱負(fù)荷太高/潤滑油膜易破）運(yùn)行致使汽缸套磨損加劇。（3）在備車完車操作時(shí)，調(diào)整參數(shù)不及時(shí)，溫度、壓力忽高忽低造成汽缸套異常磨損、腐蝕加劇。

3 減少氣缸套磨損的維護(hù)措施

缸套異常磨損除注意保證正確的安裝配合間隙外，還可以通過加強(qiáng)管理、合理操作和使用來避免的。endprint

3.1 燃油和燃燒的管理

3.1.1 燃油的管理

（1）加強(qiáng)燃油品質(zhì)的選擇，不得隨意更換燃料油的品牌；（2）加強(qiáng)燃油加裝、儲(chǔ)存的管理，加油時(shí)全程取油樣，不同港口不同供油商加的油盡量不混裝。（混裝的油優(yōu)先使用）減少燃油混裝后變質(zhì)、更多沉淀物的形成，以減少氣缸套的磨損。（3）加強(qiáng)燃油的凈化處理；燃油儲(chǔ)存-加熱-過濾--沉淀--分離--燃燒。采用逐層加熱逐層凈化的方法，減少燃油中機(jī)械雜質(zhì)、水分確保燃油良好燃燒。以減少氣缸套的磨損。

3.1.2 燃燒的管理

影響柴油燃燒的因素很多，要保證良好的燃燒必保證柴油機(jī)工作在良好的工況下，有合適的氣閥定時(shí)、供油定時(shí)、合適的掃氣溫度、掃氣壓力等，以減少由于燃燒不良引起的缸套的磨損。

3.2 潤滑的管理

（1）保證系統(tǒng)油良好品質(zhì)，及時(shí)充分的分離凈化，及時(shí)取樣化驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。對(duì)凈油設(shè)備及時(shí)維護(hù)清洗，確保其良好的工作狀況，避免因滑油臟污對(duì)氣缸套與活塞環(huán)造成過度磨損（特別是四沖程機(jī)）。

（2）保證汽缸油品質(zhì)，對(duì)汽缸油品質(zhì)的選擇，對(duì)既定的船舶柴油機(jī)，汽缸油品牌廠方已確定，作為輪機(jī)管理人員只需及時(shí)維護(hù)供油設(shè)備確保汽缸油凈化處理，慎防混入其它品牌油品，因?yàn)闅飧子偷膲A值是與所用燃油的硫分相匹配的，一旦失配必將造成異常磨損，任何情況下不得擅自更換汽缸油的品牌、種類，不得使用高堿值的汽缸油。

對(duì)不同類型柴油機(jī)的不同工況不同轉(zhuǎn)速及時(shí)調(diào)整汽缸油供油率。

3.3 氣缸冷卻水的管理

冷卻水的溫度太低容易產(chǎn)生低溫腐蝕，太高容易導(dǎo)致油膜破裂形成黏著磨損，所以應(yīng)根據(jù)說明書的要求及時(shí)調(diào)整冷卻水溫度，使之保持在說明書要求的溫度范圍內(nèi)，避免產(chǎn)生腐蝕磨損和黏著磨損，實(shí)踐證明，適當(dāng)提高缸套冷卻水出口溫度，使缸套內(nèi)表面溫度高于硫酸露點(diǎn)（約160℃），可有效地防止腐蝕，減少磨損。所以冷卻水進(jìn)口溫度不宜低于50-60℃，出口控制在85～95℃時(shí)缸套磨損量較小。

按照說明書的要求保持合適的冷卻水壓力，就可以保證良好的冷卻，不至于使缸套內(nèi)壁因溫度過低產(chǎn)生低溫腐蝕磨損，也不至于是缸套內(nèi)壁溫度過高油膜破裂造成干摩擦而導(dǎo)致磨損。

3.4 操作使用注意事項(xiàng)

在機(jī)動(dòng)用車時(shí)及時(shí)調(diào)整各參數(shù)（排煙溫度、滑油、淡水、掃氣進(jìn)出口溫度、壓力等），使之在正常范圍內(nèi)。使用時(shí)盡量避免頻繁啟停、轉(zhuǎn)速變化過快、長時(shí)間低負(fù)荷、低轉(zhuǎn)速、超負(fù)荷運(yùn)行。更換氣缸套、活塞或活塞環(huán)時(shí)，嚴(yán)格按照說明書的要求，遵從磨合程序，進(jìn)行合理充分的磨合。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏海軍，金國平.輪機(jī)維護(hù)與修理[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，2008：34-56.

[2]李斌.主推進(jìn)動(dòng)力裝置[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，2012：211-216.

[3]滿一新.輪機(jī)維護(hù)與修理[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，2000：24-31.endprint

3.1 燃油和燃燒的管理

3.1.1 燃油的管理

（1）加強(qiáng)燃油品質(zhì)的選擇，不得隨意更換燃料油的品牌；（2）加強(qiáng)燃油加裝、儲(chǔ)存的管理，加油時(shí)全程取油樣，不同港口不同供油商加的油盡量不混裝。（混裝的油優(yōu)先使用）減少燃油混裝后變質(zhì)、更多沉淀物的形成，以減少氣缸套的磨損。（3）加強(qiáng)燃油的凈化處理；燃油儲(chǔ)存-加熱-過濾--沉淀--分離--燃燒。采用逐層加熱逐層凈化的方法，減少燃油中機(jī)械雜質(zhì)、水分確保燃油良好燃燒。以減少氣缸套的磨損。

3.1.2 燃燒的管理

影響柴油燃燒的因素很多，要保證良好的燃燒必保證柴油機(jī)工作在良好的工況下，有合適的氣閥定時(shí)、供油定時(shí)、合適的掃氣溫度、掃氣壓力等，以減少由于燃燒不良引起的缸套的磨損。

3.2 潤滑的管理

（1）保證系統(tǒng)油良好品質(zhì)，及時(shí)充分的分離凈化，及時(shí)取樣化驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。對(duì)凈油設(shè)備及時(shí)維護(hù)清洗，確保其良好的工作狀況，避免因滑油臟污對(duì)氣缸套與活塞環(huán)造成過度磨損（特別是四沖程機(jī)）。

（2）保證汽缸油品質(zhì)，對(duì)汽缸油品質(zhì)的選擇，對(duì)既定的船舶柴油機(jī)，汽缸油品牌廠方已確定，作為輪機(jī)管理人員只需及時(shí)維護(hù)供油設(shè)備確保汽缸油凈化處理，慎防混入其它品牌油品，因?yàn)闅飧子偷膲A值是與所用燃油的硫分相匹配的，一旦失配必將造成異常磨損，任何情況下不得擅自更換汽缸油的品牌、種類，不得使用高堿值的汽缸油。

對(duì)不同類型柴油機(jī)的不同工況不同轉(zhuǎn)速及時(shí)調(diào)整汽缸油供油率。

3.3 氣缸冷卻水的管理

冷卻水的溫度太低容易產(chǎn)生低溫腐蝕，太高容易導(dǎo)致油膜破裂形成黏著磨損，所以應(yīng)根據(jù)說明書的要求及時(shí)調(diào)整冷卻水溫度，使之保持在說明書要求的溫度范圍內(nèi)，避免產(chǎn)生腐蝕磨損和黏著磨損，實(shí)踐證明，適當(dāng)提高缸套冷卻水出口溫度，使缸套內(nèi)表面溫度高于硫酸露點(diǎn)（約160℃），可有效地防止腐蝕，減少磨損。所以冷卻水進(jìn)口溫度不宜低于50-60℃，出口控制在85～95℃時(shí)缸套磨損量較小。

按照說明書的要求保持合適的冷卻水壓力，就可以保證良好的冷卻，不至于使缸套內(nèi)壁因溫度過低產(chǎn)生低溫腐蝕磨損，也不至于是缸套內(nèi)壁溫度過高油膜破裂造成干摩擦而導(dǎo)致磨損。

3.4 操作使用注意事項(xiàng)

在機(jī)動(dòng)用車時(shí)及時(shí)調(diào)整各參數(shù)（排煙溫度、滑油、淡水、掃氣進(jìn)出口溫度、壓力等），使之在正常范圍內(nèi)。使用時(shí)盡量避免頻繁啟停、轉(zhuǎn)速變化過快、長時(shí)間低負(fù)荷、低轉(zhuǎn)速、超負(fù)荷運(yùn)行。更換氣缸套、活塞或活塞環(huán)時(shí)，嚴(yán)格按照說明書的要求，遵從磨合程序，進(jìn)行合理充分的磨合。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏海軍，金國平.輪機(jī)維護(hù)與修理[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，2008：34-56.

[2]李斌.主推進(jìn)動(dòng)力裝置[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，2012：211-216.

[3]滿一新.輪機(jī)維護(hù)與修理[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，2000：24-31.endprint

3.1 燃油和燃燒的管理

3.1.1 燃油的管理

（1）加強(qiáng)燃油品質(zhì)的選擇，不得隨意更換燃料油的品牌；（2）加強(qiáng)燃油加裝、儲(chǔ)存的管理，加油時(shí)全程取油樣，不同港口不同供油商加的油盡量不混裝。（混裝的油優(yōu)先使用）減少燃油混裝后變質(zhì)、更多沉淀物的形成，以減少氣缸套的磨損。（3）加強(qiáng)燃油的凈化處理；燃油儲(chǔ)存-加熱-過濾--沉淀--分離--燃燒。采用逐層加熱逐層凈化的方法，減少燃油中機(jī)械雜質(zhì)、水分確保燃油良好燃燒。以減少氣缸套的磨損。

3.1.2 燃燒的管理

影響柴油燃燒的因素很多，要保證良好的燃燒必保證柴油機(jī)工作在良好的工況下，有合適的氣閥定時(shí)、供油定時(shí)、合適的掃氣溫度、掃氣壓力等，以減少由于燃燒不良引起的缸套的磨損。

3.2 潤滑的管理

（1）保證系統(tǒng)油良好品質(zhì)，及時(shí)充分的分離凈化，及時(shí)取樣化驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。對(duì)凈油設(shè)備及時(shí)維護(hù)清洗，確保其良好的工作狀況，避免因滑油臟污對(duì)氣缸套與活塞環(huán)造成過度磨損（特別是四沖程機(jī)）。

（2）保證汽缸油品質(zhì)，對(duì)汽缸油品質(zhì)的選擇，對(duì)既定的船舶柴油機(jī)，汽缸油品牌廠方已確定，作為輪機(jī)管理人員只需及時(shí)維護(hù)供油設(shè)備確保汽缸油凈化處理，慎防混入其它品牌油品，因?yàn)闅飧子偷膲A值是與所用燃油的硫分相匹配的，一旦失配必將造成異常磨損，任何情況下不得擅自更換汽缸油的品牌、種類，不得使用高堿值的汽缸油。

對(duì)不同類型柴油機(jī)的不同工況不同轉(zhuǎn)速及時(shí)調(diào)整汽缸油供油率。

3.3 氣缸冷卻水的管理

冷卻水的溫度太低容易產(chǎn)生低溫腐蝕，太高容易導(dǎo)致油膜破裂形成黏著磨損，所以應(yīng)根據(jù)說明書的要求及時(shí)調(diào)整冷卻水溫度，使之保持在說明書要求的溫度范圍內(nèi)，避免產(chǎn)生腐蝕磨損和黏著磨損，實(shí)踐證明，適當(dāng)提高缸套冷卻水出口溫度，使缸套內(nèi)表面溫度高于硫酸露點(diǎn)（約160℃），可有效地防止腐蝕，減少磨損。所以冷卻水進(jìn)口溫度不宜低于50-60℃，出口控制在85～95℃時(shí)缸套磨損量較小。

按照說明書的要求保持合適的冷卻水壓力，就可以保證良好的冷卻，不至于使缸套內(nèi)壁因溫度過低產(chǎn)生低溫腐蝕磨損，也不至于是缸套內(nèi)壁溫度過高油膜破裂造成干摩擦而導(dǎo)致磨損。

3.4 操作使用注意事項(xiàng)

在機(jī)動(dòng)用車時(shí)及時(shí)調(diào)整各參數(shù)（排煙溫度、滑油、淡水、掃氣進(jìn)出口溫度、壓力等），使之在正常范圍內(nèi)。使用時(shí)盡量避免頻繁啟停、轉(zhuǎn)速變化過快、長時(shí)間低負(fù)荷、低轉(zhuǎn)速、超負(fù)荷運(yùn)行。更換氣缸套、活塞或活塞環(huán)時(shí)，嚴(yán)格按照說明書的要求，遵從磨合程序，進(jìn)行合理充分的磨合。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏海軍，金國平.輪機(jī)維護(hù)與修理[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，2008：34-56.

[2]李斌.主推進(jìn)動(dòng)力裝置[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，2012：211-216.

[3]滿一新.輪機(jī)維護(hù)與修理[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，2000：24-31.endprint