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        船用柴油機(jī)汽缸套穴蝕的預(yù)防

        2021-09-10 08:14:02單體忠
        內(nèi)燃機(jī)與配件 2021年6期
        關(guān)鍵詞:預(yù)防

        單體忠

        摘要:本文分析了船用柴油機(jī)氣缸套穴蝕的危害、發(fā)生的部位以及影響因素,并提出了多方面的預(yù)防措施,供船舶輪機(jī)管理人員參考、選用,以圖減少船用柴油機(jī)氣缸套免遭穴蝕侵害,以延長船用柴油機(jī)氣缸套使用壽命,提高船舶柴油機(jī)的可靠性,從而提高船舶安全性。

        關(guān)鍵詞:氣缸套;穴蝕;預(yù)防

        中圖分類號:U672.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號:1674-957X(2021)06-0159-02

        0? 引言

        在船用中速柴油機(jī)和高速柴油機(jī)當(dāng)中,氣缸套穴蝕是普遍存在的嚴(yán)重問題,它嚴(yán)重影響著柴油機(jī)的氣缸套的使用壽命和整臺柴油機(jī)可靠性,甚至影響到船舶航行安全。所以有必要對船用柴油機(jī)氣缸套的穴蝕現(xiàn)象進(jìn)行研究,以采取適當(dāng)預(yù)防措施,以延長氣缸套的使用壽命進(jìn)而提高柴油機(jī)的可靠性。

        1? 船用柴油機(jī)氣缸套穴蝕的特征及危害

        氣缸套穴蝕的又叫氣缸套空泡腐蝕或氣缸套氣蝕,船用氣缸套穴蝕的特征:是在氣缸套外圓表面上局部區(qū)域形成聚集的小孔群成分散狀或蜂窩狀,小孔直徑可達(dá)1-5mm,腐蝕嚴(yán)重的,也可達(dá)到30mm,深度因腐蝕程度不同,可達(dá)2-3mm,直至更深,甚至把整個氣缸缸壁穿透,如此,必將帶來嚴(yán)重危險。船用氣缸套穴蝕的危害:這不僅將造成缸套的壽命縮短,強(qiáng)度降低。而且還會帶來更嚴(yán)重的情況:一旦穴蝕穿透氣缸套缸壁,會造成汽缸漏氣,使汽缸套報廢,這不僅影響到柴油機(jī)氣缸套的使用壽命,還影響到柴油機(jī)的可靠性,如在航行大風(fēng)浪天,恰遇氣缸套穴蝕缸壁穿透漏氣,將直接危及到船舶及航行安全,甚至是財產(chǎn)和人命安全。

        2? 船用柴油機(jī)氣缸套穴蝕的概念及發(fā)生部位

        概念:穴蝕是液力機(jī)械或機(jī)件與液體之間存在相對高速時,在機(jī)件表面上產(chǎn)生破壞的現(xiàn)象。氣缸套穴蝕:氣缸套的外圓表面和缸套冷卻水之間存在相對高速時,在氣缸套的外圓表面上產(chǎn)生的破壞氣缸套的現(xiàn)象。

        發(fā)生部位分析:

        ①從氣缸套受力情況分析來看,氣缸套穴蝕的發(fā)生部位主要有以下幾個部位:

        1)四沖程柴油機(jī)氣缸套外圓表面;對于四沖程柴油機(jī)和二沖程柴油機(jī)相比,氣缸套穴蝕的發(fā)生較為嚴(yán)重的是筒形柴油機(jī)汽缸套或者說是四沖程柴油機(jī)氣缸套,因?yàn)槭菦_程柴油機(jī)氣缸套在工作時比二沖程柴油機(jī)承受的側(cè)推力大得多,振動就大,易產(chǎn)生穴蝕。而二沖程柴油機(jī)汽缸套因側(cè)推力極小,且轉(zhuǎn)速低,振動輕。基本不發(fā)生穴蝕,所以本文重點(diǎn)討論四沖程柴油機(jī)汽缸套穴蝕)。

        2)四沖程柴油機(jī)氣缸套外圓表面的左右兩側(cè):由于四沖程柴油機(jī)汽缸套承受活塞的側(cè)推力,所以它的左右方向比前后方向振動格外劇烈,氣缸套的外圓表面和缸套冷卻水之間存在高頻速度變化,出現(xiàn)高速,這就導(dǎo)致左右方向外圓表面穴蝕比前后方向穴蝕嚴(yán)重。

        3)四沖程柴油機(jī)氣缸套外圓表面的承受膨脹沖程側(cè)推力的一側(cè):同理在左右方向上,左右兩側(cè)的穴蝕情況也不盡相同,這是因?yàn)榕蛎洓_程側(cè)推力比壓縮沖程側(cè)推力要大,所以承受膨脹沖程側(cè)推力的一側(cè),要比承受壓縮沖程側(cè)推力的一側(cè)振動劇烈,穴蝕更嚴(yán)重。

        4)四沖程柴油機(jī)氣缸套外圓表面左右兩側(cè)的上半部分:由于氣缸內(nèi)壓縮終點(diǎn)壓力比壓縮初期壓力高,氣缸內(nèi)膨脹初期壓力比膨脹末期壓力高,而壓縮終點(diǎn)和膨脹初期都在氣缸的上部,所以氣缸套上部振動大,上部外圓表面穴蝕比下部外圓表面穴蝕更為嚴(yán)重。

        ②另外從氣缸套冷卻水的流動速度方面分析,液體流動速度高的部位易產(chǎn)生穴蝕,所以對于缸套來講,每個缸氣缸套冷卻水腔中,對著冷卻水進(jìn)口處的地方和水流轉(zhuǎn)彎處、和水腔中流道變窄處所對應(yīng)的汽缸外圓表面上,水流速度會升高,更容易發(fā)生穴蝕;而其穴蝕深度不及氣缸套上部,因側(cè)推力的振動引起的氣缸套穴蝕更嚴(yán)重。

        總之,四沖程柴油機(jī)氣缸套上部左右兩側(cè)外圓表面上半部分穴蝕最為嚴(yán)重,因穴蝕而穿透氣缸套的現(xiàn)象,多發(fā)生在四沖程柴油機(jī)氣缸套上部左右兩側(cè)。如圖1。

        3? 船用柴油機(jī)氣缸套穴蝕產(chǎn)生影響的因素

        影響氣缸套穴蝕的因素是多方面的,包括柴油機(jī)的機(jī)型、結(jié)構(gòu)、柴油機(jī)的運(yùn)行工況和柴油機(jī)冷卻水腔的結(jié)構(gòu)、冷卻介質(zhì)的類型、冷卻介質(zhì)的化學(xué)成分、以及柴油機(jī)的設(shè)計工作參數(shù)等。

        ①柴油機(jī)的機(jī)型:前面討論過,四沖程柴油機(jī)氣缸套因承受側(cè)推力,而比二沖程柴油機(jī)氣缸套穴蝕嚴(yán)重,高速柴油機(jī)機(jī)要比低速柴油機(jī)振動劇烈,氣缸套穴蝕嚴(yán)重;最高爆炸壓力高的柴油機(jī),要比最高爆炸壓力低的柴油機(jī),更易產(chǎn)生穴蝕。

        ②柴油機(jī)的結(jié)構(gòu):對于四沖程筒形柴油機(jī)結(jié)構(gòu)而言,短沖程的比長沖程的側(cè)推力大,振動劇烈,氣缸套穴蝕嚴(yán)重。氣缸套的剛度小,振動就大,更容易產(chǎn)生穴蝕。

        ③柴油機(jī)的運(yùn)行工況:1)柴油機(jī)頻繁啟停、頻繁變速、頻繁變負(fù)荷運(yùn)行,甚至超速超負(fù)荷運(yùn)行,要比在額定負(fù)荷內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行,振動劇烈,氣缸套穴蝕嚴(yán)重;2)柴油機(jī)長時間使用后,活塞和缸套之間的配合間隙逐漸增大,甚至超過說明書的要求,這樣柴油機(jī)運(yùn)行時,工況變差,活塞會撞擊缸套加劇,使缸套振動加劇,從而加劇了氣缸套穴蝕的產(chǎn)生。

        ④柴油機(jī)冷卻水腔的結(jié)構(gòu):冷卻水腔寬敞、水流平穩(wěn),冷卻水進(jìn)出冷卻腔的通道順暢可以減少氣缸套穴蝕的產(chǎn)生,反之冷卻水腔狹窄、水流急轉(zhuǎn),流速變高,進(jìn)出口處太窄小,水流不順暢,導(dǎo)致冷卻水流速忽高忽低,這就導(dǎo)致了冷卻水和氣缸套外圓工作表面之間,在相對速度較高處,容易發(fā)生氣缸套穴蝕;所以柴油機(jī)設(shè)計時要求冷卻水腔寬度t=14%D(D是氣缸套的內(nèi)部直徑)或大于等于10mm。冷卻水進(jìn)出冷卻腔的通道也足夠暢通。

        ⑤船用柴油機(jī)氣缸套冷卻介質(zhì)多為淡水,因其冷卻效果較好。而淡水易產(chǎn)生穴蝕。

        1)缸套冷卻水的溫度對穴蝕的影響:試驗(yàn)證明冷卻淡水的溫度在50-60℃時易產(chǎn)生氣缸套穴蝕,適當(dāng)提高冷卻水的溫度可以有效的降低氣缸套穴蝕,當(dāng)冷卻水接近沸騰時,易產(chǎn)生氣泡,氣泡在柴油機(jī)振動時會破裂,破裂后水滴會擊打缸套外表面,這樣在水滴反復(fù)擊打的氣缸套外表面上就極易產(chǎn)生穴蝕,所以冷卻水出口溫度控制在90℃左右為宜。

        2)缸套冷卻水的壓力對穴蝕的影響:為適當(dāng)提高冷卻水溫度,還可以適當(dāng)提高冷卻水的壓力,冷卻水的壓力升高,可以使其沸騰溫度高于100℃,這就減少了氣泡的產(chǎn)生,在一定程度上抑制了氣缸套穴蝕的發(fā)生。但冷卻水壓力太高,必然會導(dǎo)致力冷卻水在狹窄通道和水流急轉(zhuǎn)處,流速變高,這又會導(dǎo)致穴蝕的可能性變高。

        3)缸套冷卻水的質(zhì)量對穴蝕的影響:按照說明書的要求,適時適當(dāng)?shù)膶Ω滋桌鋮s水進(jìn)行化驗(yàn),及時投藥處理,調(diào)整冷卻水的組成成份,降低冷卻水的腐蝕性能,提高冷卻水的防腐,防穴蝕能力。冷卻水處理劑中,無論是乳化油緩蝕劑還是被摸緩蝕劑,倒入冷卻水中,會在接觸冷卻水的氣缸套外圓表面上形成連續(xù)的一層保護(hù)膜,這層保護(hù)膜既可以減少電化學(xué)腐蝕,也可以減少氣缸套空泡腐蝕,也就是減少氣缸套的穴蝕。

        4? 船用柴油機(jī)汽缸套穴蝕的預(yù)防措施

        ①從選用柴油機(jī)方面講:可選用二沖程機(jī)、低速機(jī)的,就不選用四沖程機(jī)、中速機(jī)或高速機(jī),可以減少缸套的穴蝕。

        ②從設(shè)計方面來講:

        1)盡量使冷卻腔流道順暢,避免冷卻水流道流通面積忽大忽小、急轉(zhuǎn)等現(xiàn)象,以減少穴蝕的發(fā)生。

        2)可設(shè)計制造最高爆炸壓力較低,適當(dāng)提高平均指示壓力的柴油機(jī),以減少振動,從而減少氣缸套的穴蝕。

        3)提高缸套的剛度,具體措施有:a、可以增加缸套的厚度,以提高氣缸套的剛度,減少剛套的振動(但這將會增加缸套的熱應(yīng)力)預(yù)防氣缸套的穴蝕;b、也可以對缸套采用薄壁強(qiáng)背、鉆孔冷卻結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)既提高了柴油機(jī)氣缸套的剛度,減少了振動,減少了氣缸套的穴蝕,還加強(qiáng)了冷卻;c、采用在缸套外圓面增加支撐,提高缸套的剛度,減少缸套的軸向自由間距,從而減少氣缸套的振動,以減少氣缸套的穴蝕。

        4)提高缸套自身的抗穴蝕能力:采用抗穴蝕能力強(qiáng)的材料(球墨鑄鐵)制作缸套,可以減少氣缸套的穴蝕。

        5)也可以在缸套外圓表面進(jìn)行加工或熱處理,例如:使表面光潔、對表面進(jìn)行滲碳處理、鍍鉻處理、或者涂上環(huán)氧樹脂、噴陶瓷、上尼龍等,把汽缸套和冷卻水隔開,提高氣缸套外圓表面的耐腐蝕能力,可以預(yù)防氣缸套穴蝕。

        6)在冷卻水腔內(nèi)安裝鋅塊,進(jìn)行陰極保護(hù),也可以直接把鋅塊安裝在剛套外圓面上,并定期檢查鋅塊的腐蝕程度,及時更換鋅塊,這樣既能防止電化學(xué)腐蝕,又能防止穴蝕。

        ③從使用管理方面講:

        1)及時吊缸檢修,保證活塞和缸套之間配合間隙符合說明書的要求,減少活塞撞擊缸套的力度,即減少了氣缸套的穴蝕。

        2)盡量避免頻繁啟停柴油機(jī),盡量避免頻繁變速變負(fù)荷運(yùn)行、杜絕超速超負(fù)荷運(yùn)行,盡量使柴油機(jī)運(yùn)行在平穩(wěn)的工況下,這樣不僅可以預(yù)防柴油機(jī)氣缸套穴蝕,還可以避免柴油機(jī)過度磨擦磨損等多方面的事情發(fā)生。

        3)根據(jù)說明書的要求,控制冷卻水的溫度、壓力在合適的范圍內(nèi),不可過高過低、忽高忽低,可減少柴油機(jī)汽缸套的穴蝕。

        4)及時對冷卻水進(jìn)行化驗(yàn)并投藥處理,使水質(zhì)符合說明書的要求,改善冷卻水的質(zhì)量,不僅可以有效的防止冷卻水腔結(jié)垢和腐蝕,也可以有效的減少柴油機(jī)汽缸套的穴蝕。

        5? 結(jié)論

        在實(shí)際管理工作中,可以根據(jù)船舶柴油機(jī)的類型、工況等實(shí)際情況,選擇具體的、切實(shí)可用的、符合本機(jī)型特點(diǎn)的氣缸套穴蝕預(yù)防措施,切實(shí)有效的維護(hù)好船舶柴油機(jī),使其氣缸套免遭穴蝕的侵害,以延長船用柴油機(jī)氣缸套使用壽命,提高船舶柴油機(jī)的可靠性,從而提高船舶安全性;這是我們輪機(jī)管理人員應(yīng)該做到的基本的管理工作。

        參考文獻(xiàn):

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        [3]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,北京:人民交通出版社,2008.4(2009重印).

        [4]張躍文.船舶管理[M].大連:大連海事大學(xué)出版社.北京:人民交通出版社,2012.6(2018.7重印).

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