船用柴油機汽缸套穴蝕的預(yù)防

單體忠

摘要：本文分析了船用柴油機氣缸套穴蝕的危害、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，供船舶輪機管理人員參考、選用，以圖減少船用柴油機氣缸套免遭穴蝕侵害，以延長船用柴油機氣缸套使用壽命，提高船舶柴油機的可靠性，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

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

1? 船用柴油機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氣缸套的使用壽命，還影響到柴油機的可靠性，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? 船用柴油機氣缸套穴蝕的概念及發(fā)生部位

概念：穴蝕是液力機械或機件與液體之間存在相對高速時，在機件表面上產(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）四沖程柴油機氣缸套外圓表面;對于四沖程柴油機和二沖程柴油機相比，氣缸套穴蝕的發(fā)生較為嚴(yán)重的是筒形柴油機汽缸套或者說是四沖程柴油機氣缸套，因為是沖程柴油機氣缸套在工作時比二沖程柴油機承受的側(cè)推力大得多，振動就大，易產(chǎn)生穴蝕。而二沖程柴油機汽缸套因側(cè)推力極小，且轉(zhuǎn)速低，振動輕?；静话l(fā)生穴蝕，所以本文重點討論四沖程柴油機汽缸套穴蝕）。

2）四沖程柴油機氣缸套外圓表面的左右兩側(cè)：由于四沖程柴油機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，這是因為膨脹沖程側(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)生在四沖程柴油機氣缸套上部左右兩側(cè)。如圖1。

3? 船用柴油機氣缸套穴蝕產(chǎn)生影響的因素

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

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

②柴油機的結(jié)構(gòu)：對于四沖程筒形柴油機結(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柴油機的運行工況：1）柴油機頻繁啟停、頻繁變速、頻繁變負(fù)荷運行，甚至超速超負(fù)荷運行，要比在額定負(fù)荷內(nèi)穩(wěn)定運行，振動劇烈，氣缸套穴蝕嚴(yán)重;2）柴油機長時間使用后，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，這樣柴油機運行時，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柴油機冷卻水腔的結(jié)構(gòu)：冷卻水腔寬敞、水流平穩(wěn)，冷卻水進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。冷卻水進出冷卻腔的通道也足夠暢通。

⑤船用柴油機氣缸套冷卻介質(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水進行化驗，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)的一層保護膜，這層保護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? 船用柴油機汽缸套穴蝕的預(yù)防措施

①從選用柴油機方面講：可選用二沖程機、低速機的，就不選用四沖程機、中速機或高速機，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，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背、鉆孔冷卻結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)既提高了柴油機氣缸套的剛度，減少了振動，減少了氣缸套的穴蝕，還加強了冷卻;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行加工或熱處理，例如：使表面光潔、對表面進行滲碳處理、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，進行陰極保護，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，盡量避免頻繁變速變負(fù)荷運行、杜絕超速超負(fù)荷運行，盡量使柴油機運行在平穩(wěn)的工況下，這樣不僅可以預(yù)防柴油機氣缸套穴蝕，還可以避免柴油機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，可減少柴油機汽缸套的穴蝕。

4）及時對冷卻水進行化驗并投藥處理，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汽缸套的穴蝕。

5? 結(jié)論

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

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