淺談?shì)啓C(jī)主機(jī)缸套裂紋的預(yù)防

淺談?shì)啓C(jī)主機(jī)缸套裂紋的預(yù)防

0老齡船主機(jī)氣缸套裂紋的原因在管理老船時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)從主機(jī)桶中刪除裂縫的問題，這不僅給公司造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，也給年輕船的管理者帶來了很大的工作量。問題涉及設(shè)計(jì)、制造和材料，但如果駕駛員能夠及時(shí)根據(jù)實(shí)際情況采取強(qiáng)硬措施，科學(xué)管理，不分青紅皂白地避免異常裂縫，延長(zhǎng)使用壽命，并討論老船氣閥套筒的原因和日常管理。1主機(jī)框架的工作條件和損壞位置1.1壓應(yīng)力和拉應(yīng)力作用氣缸是柴油機(jī)的主要固定部件之一,是燃燒室部件中的主體.柴油機(jī)的工作循環(huán)是在氣缸的工作空間里進(jìn)行的,活塞在氣缸內(nèi)部往復(fù)運(yùn)動(dòng).氣缸下半部要開氣口、布置氣道,上半部要安裝缸頭等.因此,氣缸套上部受到氣缸蓋安裝預(yù)緊力的作用,氣缸內(nèi)壁受到燃?xì)獾母邷?、高壓和腐蝕作用以及活塞的摩擦、敲擊和側(cè)推力作用.氣缸的冷卻水空間受到冷卻水的腐蝕和穴蝕.當(dāng)采用貫穿螺栓把氣缸體、機(jī)架和機(jī)座緊固到一起時(shí),氣缸體承受很大的壓力.當(dāng)主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),缸套內(nèi)外之間產(chǎn)生溫差,缸套內(nèi)表面(觸火面)由于膨脹受到外表面(水冷面)的阻礙而產(chǎn)生壓應(yīng)力,缸套外表面(水冷面)因受到內(nèi)表面(觸火面)的拉伸作用而產(chǎn)生拉應(yīng)力.1.2缸套上的裂紋.c缸套裂紋的部位基本上是集中在兩個(gè)位置:缸套的裂紋以觸火面占多數(shù),特別是應(yīng)力集中和金屬堆積的地方,多見于缸套上部凸肩區(qū).除此之外,在過度圓角處、水套加強(qiáng)筋處以及氣口附近亦是多發(fā)區(qū).除了觸火面外,冷卻側(cè)的某些應(yīng)力集中處,例如:缸套外圓柱面和缸套凸肩交界處等,有時(shí)也產(chǎn)生裂紋.某船在不到一年的時(shí)間里裂了3個(gè)缸套,主機(jī)型號(hào)是SULZER5RTA,而且是22年的老齡船.經(jīng)詢問和查找記錄了解到3個(gè)缸套裂紋都發(fā)生在燃燒室,即缸套上部的觸火面,沿垂直方向裂開,多達(dá)23道裂紋.NO.1缸裂紋長(zhǎng)度為8mm、10mm和20mm三處,NO.4缸為70mm和100mm的裂紋兩處,NO.5缸約200mm的裂紋兩處.2主要原因是機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷2.1機(jī)械應(yīng)力和最高爆發(fā)壓力機(jī)械負(fù)荷是指柴油機(jī)部件承受最高燃燒壓力、慣性力、振動(dòng)沖擊等的強(qiáng)烈程度.對(duì)于缸套主要是來自安裝預(yù)緊力和氣體壓力.由安裝預(yù)緊力引起的負(fù)荷是安裝應(yīng)力,它主要存在于上部凸肩部位.在其危險(xiǎn)斷面上承受拉應(yīng)力、剪應(yīng)力以及彎曲應(yīng)力.這些應(yīng)力的數(shù)值大小與螺栓預(yù)緊力成正比,與其凸肩的高度成反比.由此可知,氣缸套的安裝應(yīng)力亦與最高爆發(fā)壓力成正比.氣體力引起的為機(jī)械應(yīng)力.由于氣缸內(nèi)的氣體力是周期變化的,其最大值為最高爆發(fā)壓力,其變化頻率與單位時(shí)間內(nèi)的循環(huán)次數(shù)(轉(zhuǎn)速)有關(guān).因此稱為高頻應(yīng)力,由此產(chǎn)生的稱為脈動(dòng)疲勞.根據(jù)材料力學(xué)厚壁圓筒的公式在某一半徑處受到的是切向應(yīng)力與徑向應(yīng)力,由此可知觸火面受到的切向應(yīng)力最大(拉應(yīng)力),徑向應(yīng)力最大(壓應(yīng)力).而水冷面受到的切向應(yīng)力最小(拉應(yīng)力),徑向應(yīng)力為零.由上述可知,燃燒室部件中由氣體力而產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力都和最高爆發(fā)壓力成正比.就上面提到在一年之內(nèi)裂3個(gè)缸套,其機(jī)械負(fù)荷過大是其原因之一.由于船舶污底較嚴(yán)重,為了控制爆發(fā)壓力而使主機(jī)轉(zhuǎn)速維持在84r/min,而且還開著應(yīng)急鼓風(fēng)機(jī)航行,排氣溫度都近400℃,主機(jī)負(fù)荷過大,爆發(fā)壓力過高.經(jīng)查3個(gè)缸套使用的時(shí)間分別是NO.1缸是44787h、NO.4缸是46000h、NO.5缸是47000h.基本是使用5年多時(shí)間.且為國產(chǎn)缸套,由于國產(chǎn)缸套工藝不過關(guān),都是國內(nèi)一些專業(yè)廠家仿原廠家制造的,在尺寸上可能有些差異,致使裝配精度變差,由此造成缸套的偏磨或過度磨損,局部受力不均.所以當(dāng)主機(jī)長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行、爆發(fā)壓力過高時(shí),易造成缸套裂紋,這是缸套裂紋的主要原因.2.2熱負(fù)荷過高造成的危害熱負(fù)荷是指柴油機(jī)的燃燒室部件承受溫度、熱流量及熱應(yīng)力的強(qiáng)度.包括熱應(yīng)力和熱疲勞.熱負(fù)荷可用熱應(yīng)力大小來表示,而由溫差形成的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力.因此,缸壁的熱應(yīng)力與溫差成正比.熱疲勞是指在交變熱應(yīng)力作用下出現(xiàn)的破壞現(xiàn)象,熱疲勞對(duì)燃燒室部件破壞的主要表現(xiàn)是裂紋.它與柴油機(jī)的累計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)并無多大關(guān)系,主要取決于機(jī)器的啟動(dòng)-運(yùn)行-停車的循環(huán)次數(shù),估亦稱低頻應(yīng)力.熱負(fù)荷過高對(duì)燃燒室部件所造成的危害是多方面的,主要有:使材料的機(jī)械性能降低;承載能力下降;使受熱部件膨脹、變形、局部產(chǎn)生“蠕變”,繼而產(chǎn)生較大的塑性變形,改變了原來的正常間隙;使?jié)櫥砻娴幕脱杆僮冑|(zhì)、結(jié)焦、蒸發(fā)乃至燒掉;使有些部件受熱面燒蝕;使受熱部件承受的熱應(yīng)力過大,產(chǎn)生疲勞破壞等.當(dāng)停車?yán)鋮s后,由于非塑性變形的水冷面要復(fù)原,而塑性變形的觸火面不能復(fù)原,致使壁面產(chǎn)生了殘余應(yīng)力.它使觸火面一側(cè)受到拉伸,冷卻面一側(cè)受到壓縮.由于啟動(dòng)-停車的多次重復(fù),這種現(xiàn)象就多次出現(xiàn),使壁面受到低頻率的脈動(dòng)應(yīng)力作用.由于在高溫下材料強(qiáng)度降低,而低頻應(yīng)力在柴油機(jī)啟動(dòng)-全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)-停車過程中數(shù)值變化很大,這樣就使一些燃燒室部件在短期內(nèi)出現(xiàn)了裂紋.前面提到缸套裂紋的另外原因是熱負(fù)荷過大.由于使用國產(chǎn)活塞環(huán),材料和工藝有差異,活塞環(huán)的耐磨性較差,經(jīng)查記錄,主機(jī)吊缸時(shí)發(fā)現(xiàn),使用5000多小時(shí),第一道令已磨去7mm,第二道令磨去約5mm,且彈性變差.致使缸套和活塞環(huán)的密封性能下降,因而會(huì)引起燃?xì)獯罅康芈┬?再加上主機(jī)燃燒不良,排溫過高,熱負(fù)荷增大,缸套的熱應(yīng)力增加,如長(zhǎng)期如此必將使缸套產(chǎn)生裂紋.3日常管理的關(guān)鍵(1)少低頻應(yīng)力無論停泊、變速還是定速航行,及時(shí)正確對(duì)冷卻水溫度進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)和控制,水溫變化控制在3～5°C.使冷卻水溫度保持穩(wěn)定在正常值,以減少低頻應(yīng)力的產(chǎn)生,這是減少缸套裂紋的有效途徑.除特殊情況,應(yīng)盡量保持主機(jī)長(zhǎng)期處在冷卻水溫度穩(wěn)定的暖缸狀態(tài).操作時(shí)嚴(yán)格控制暖缸速率,如果時(shí)間允許,要盡量延長(zhǎng)暖缸時(shí)間,最終使暖缸溫度升到接近正常使用值.切忌在缸套水溫度太低時(shí)起動(dòng)主機(jī),因冷車起動(dòng)水溫變化過大,會(huì)使缸套的觸火面與水冷面溫差過大,產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力.再加之溫度突變,太高或太低對(duì)燃燒室部件都是不利的,更容易造成缸套腐蝕磨損甚至產(chǎn)生裂紋.(2)調(diào)整主機(jī)轉(zhuǎn)速根據(jù)船舶的裝載、污底等情況以及大風(fēng)浪天氣、頂風(fēng)頂流、淺水區(qū)、狹窄航道以及大舵角轉(zhuǎn)向等外界負(fù)荷變化較大的情況來選擇合適的主機(jī)轉(zhuǎn)速,避免主機(jī)熱負(fù)荷過大甚至超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn).此時(shí),輪機(jī)值班人員要及時(shí)調(diào)整主機(jī)油門,杜絕超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),這對(duì)主機(jī)的安全、可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)是十分重要的.(3)燃油系統(tǒng)故障治理通過掃氣口檢查缸套工況,及時(shí)清潔掃氣道和掃氣口及保持泄放管的暢通是減少磨料磨損的有效措施.保證良好的燃油凈化處理,提高燃油凈化質(zhì)量;正確控制燃油進(jìn)機(jī)溫度和黏度;按時(shí)維修燃油噴射系統(tǒng)各部件;合理控制掃氣溫度和提高掃氣壓力;及時(shí)清潔掃氣口;確保燃油良好霧化;保證合適的噴油定時(shí)和高油泵的可靠性.(4)冷器氣面的清洗為減少缸套的過度磨損和腐蝕磨損,空冷器氣面要定期用化學(xué)清洗,清洗后要用淡水及時(shí)沖洗,并對(duì)氣面進(jìn)行反復(fù)換水沖洗,直至將化學(xué)藥劑沖洗干凈為止.(5)缸頭螺栓的安裝大多數(shù)柴油機(jī)的缸頭螺栓均采用液壓拉伸器固緊.在吊缸檢修安裝時(shí),為了保證缸頭螺栓均勻上緊,應(yīng)清潔螺帽與缸頭接觸面以及螺帽和螺桿的螺紋,按規(guī)定壓力,最好一個(gè)人逐一用力收緊,切記不要用錘子或其他工具等加力收緊.(6)提前吊缸,保持密封對(duì)于老齡船的主機(jī),由于缸套磨損較大致使密封性能下降,所以,主機(jī)要提前吊缸,以確保良好的密封性能,防止燃?xì)獾拇罅柯┬挂员苊鈷邭獾乐鸲鸶滋琢褤p,減少缸套和活塞環(huán)的過度磨損.(7)定期檢查和處理供水，確保質(zhì)量如果冷卻水處理不當(dāng)或不及時(shí)導(dǎo)致局部結(jié)垢、腐蝕、臟堵,會(huì)造成傳熱不良和局部過熱,因此,輪機(jī)人員要認(rèn)真仔細(xì)做好冷卻水化驗(yàn)和處理.(8)合理調(diào)整活水油的溫度無論是變速還是定速航行,都應(yīng)及時(shí)調(diào)整活塞冷卻溫度,使其保持穩(wěn)定在使