柴油機汽缸蓋產(chǎn)生裂紋的原因分析

柴油機汽缸蓋產(chǎn)生裂紋的原因分析

金勝輪是一個集裝箱船，可以裝載404個貨物。它于1996年在sagyodiom醫(yī)院建造。主動式收割機采用曼b.w6l35cm，6個通道，直徑350mm，緩沖區(qū)，150mm，額定功率1533kw，運行速度180r。最小，最大爆炸壓力12mpa。2004年11月20日金盛輪?？吭跓熍_港,按主機檢修計劃,大管輪和機工長更換主機No.5缸油頭(工作9000h)。兩只油頭拆出后,發(fā)現(xiàn)油頭本體前端與油頭孔座接觸處各有一條溝痕,并且油頭體前側(cè)有明顯的煙灰垢。按照常規(guī),用專用工具進行油頭座孔接觸面的研磨,清潔研磨發(fā)現(xiàn),在油頭座孔接觸面內(nèi)側(cè)各有一條長8mm的裂紋,并且越研越明顯。輪機長得知情況后,下機艙檢查確認缸蓋裂紋,并決定更換備用缸頭。此后,輪機人員把汽缸蓋所有的附件拆除,對燃燒室表面用鋼絲刷徹底清潔,發(fā)現(xiàn)在兩只油頭的噴霧方向,有兩只呈扇形狀的凹坑,面積大約為30×60mm,再仔細檢查后發(fā)現(xiàn)每只的凹坑內(nèi)各有一條約2mm的裂紋,這種情況曾先后在No.1、No.4缸發(fā)生過。1壓壓缸蓋上的裂紋從汽缸蓋呈扇形的凹坑情況來看,裸露的金屬表面比較光滑而且呈有規(guī)則的波浪型,凹型狀態(tài)猶如“滴水穿石”,裂紋在波谷最深處。從清潔下來的燃燒產(chǎn)物和腐蝕產(chǎn)物來看是高溫燒蝕的癥狀。那么,這種呈扇形凹坑高溫燒蝕是何原因引起的呢?該機型油頭的油嘴伸進在汽缸蓋的燃燒室里,其伸入部分的長短就直接影響霧化的油束與汽缸蓋表面的距離,如果這部分過短,那么部分霧化的油束就會噴射到汽缸蓋內(nèi)壁頂部,這部分燃油不是霧化狀態(tài),而形成線條狀。由于霧化的油束壓力高達30MPa,噴射速度快,一方面會使噴到汽缸蓋內(nèi)壁頂部區(qū)域的燃油燃燒溫度突然升高,使之承受超大機械應(yīng)力和熱應(yīng)力;另一方面燃燒產(chǎn)物中所含五氧化二釩很容易造成高溫腐蝕,時間一長,就在汽缸蓋上沿著燃油霧化的油束方向(燃油噴射到汽缸蓋內(nèi)壁頂部上)產(chǎn)生凹坑。當這個凹坑深度達到一定時,汽缸蓋的局部承載強度就大大地減弱,在大負荷高爆壓(12MPa)情況下,承受熱應(yīng)力和機械應(yīng)力而產(chǎn)生疲勞裂紋。一般來說,每一種機型的汽缸蓋可允許燒蝕凹坑,在一定的程度內(nèi)不影響安全運行。MANB&W6L35MC機型的汽缸蓋凹坑,可允許使用極限深度是在6mm以內(nèi)。但從該輪有裂紋的汽缸蓋,經(jīng)測量凹坑最深度已達8mm,那么在凹坑的波谷深處產(chǎn)生裂紋就毫無疑問了。從金盛輪的油嘴使用情況看,在備件中油嘴的長度共有長、短兩種。長的油嘴規(guī)格有兩種:1)7.0×140,L=64.5mm;2)6.0×140,L=64.5mm。短的油嘴規(guī)格有兩種:1)6.0×140,L=57mm;2)6.1×140,L=57mm。經(jīng)查長油嘴64.5mm是最近兩年訂購來的備件,而裝機上使用的油嘴大多是短油嘴57mm,長油嘴與短油嘴長度相差7.5mm。另外,原機出廠時配用的油嘴只有52mm。實踐證明,使用短油嘴時部分霧化的油束會噴射到汽缸蓋內(nèi)壁表面上,而長油嘴就沒有此現(xiàn)象,說明制造廠已發(fā)現(xiàn)該油嘴設(shè)計上有缺陷(52mm過短),從而進行了逐步改進加長到64.5mm。金萊輪是金盛輪的姐妹船,金萊輪在1999年開始使用長油嘴(以前也是使用57mm短油嘴),經(jīng)吊缸檢查,汽缸蓋上雖然也有凹坑,但其深度只有3mm左右未到極限,至今還未發(fā)現(xiàn)汽缸蓋裂紋。此外,油頭若是長時間未拆出清潔、泵壓檢查或者是油頭霧化不好滴油時,那么在運行中,油嘴容易結(jié)炭而影響燃油霧化的方向,同樣有一部分油霧也會直接噴射到汽缸蓋內(nèi)壁上,也會造成高溫腐蝕產(chǎn)生凹坑。另外,油頭孔座與油頭接觸面密封不良,也易造成熱負荷過大,導致熱應(yīng)力增加而產(chǎn)生裂紋。后來金盛輪主機進行逐步吊缸檢查,各個汽缸都有雷同情況,凹坑深度達到4mm以上,因而金盛輪就難免在幾個月時間里,相繼有3只缸汽缸蓋產(chǎn)生裂紋,而且其它3只缸也要進廠補焊修理解決。2日常管理注意事項2.1噴油器的保養(yǎng)周期金盛輪主機汽缸蓋的裂紋除了與油頭上的油嘴長度直接有關(guān)外,還與油頭的霧化質(zhì)量以及燃油的質(zhì)量有關(guān)。因而,在日常維護管理中,對油頭的霧化質(zhì)量要定期檢查,雖然MANB&W6L35MC機型說明書要求對噴油器保養(yǎng)周期在9000h左右,但在具體運行中,燃油質(zhì)量不穩(wěn)定,每次在5000h左右拆檢油頭時,油嘴結(jié)炭就已經(jīng)比較嚴重。另一方面隨著主機磨損量的加大,對油頭的霧化質(zhì)量要求變高,因此要縮短油頭的拆檢周期。建議在5000h左右拆檢,至少可以把油嘴的結(jié)炭去除掉,并且每次更換油頭,都要對油頭座孔進行徹底清潔與研磨仔細檢查,以防止油頭座孔接觸面過熱造成裂紋。2.2進機及進機注意事項該機型主機燃用380cst的油品,但經(jīng)查金盛輪的燃油進機溫度在106℃～110℃,根據(jù)燃油溫粘特性圖可查到,要把燃油進機的粘度控制在12cst左右,燃油溫度必須加到130℃以上,況且如今380cst的質(zhì)量比較差,因而要保持燃油加熱溫度,在進機時至少在130℃以上,才能保證燃油的霧化質(zhì)量,減少油嘴的結(jié)炭。此外,上述的64.5mm長油嘴有兩種規(guī)格,主要是油孔的直徑不一樣,但在實際使用中,除主機在低速運轉(zhuǎn)時溫差較大(80℃)外,高速時溫差很小,一般在20℃以內(nèi),所以兩種規(guī)格的長油嘴都可以用(但力求使用同一種規(guī)格的油嘴),避免再使用短油嘴。在每次主機吊缸、裝復(fù)汽缸蓋之前,不應(yīng)僅把汽缸蓋與缸套接觸表面清潔一下,而忽視了汽缸蓋燃燒室表面的清潔,以至于表面燒蝕和高溫腐蝕產(chǎn)生的凹坑被炭灰掩蓋很難發(fā)現(xiàn)。因而缸蓋的燃燒室表面也要清潔,仔細檢查,尤其是油嘴孔和其它附件孔的周圍,如果發(fā)現(xiàn)有燒損凹坑,要進行修理,燒損凹坑較淺,但有波浪或者有尖銳邊緣,要把波浪形磨平或者把尖銳邊緣磨成弧度(大于4mm半徑弧度),應(yīng)該對燒損進行修整,防止出現(xiàn)裂痕。2.3速度水流冷卻在柴油機缸蓋冷卻水道內(nèi)增設(shè)擋水板,加快水流速度,且對水流給以必要的引導,使其定向地沖刷排氣門和噴油器,以使這些受熱嚴重的部件得到較好地冷卻。2.4冷卻水溫度高若對柴油機操作管理不當,同樣會導致汽缸蓋產(chǎn)生裂紋。例如:柴油機冷車啟動或啟動后加速太快都容易產(chǎn)生裂紋。更甚者,輪機人員在沒有充分暖缸的情況下增加負荷,急劇調(diào)節(jié)冷卻水溫度,造成汽缸蓋“激碎”現(xiàn)象。這是由于受熱件和冷卻液的溫