船用柴油機(jī)氣缸蓋裂紋分析與處理

船用柴油機(jī)氣缸蓋裂紋分析與處理

在用作油氣表的氣臂蓋上，通常配備消氣閥、噴油器、指示器、啟動(dòng)裝置和確保安全的氣閥。氣罐蓋的內(nèi)腔應(yīng)配置相應(yīng)的通道、開口和排水溝。因此,氣缸蓋的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,孔道較多,壁厚很不均勻。氣缸蓋的工作條件十分惡劣。氣缸蓋的底面直接與高溫高壓燃?xì)饨佑|,不僅受到高溫高壓燃?xì)獾母g與沖刷,而且周期性地承受較高的機(jī)械負(fù)荷與熱負(fù)荷;底面在燃?xì)獗l(fā)壓力的作用下產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力,壁厚與溫度的不均勻?qū)е螺^高的熱應(yīng)力;螺栓的預(yù)緊力使氣缸蓋承受著壓應(yīng)力,并與燃?xì)鈮毫餐饔檬箽飧咨w受到彎曲作用,在截面變化處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中,冷卻水腔還受到水的腐蝕。由于氣缸蓋結(jié)構(gòu)復(fù)雜,承受著很大的、分布很不均勻的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力,產(chǎn)生裂紋是較為常見的。一般來說,燃燒室部件裂紋多發(fā)生在觸火面,特別是應(yīng)力集中及金屬堆積的地方,如氣缸蓋底面的各閥孔處及閥間區(qū)域。而能夠造成氣缸蓋裂紋的原因較多,除與本身的材料、結(jié)構(gòu)上的合理性及加工制造質(zhì)量有關(guān)外,還與輪機(jī)管理人員水平有很大關(guān)系。本文分析金盛輪主機(jī)在運(yùn)行6萬h左右、在幾個(gè)月時(shí)間里先后有三只氣缸蓋產(chǎn)生裂紋的實(shí)例,并提出日常管理注意問題。2油頭損傷加膠壓過大管輪的檢查金盛輪是一艘集裝箱船,可裝載404TEU,于1996年在SSANGYONGHI船廠制造,主推進(jìn)選用MAN-B&6L35MC,6只缸,缸徑350mm,沖程1050mm,額定功率3353kW,營(yíng)運(yùn)轉(zhuǎn)速180r/min,最大爆炸壓力12MPa。2004年11月20日金盛輪停靠在煙臺(tái)港,按主機(jī)檢修計(jì)劃,大管輪和機(jī)工長(zhǎng)更換主機(jī)No5缸油頭(工作9000h)。兩只油頭拆出后,發(fā)現(xiàn)油頭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。根據(jù)常規(guī),用專用工具進(jìn)行油頭座孔接觸面的研磨,研磨清潔后發(fā)現(xiàn),在油頭座孔接觸面內(nèi)側(cè)各有一條長(zhǎng)8mm的裂紋,并且越研越明顯。輪機(jī)長(zhǎng)得知情況后,下機(jī)艙檢查確認(rèn)缸蓋裂紋,并決定更換備用缸頭。此后,輪機(jī)人員把氣缸蓋所有的附件拆除,對(duì)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(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)每只的凹坑內(nèi)有一條約2mm的裂紋,見圖1。這種情況先后在No.1、No.4缸發(fā)生。3熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力引起的裂紋從氣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,凹坑狀態(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?zé)g的癥狀。那么,這種呈扇形凹坑高溫?zé)g是何原因引起呢?該機(jī)型油頭的油嘴伸進(jìn)在氣缸蓋的燃燒室里,其伸入部分的長(zhǎng)短就直接影響霧化的油束與氣缸蓋表面的距離,如果這部分過短,那么部分霧化的油束就會(huì)噴射到氣缸蓋內(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(dá)30MPa,噴射速度快,一方面會(huì)使噴到氣缸蓋內(nèi)壁頂部區(qū)域的燃油燃燒溫度突然升高,使之承受超大應(yīng)力和熱負(fù)荷;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(shí)間一長(zhǎng),就在氣缸蓋上沿著燃油霧化的油束方向(燃油噴射到氣缸蓋內(nèi)壁頂部上)產(chǎn)生凹坑。當(dāng)這個(gè)凹坑深度達(dá)到一定時(shí),氣缸蓋的局部承載強(qiáng)度就大大地減弱,在大負(fù)荷高爆壓(12MPa)情況下,承受熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力而產(chǎn)生疲勞裂紋。一般來說,每一種機(jī)型的氣缸蓋可允許燒蝕凹坑,在一定的程度內(nèi)不影響安全運(yùn)行。MAN-B&W6L35MC機(jī)型的氣缸蓋凹坑,可允許使用極限深度是在6mm以內(nèi)。但從該輪有裂紋的氣缸蓋,經(jīng)測(cè)量凹坑最深度已達(dá)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(zhǎng)度共有長(zhǎng)、短兩種。長(zhǎng)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(zhǎng)油嘴64.5mm是最近兩年訂購(gòu)來的備件,而裝機(jī)上使用的油嘴大多是短油嘴57mm,長(zhǎng)油嘴與短油嘴長(zhǎng)度相差7.5mm。另外,據(jù)原機(jī)出廠時(shí),配用的油嘴只有52mm。實(shí)踐證明使用短油嘴時(shí),部分霧化的油束會(huì)噴射到氣缸蓋內(nèi)壁表面上,而長(zhǎng)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(jì)上有缺陷(52mm過短),進(jìn)行了逐步改進(jìn)加長(zhǎng)到64.5mm。比如金萊輪是金盛輪的姐妹船,金萊輪在1999年開始使用長(zhǎng)油嘴(以前也是使用短油嘴57mm),經(jīng)吊缸檢查,氣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)氣缸蓋裂紋。此外,油頭若是長(zhǎng)時(shí)間未拆出清潔、泵壓檢查或者是油頭霧化不好滴油時(shí),那么在運(yùn)行中,油嘴容量結(jié)炭而影響燃油霧化的方向,同樣有一部分油霧也會(huì)直接噴射到氣缸蓋內(nèi)壁上,也會(huì)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(fù)荷過大,導(dǎo)致熱應(yīng)力增加而產(chǎn)生裂紋。后來金盛輪主機(jī)進(jìn)行逐步吊缸檢查,各個(gè)氣缸都有雷同情況,凹坑深度達(dá)到4mm以上,因而金盛輪就難免在幾個(gè)月時(shí)間里,相繼有三只缸氣缸蓋產(chǎn)生裂紋,而且其它三只缸也要進(jìn)廠補(bǔ)焊修理解決。4日常管理注意事項(xiàng)4.1噴油器的保養(yǎng)周期金盛輪主機(jī)氣缸蓋的裂紋除了與油頭上的油嘴長(zhǎng)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(hù)管理中,對(duì)油頭的霧化質(zhì)量要定期地檢查,雖然MAN-B&W6L35CM機(jī)型說明書要求對(duì)噴油器保養(yǎng)周期在9000h左右,但在具體運(yùn)行中,燃油質(zhì)量不穩(wěn)定,每次在5000h左右拆檢油頭時(shí),油嘴結(jié)炭就已經(jīng)比較嚴(yán)重。另一方面隨著主機(jī)的運(yùn)行,缸套磨損量的變大,對(duì)油頭的霧化質(zhì)量要求越高,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(duì)油頭座孔進(jìn)行徹底清潔與研磨,以防止油頭座孔接觸面過熱造成裂紋。同時(shí)仔細(xì)檢查,及早發(fā)現(xiàn)裂紋,盡早解決。4.2長(zhǎng)油敞口的壓溫該機(jī)型主機(jī)燃用IF380cst的油品,但經(jīng)查金盛輪的燃油進(jìn)機(jī)溫度在106℃～110℃,根據(jù)燃油溫粘特性圖(見圖2)可查到,要把燃油進(jìn)機(jī)的粘度控制在12cst左右,燃油溫度必須加熱到130℃以上,況且如今IF380cst的質(zhì)量比較差,因而要保持燃油加熱溫度,在進(jìn)機(jī)時(shí)至少在130℃以上,才能使燃油霧化的質(zhì)量提高,減少油嘴的結(jié)炭。此外,上述的長(zhǎng)油嘴64.5mm有兩種規(guī)格,主要是油孔的直徑不一樣,但在實(shí)際使用中,主機(jī)在低速或更換油嘴使用一段時(shí)間溫差較大(80℃)外,高速時(shí)溫差很小,一般在20℃以內(nèi),所以兩種規(guī)格的長(zhǎng)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(jī)吊缸,裝復(fù)氣缸蓋之前,不應(yīng)僅把氣缸蓋與缸套接觸表面清潔一下,而忽視了氣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(xì)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(jìn)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(duì)燒損進(jìn)行修整,防止出現(xiàn)裂痕。5機(jī)械主流管理的必要性MAN-B&W/L機(jī)型的主機(jī),近幾年在各類船舶的應(yīng)用越來越廣泛,因而廠家也時(shí)有服務(wù)信函通知部件的改進(jìn)情況,所以機(jī)務(wù)管理人員想要全面了解和掌握這種機(jī)型維護(hù)和管理,