船用柴油机磨损和穴蚀的故障探究

船用柴油机磨损和穴蚀的故障探究

郭勇 ,李吉端

91184部队  266000

摘要：文章从船用柴油机磨损和穴蚀的原因机理入手，分析磨损和穴蚀的类型和危害，并找出提供船用柴油机抗磨损和穴蚀能量的方法，以便采取预防措施延缓或避免磨损或穴蚀现象的产生，对减少柴油机的机械故障，延缓柴油机的机械寿命，降低使用成本，保证海上航行安全有着十分重要的意义。

关键词：船用柴油机；磨损；穴蚀；原因；预防措施

船舶柴油机在高温、低速、振动等条件下运行，工作条件差，其本身结构复杂，结构系统多。同时由于海上和其它酸性或碱性物质的腐蚀，各种金属颗粒发生摩擦或磨损，导致船用柴油机容易出现故障，想要将柴油机故障问题解决，需要掌握柴油机故障特点和主要原因，从故障发生的本质入手进行研究[1]。磨损和穴蚀是柴油机出现故障的主要因素，不同的影响因素所带来的影响效果也存在着一定的差异，需要在收集故障数据后结合柴油机运行机理对影响到运行稳定的因素进行分析，提出降低影响柴油机稳定因素出现的可能性，构建故障诊断和预防措施。

一、船用柴油机磨损原因分析及预防措施

（一）磨损原因分析

船用柴油机是一种长时间运行的机器，运行过程中会出现磨损，如果某些机件出现较为严重的磨损问题，那么这些机件的工作情况会受到影响，从而导致故障问题出现，如果磨损严重，可能使得船用柴油机安全性降低，带来安全事故[2]。（1）摩擦磨损。气缸在工作时，活塞环压向气缸套的正压力大大超过活塞环本身的弹力，特别是第1道活塞环处压力最大，使环与气缸套之间的摩擦力增大。（2）磨料磨损。空气中的灰尘等杂质微粒、机油中的杂质颗粒以及摩擦磨损产生的金属磨屑等会使气缸套磨损大为加剧，空气带入的磨料对气缸套磨损的影响最大，对气缸套造成的影响最为常见，坚硬锐利的磨料从空气滤清器进入气缸后首先作用于第一道活塞环与缸壁之间，使气缸套上部磨损严重；机油中的杂质颗粒对气缸套磨损的影响较大，柴油机长期持续运行，设备内部各个零部件磨损不可避免，长此以往，金属零件磨损程度越高，会逐渐在润滑油和燃油供给系统中出现较多金属杂质混合油污，容易造成船用柴油机发生动力系统异常的现象[3]。（3）腐蚀磨损。气缸内可燃混合气燃烧后，产生水蒸气和酸性氧化物，生成矿物酸和有机酸，附在汽缸壁上。其中，有机酸是碳氢化合物燃料燃烧时生成的，矿物酸则是燃烧时生成的气体溶于燃烧时生成并附于缸壁上的水分形成的。在柴油发动机低温频繁起动和燃烧不完全时酸性物质容易生成，使气缸产生严重的腐蚀磨损。由于生成的酸首先作用于气缸上部，因此，腐蚀磨损也使气缸上部磨损严重，特别是第1道活塞环上止点处磨损量最大。（4）异常磨损。这种故障成因主要由烧轴瓦、拉缸、抱轴和气阀泄露等问题导致，因为这些因素影响活塞组件在运行过程中与气缸套出现较大的磨损问题，随着缸内压力的减弱，缸内燃料燃烧质量降低，发动机功率下降，由此产生的废气进入曲柄箱内部，导致箱内润滑油蒸发或者变质，如果情况严重，曲柄箱可能出现爆炸的现象[4]。

（二）预防磨损措施

预防磨损的发生，应注意以下几个方面：（1）尽量采用内壁经过表面氮化工艺处理过的缸套，此类缸套硬度较高，和活塞环表面材料互溶性小，可提高抗粘着磨损能力。（2）保证润滑油质量，注意不同季节使用不同粘度的润滑油，防止因环境温度变化，油膜无法建立而导致磨损。（3）缸套和活塞环的间隙应严格控制，间隙过小，会因热膨胀，造成卡死。（4）磨合阶段是活塞环和缸套表面相互适应的阶段，在此阶段润滑油膜尚未建立，两表面金属直接接触，切忌在此阶段大负载，高速度运转，否则产生粘着磨损的几率极大。（5）清洗润滑系统、润滑油过滤、保证供油充分和提高凸轮表面硬度或表面进行耐磨处理。（6）提高凸轮副接触精度和制造精度，凸轮副材料合理选择，磨合工序合理，保证油品质量和油路畅通。（7）从设计、加工、装配三方面严格保证活塞、汽缸等部件之间的装配精度和间隙预留。要降低缸套正常状态下磨损率，不但要注意燃油选择，同时还应注意燃油、空气、润滑等三大系统的维护保养，而避免异常状态下磨损，则应从缸套选择，零件安装，操作规范等方面入手。做好以上工作，对于降低磨损，具有积极意义[5]。

二、船用柴油机穴蚀原因及预防措施

（一）穴蚀原因分析

一是气缸套在活塞往复运动冲击下产生的高频振动。活塞在作往复运动的同时，还要受到侧推力的作用，使活塞与缸套在横向的贴合面不断变化，造成活塞碰击缸壁并引起缸壁的振动。当活塞到达压缩行程的上止点并继而进行膨胀行程的同时，侧推力的方向也随即变化，并以极高的速度和能量碰击缸壁，引起横向振动。在活塞的碰击下，缸壁先向外弯曲后又朝里回振，气缸套在向外弯曲时，对周围的冷却水产生一个压力波，当气缸套朝里回振时，气缸套外壁附近冷却水的压力急剧降低，压力的降低会引起冷却水中气体的析出，形成气泡，若压力降低到该冷却水温度所对应的饱和蒸汽压时，也会引起冷却水汽化沸腾产生大量的汽泡。二是船用柴油机未经处理的循环冷却淡水呈弱酸、弱碱或盐溶质的弱电解液溶液，这些与金属缸套外壁接触的弱电解液跟缸壁的金属和杂质一起形成了无数的微小原电池，缸壁上的金属颗粒为正极，杂质为负极的原电池发生电化学反应，导致柴油机缸套电化学腐蚀。

（二）预防穴蚀措施

预防穴蚀的发生，应注意以下几个方面：（1）尽量减小气缸套与活塞的配合间隙，减小活塞的间隙可以降低活塞冲击缸套壁的速度和能量，以达到减轻气缸套振动的目的。（2）合理增加气缸套的壁厚，提高气缸套自身的刚度。（3）减小气缸套和缸体两个支撑之间跨距。（4）适当减小气缸套与缸体之间的配合面间隙，以提高气缸套装配的刚性。（5）尽可能考虑采用椭圆活塞，减小活塞对缸壁的侧推力，尽量采用长一点的活塞，减轻活塞横摆时的倾倒，增加活塞与缸壁的接触面积，从而能显著降低气缸套的振动。（6）提高曲轴的平衡度，改善活塞连杆的装配质量，避免安装倾斜偏缸。（7）改善冷却水系统，改善冷缺水系统可以有效遏制气缸套穴蚀的产生，一是合理设计柴油机冷却水腔，防止水流速度和冷却水压力发生突然的变化。二是可以在冷却水腔内安装锌块，实施阴极保护，防止电化学腐蚀。（8）在冷却水中加入缓蚀剂，如乳化油缓冲剂，可以在缸套外表面上形成一层较薄的连续保护膜，不仅可以防止电化学腐蚀，而且可以减轻气泡破裂时的冲击波对缸套的冲击作用。（9）尽量使冷却水保持合适的温度和必要的压力。（10）适当减小供油提前角。

三、结束语

船用柴油机是船舶的心脏，它为船舶的海上航行提供能量和动力，而磨损和穴蚀是造成船用柴油机失效的常见破坏形式。在研究磨损和穴蚀形成原因的基础上，找出提供船用柴油机抗磨损和穴蚀能量的方法，以便采取预防措施延缓或避免磨损或穴蚀现象的产生，对减少柴油机的机械故障，延缓柴油机的机械寿命，降低使用成本，保证海上航行安全有着十分重要的意义。

参考文献

[1]宫安.船用柴油机故障诊断方法及应用效果[J].船舶物资与市场,2021,29(11):9-10.

[2]李孝连,姚玉欣.基于灰色预测分析的船用低速柴油机轴承磨损研究[J].柴油机,2021,43(02):25-28.

[3]汤崇杰,毛爱平,刘世进.浅析沃尔沃船用柴油机海水泵磨损的主要原因及对策[J].内燃机与配件,2018(12):46-47.

[4]郭忠华.船用低速柴油机缸套异常磨损控制技术探究[J].柴油机,2018,40(03):51-54.

[5]关长辉.船用柴油机气缸套摩擦磨损机理及减磨措施分析[J].科技创新与应用,2017(13):69-70.