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1、船舶柴油机缸套异常磨损的原因及解决方案专 业 轮机工程专业 届 别 2009级 学 号 姓 名 指导教师 1摘 要气缸套是船舶柴油机的主要部件，其工作的好坏直接影响着柴油机的性能。缸套是柴油机的关键运行部件之一,柴油机能量的转化、效率的高低、排放的多少等都与缸套工作状况密切相关,而磨损故障为缸套主要故障,因此有必要对缸套的磨损故障诊断进行研究.本文对气缸套异常磨损产生的机理、引起磨损的具体原因做了分析，并提出了应对的措施。关键词：船舶柴油机；气缸套；磨损；润滑油AbstractCylinder liner is the main part of maritime shipping diesel
2、 engine，its operating well or not influences on the performance of the diesel engine. Cylinder liner is the key to running one of the components of the diesel engine, diesel engine energy conversion, closely related to the level of efficiency, emissions, how much and so on and Liner working conditio
3、ns, wear fault Liner main fault is therefore necessary to wear on the cylinder linerfault diagnosis research The paper introduces wear mechanism on the surface of cylinder liner, the specific reasons of causing wear and measures to improve cylinder liner wear status.Key words：Marine Diesel Engine；Cy
4、linder Liner；Wear；Lubriciation oil 目 录前言. 11磨损产生的原因. 21.1磨损机理. 21.2影响气缸套磨损的原因. 41.3气缸正常磨损的规律. 72气缸套异常磨损对柴油机的危害. 73预防气缸套磨损的措施. 73.1正确的日常管理. 113.2工况下的柴油机运行管理. 11结论.13致谢.14参考文献.15前 言气缸套是柴油机系统中的主要部件，其工作的好坏直接影响着柴油机的性能。船用柴油机在当今远洋船舶推进装置市场上占支配地位，它的使用寿命直接影响其工作可靠性，甚至船舶营运效益及安全。图 1柴油机气缸套示意图气缸套磨损状况是确定柴油机检修周期以及维护
5、费用的重要因素之一，研究气缸套磨损是船用柴油机研究的重要课题之一。气缸套产生磨损的原因相当复杂，它涉及到许多因素，其中很多因素还有相互关系。因此事实上不能把产生磨损的原因归结为一个或少数几个因素。本文分别从其机理、主要影响因素和原因进行分析，并提出一系列解决措施。一、磨损产生的原因1.1 磨损机理气缸套的磨损形式可分为：磨粒磨损、粘着磨损、腐蚀磨损和疲劳磨损。在正常运转的柴油机里，这几种磨损可能同时出现，至于某一特定时间内哪类磨损形式占主导地位，这由许多因素而定，其中尤其以操作条件最为重要。图 2柴油机气缸套磨损图示1.1.1 磨粒磨损磨料磨损是两个接触表面由于坚硬的凸起或微粒造成气缸套表面材
6、料的移动或脱落。研究表明，由于柴油机进气中夹带有坚硬的外来物质，或燃油及润滑油携带的机械杂质及燃烧所形成的炭粒、沥青质等硬质颗粒进入缸套，在缸套和活塞的摩擦面之间形成磨粒，磨粒与两摩擦面产生挤压、切削或滚撞，使金属从缸套及活塞表面脱落下来，成为碎粒(磨损产物)等物质，并使金属的一个表面或二个表面受到损伤，这就是磨粒磨损。磨粒主要来源于：燃油在催化裂化过程中留下的催化剂粉末；燃油在贮存和运输过程中进入的锈、砂和其它硬质颗粒、磨屑；燃烧生成的灰分；随空气进入缸套的灰尘以及被污染的缸套油等。据资料显示，磨料80%来源于被污染的润滑油以及空气中的尘埃，且不同因素引起的磨损规律也较大的差异。一般情况下，
7、气缸内吸入的空气过脏以及严重积炭造成磨损，其磨损最大部位在气缸套的中上部；因润滑油中含有大量硬质微而造成的磨损，其最大磨损部位在气缸套的中下部。1.1.2 粘着磨损粘着磨损俗称拉缸，通常发生在气缸上部第1道活塞环上止点处。在薄膜润滑(边界润滑)的条件下，摩擦面间只有一层极薄的油膜，摩擦表面的部分尖峰会刺破油膜发生直接接触，或者由于润滑条件差、局部高温等原因，使滑动表面缺乏充足的润滑油膜，也使摩擦表面间发生金属的直接接触。当两滑动表面在压力下有极微小部分的金属直接接触摩擦时，便形成局部高温，使两者熔融粘着、脱落，逐步扩大形成粘着磨损。影响粘着磨损的因素很多，其主要影响因素：一气缸套材质不良或壁厚
8、不均以及气缸盖螺栓预紧力不均匀；二是燃料品质太差，使燃烧室积炭严重；三是磨合期内大负荷、高速转以及温度过高；四是润滑油选用不当或油量不足；五是柴油机经常爆燃或超负荷运转。另外，缸套、活塞、活塞环等的外形尺寸及形状精度，缸套润滑油孔布置，缸套油的供给数量和品质，缸套表面的温度，装置对中情况等都是影响因素。1.1.3 腐蚀磨损腐蚀磨损是腐蚀和磨损同时起作用的一种磨损，即气缸套内表面在腐蚀物的作用下，发生化学和电化学反应，形成腐蚀产物。这些金属腐蚀物在活塞及活塞环往复运动时被剥离，暴露出的金属又重新被腐蚀，如此循环往复，加速了气缸套的磨损过程。由于燃油中所含的硫分在燃烧时生成了二氧化硫(SO2)，然
9、后又转化为三氧化硫(SO3)。燃油中的氢燃烧后生成水蒸气，三氧化硫与水蒸气反应则生成了对金属有严重腐蚀的硫酸。硫的燃烧产物的露点受到许多因素的影响，燃料中硫分增加和缸套中的压力提高时，露点会提高。在工作行程开始时，虽然压力高，但温度也高，使酸性氧化物和水蒸气无法凝结。当活塞下行暴露出缸套较冷部分时，水和三氧化硫蒸汽与金属接触开始凝结，硫酸的凝结量取决于缸套表面温度、局部地区的蒸汽浓度和缸套壁是否有完整的油膜等因素。缸套上的腐蚀层与金属基体结合弱，在磨损中剥落，使缸套壁上布满疏松的细小孔穴，这是腐蚀磨损的显著特征。由硫酸引起的腐蚀称为低温腐蚀或冷腐蚀，腐蚀磨损特征和所用燃油的硫分含量有很大关系。
10、柴油机使用重油时，其磨损比用低硫柴油时要高 23 倍，含硫量高于 0.71时，磨损会剧烈增加。柴油机工作时气缸工作温度过高或过低、使用的燃油含硫量过大、润滑油中残留的有害化学物质以及被水或废气侵蚀、电化学腐蚀等因素是引起气缸套腐蚀磨损的主要因素。据资料记载，腐蚀磨损约占气缸总磨损量的40%左右。研究证明，冷起动频繁以及使用燃油含硫量过高时，气缸套磨损较严重，通常在第1道活塞环上止点处，气缸壁因受到强烈的酸蚀，磨损量比正常磨损大23倍。同时，腐蚀下来的金属物在气缸的中部又造成严重的磨料磨损；另外，柴油机经常在低温状态下运转时的磨损也较严重，特别是气缸壁温度低于55时，气缸壁下部会残留大量的化学腐
11、蚀物，再加之废气侵蚀等因素的作用，使气缸套下部磨损严重1.1.4 疲劳磨损疲劳磨损是摩擦表面在交变循环载荷作用下，使材料表面疲劳产生塑性变形和微裂纹，进而扩展、材料脱落的现象。气缸套和活塞环两摩擦表面为点或线接触时，由于局部的弹性变形形成了小的接触区。这些小的接触区形成的摩擦副如果受变化接触应力的作用，则在其反复作用下，表层将产生裂纹。疲劳磨损一般由两个阶段组成：裂纹萌生和裂纹扩展。扩展后产生材料断裂剥落，而在基体表面留下一个凹坑。气缸套疲劳磨损是接触表面长期受到交变应力作用的结果，而且即便是存在油膜，应力也能通过油膜作用在表面上，在表面或表层的薄弱处引发裂纹。众所周知，在上止点附近，因承受燃
12、烧高温，且速度低，加之油环的限油作用，润滑油很难供应到上止点区，从而造成上止点附近的油膜最薄，同时在上止点附近，活塞环内壁上的气体压力和热应力都最大。这样通过油膜传给气缸壁的压力及切向力即摩擦力也最大，造成气缸套材料发生严重的塑性变形，变形层深度也较深，当活塞下行，气体压力和热应力都迅速减小，如此周期反复，造成在上止点区气缸套磨损严重，且烧屑较厚，尺寸较大。合理地选择材料及材料的硬度(硬度高则抗疲劳磨损能力强)，选择粘度高的润滑油，加入极压添加剂及减小摩擦面的粗糙度值等，可以提高气缸套抗疲劳磨损的能力。1.2 影响气缸套磨损的原因影响缸套磨损的具体因素很多，而且错综复杂，相互联系，彼此影响。合
13、理地解决这些问题，可以减少磨损，延长缸套工作寿命。1.2.1 润滑油质量对缸套磨损的影响由于缸套内油膜很薄，一般小于 0.1 m，故属于边界润滑。决定这种表层吸附膜性质的主要不是滑油的粘度，而是润滑油的油性，即润滑油在金属表面的吸附能力和分散能力。润滑油中含有如脂肪酸一类活性物质，构成链型极性化合物，在其端部有极性团，使分子能牢固地吸附在金属表面上。因此，只有合适的润滑油，其中含有添加剂(如极压添加剂等)，才能形成有足够强度的边界油膜来承受较高的负荷，并减少磨损。在腐蚀磨损情况下，润滑油中碱性添加剂的分散性对磨损有很大影响，分散性越好，磨损越轻。润滑油的残炭值(此值表示滑油在受热后炭化的倾向，此值越大，则润滑油结炭、焦化倾向越大，越易形成炭垢)应当低一点，润滑油还应具有好的抗氧化学安定性(即在使用中受热时，抵抗空气氧化作用的能力)，以免在停车期间留在摩擦面上的润滑油受到氧化而形成胶质，使磨损加剧。在使用低质燃油时，缸套油通常采用碱值为 3080(含氢氧化钾值mg/g)的高碱性滑油。用这种高碱油可中和酸，从而有效地降低腐蚀磨损。当然，对于不使用重油的柴油机，采用高碱性润滑油，反而因碱性过高带来害处，加剧磨损。因此对润滑油的适配性十分重视，不同的摩擦副组
