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船舶主機缸套裂紋預防的9個方法

時間:2017/11/22 16:07:39 點擊:

  內容提示:關鍵字:船舶主機缸套、裂紋、缸套裂紋主要原因、缸套的日常管理、維修保養...
 經常會遇到主機缸套裂紋的問題,不但給船公司造成較大的經濟損失,而且還給輪機管理人員增添了很大的工作量。這種情況雖然有設計、制造及材料等多方面的缺陷,但是,如果輪機人員能夠及時地根據實際情況采取有效的措施,并加以科學的管理還是可以避免異常裂紋以延長缸套的使用壽命。
缸套的工作條件
    氣缸是柴油機的主要固定部件之一,燃燒室部件中的主體。柴油機的工作循環是在氣缸的工作空間內進行的。活塞在氣缸內部往復運動。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緊力的作用,氣缸內壁受到燃氣的高溫、高壓和腐蝕作用以及活塞的摩檫、敲擊和側推力作用,氣缸的冷卻水空間受到冷卻水的腐蝕和穴蝕,當采用貫穿螺栓把氣缸體、機架和機座緊固到一起時,氣缸體會承受極大的壓力。
    當主機運轉時,缸套內外之間產生溫差,缸套內表面(觸火面)由于膨脹受到外表面(水冷面)的阻礙而產生壓應力,缸套外表面(水冷面)因受到內表面(觸火面)的拉伸作用而產生拉應力。
缸套裂紋的主要部位和情況
    缸套裂紋的部位基本上是集中在兩個位置:缸套的裂紋,以觸火面占多數,特別是應力集中和金屬堆積的地方,多見于缸套上部凸肩區,是發生最多的部位。除此之外,在過度圓角處、水套加強筋處以及氣口附近亦是多發區。除了觸火面外,冷卻側的某些應力集中處,例如:缸套外圓柱面和缸套凸肩交界處等,有時也產生裂紋。
    本人曾上某輪接班得知該輪在不到一年的時間里就裂了3個缸套,主機型號是SULZER 5RTA ,而且是22年的老齡船。經詢問和查找記錄了解到3個缸套裂紋都發生在燃燒室即缸套上部的觸火面,是垂直方向裂開,基本上是2~3道裂紋。NO.1缸裂紋長度是8mm、10mm和20mm三處,NO.4缸是70mm和100mm的裂紋兩處,NO.5缸是約200mm的裂紋兩處。

缸套裂紋的主要原因是機械負荷和熱負荷
    1.機械負荷 
    機械負荷指柴油機部件承受最高燃燒壓力、慣性力、振動沖擊等的強烈程度。對于缸套主要是來自安裝預緊力和氣體壓力。 
由安裝預緊力引起的負荷是安裝應力,它主要存在于上部凸肩部位,在其危險斷面上承受拉應力、剪應力以及彎曲應力。這些應力的數值大小與螺栓預緊力成正比,與其凸肩的高度成反比。由此可知,氣缸套的安裝應力亦與最高爆發壓力成正比。
    氣體力引起的為機械應力。由于氣缸內的氣體力是周期變化的,其最大值為最高爆發壓力,其變化頻率與單位時間內的循環次數(轉速)有關,因此稱為高頻應力,由此產生的稱為脈動疲勞。根據材料力學厚壁圓筒的公式在某一半徑處受到的是切向應力與徑向應力,由此可知觸火面受到的切向應力最大(拉應力),徑向應力最大(壓應力),而水冷面受到的切向應力最小(拉應力),徑向應力為零。
    由上述可知,燃燒室部件中由氣體力而產生的機械應力都和最高爆發壓力成正比。就上面提到在一年之內裂3個缸套,其機械負荷過大是其原因之一。由于船舶污底較嚴重,為了控制爆發壓力而使主機轉速維持在84rpm,而且還開著應急鼓風機航行,排氣溫度都近400℃,主機負荷過大,爆發壓力過高。經查三個缸套使用的時間分別是NO.1缸是44787小時、NO.4缸是46000小時、NO.5缸是47000小時,基本都是五年多時間。且都是國產缸套,由于國產缸套工藝不過關,都是國內一些專業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。所以當主機長時間超負荷運行,爆發壓力過高時,易造成缸套裂紋,這是缸套裂紋的主要原因。
    2.熱負荷
    熱負荷是指柴油機的燃燒室部件承受溫度、熱流量及熱應力的強度。包括熱應力和熱疲勞。
    熱負荷可用熱應力大小來表示,而由溫差形成的應力稱為熱應力。因此,缸壁的熱應力與溫差成正比。
    熱疲勞是指在交變熱應力作用下出現的破壞現象。熱疲勞對燃燒室部件破壞的主要表現是裂紋,它與柴油機的累計轉數并無多大關系,主要取決于機器的啟動-運行-停車的循環次數,故亦稱低頻應力。
    熱負荷過高對燃燒室部件所造成的危害是多方面的,主要有:使材料的機械性能降低;承載能力下降;使受熱部件膨脹、變形、局部產生“蠕變”,繼而產生較大的塑性變形,改變了原來的正常間隙;使潤滑表面的滑油迅速變質、結焦、蒸發乃至燒掉;使有些部件受熱面燒蝕;使受熱部件承受的熱應力過大,產生疲勞破壞等。
    當停車冷卻后,由于非塑性變形的水冷面要復原,而塑性變形的觸火面不能復原,致使壁面產生了殘余應力,它使觸火面一側受到拉伸,冷卻面一側受到壓縮。由于啟動-停車的多次重復,這種現象就多次出現,使壁面受到低頻率的脈動應力作用。由于在高溫下材料強度降低,而低頻應力在柴油機啟動-全負荷運轉-停車過程中數值變化很大,這樣就使一些燃燒室部件在短期內出現了裂紋。
    前面提到缸套裂紋的另外的原因就是熱負荷過大。由于使用的國產活塞環,其可能是由于材料和工藝的差異,活塞環的耐磨性較差。經查記錄,主機吊缸時發現,使用5000多小時,第一道令已磨去7mm,第二道令磨去約5mm,且彈性變差。致使缸套和活塞環的密封性能下降,因而引起燃氣大量漏泄,再加上主機燃燒不良,排溫過高,熱負荷增大,缸套的熱應力增加,若長期如此必將使缸套產生裂紋。

缸套日常管理要點
    1.在進出港等機動用車時要嚴格控制水溫變化的幅度且主機暖缸要緩慢
    無論停泊、變速還是定速航行,及時正確對冷卻水溫度進行合理的調節和控制,水溫變化控制在3-5℃。使冷卻水溫度保持穩定在正常值,以減少低頻應力的產生,這是減少缸套裂紋的有效途徑。
    除特殊情況,應盡量保持主機長期處在冷卻水溫度穩定的暖缸狀態。操作時嚴格控制暖缸速率,如果時間允許,要盡量延長暖缸時間,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起動主機,因冷車起動水溫變化過大,會使缸套的觸火面與水冷面溫差過大,產生過大的熱應力。再加之溫度突變、太高或太低、對燃燒室部件都是不利的,就更容易造成缸套腐蝕磨損甚至產生裂紋。
    2.及時調整主機油門和均勻調整各缸負荷
    根據船舶的裝載、污底等情況、大風浪天氣、頂風頂流、淺水區、狹窄航道以及大舵角轉向等外界負荷變化較大的情況來選擇合適的主機轉速,避免主機熱負荷過大、甚至超負荷運轉。此時,輪機值班人員要及時調整主機油門,杜絕超負荷運轉,這對主機的安全、可靠的運轉是十分重要的。
    通常用柴油機的排氣溫度來判斷熱負荷的高低。排煙溫度應嚴格控制在最高允許值以下,經常及時地測取燃燒壓力、壓縮壓力等各熱力參數來分析判斷各缸負荷是否均勻,以便及時給予調整。
    3. 及時進行掃氣道清潔、保證良好的燃燒質量
    通過掃氣口檢查缸套工況,及時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,提高燃油凈化質量;正確控制燃油進機溫度和粘度;按時維修燃油噴射系統各部件;合理控制掃氣溫度和提高掃氣壓力;及時清潔掃氣口;確保燃油良好霧化;保證合適的噴油定時和高壓油泵的可靠性。
    4.正確清洗空氣冷卻器
    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藥劑清洗,清洗后要用淡水及時沖洗,并對氣面進行反復換水沖洗,直至將化學藥劑沖洗干凈為止。
    5.均勻收緊缸頭螺栓
    大多數柴油機的缸頭螺栓均采用液壓拉伸器固緊,在吊缸檢修安裝時,為了保證缸頭螺栓均勻上緊,應清潔螺帽與缸頭接觸面以及螺帽和螺桿的螺紋,按規定壓力,最好一個人逐一用力收緊,切記用錘子或其它工具等加力收緊。
    6.定期及時吊缸確保氣密
    對于老齡船的主機,由于缸套磨損較大致使密封性能下降,所以,主機要提前吊缸,以確保良好的密封性能,防止燃氣的大量漏泄以避免掃氣道著火而引起缸套裂損,減少缸套和活塞環的過度磨損。
    7.定期化驗和處理冷卻水以確保質量
    如果冷卻水處理不當、不及時導致局部結垢、腐蝕、臟堵,造成傳熱不良和局部過熱,因此,輪機人員要認真仔細做好冷卻水化驗和處理。
    8.合理調整活塞冷卻水(油)溫度
    無論是變速還是定速航行,都應及時調整活塞冷卻溫度,使其保持穩定在使用范圍地上限值,由此縮小活塞與缸套之間的溫差。
    9.合理調整氣缸潤滑很重要。
    運行中要保證氣缸總供油量和油的品質合乎要求,注意每個注油點上的供油情況,要求所有點供油量要相同。主機在長期低速運轉(如過運河等)時,氣缸油量必須適當增加,正常航行后應立即恢復原位。注油量要及時適當調整,以延長缸套使用壽命,將缸套的磨損率控制在0.1mm/每千小時內。

作者:不詳 來源:網絡

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