客貨混裝船主機汽缸套嚴重裂紋原因分析與預防

曾凡其

(92823部隊，海南 三亞 572021)

客貨混裝船主機汽缸套嚴重裂紋原因分析與預防

曾凡其

(92823部隊，海南 三亞 572021)

文章基于一次修理中發現汽缸套嚴重裂紋的故障，根據汽缸套的結構特點和技術要求，從產品質量、維修工藝、操作使用3個方面分析了汽缸套產生裂紋的原因，提出了預防裂紋產生的措施。

汽缸套；裂紋；修理工藝；操作使用；預防措施

“瓊山”號客貨混裝船有3臺8NVD48A-2U型柴油主機，修理時用著色法對24個汽缸套進行探傷檢查，發現有16個汽缸套存在不同程度的表面裂紋，且大部分裂紋發生在凸肩與凸緣之間，其中有5個缸套的凸肩下部發生整圈表面裂紋，有3個缸套在凸緣缺口處發生縱向裂紋。如此多的缸套出現裂紋，分析原因可能由于產品質量不合格、修理工藝不合理、機器使用不妥當等情況引起。

1 汽缸套的結構及相關技術要求

8NVD48A-2U柴油機的汽缸套是用合金鑄鐵HT30-54澆鑄而成，內徑320 mm，外徑360 mm，全長935 mm。它的結構如圖1所示。

圖1 汽缸套結構圖

其主要技術要求是：汽缸套不允許有氣孔、砂眼、疏松、縮孔等鑄造缺陷，也不允許有裂紋、鐵銹和氧化皮存在，尤其是受高壓力的工作面不得有任何缺陷存在；表面光潔度：內工作表面Ra0.8，配合部分的腰部表面及凸肩下端平面Ra3.2，其它加工表面不低于Ra6.3；內壁表面對支撐平面的擺差不應超過0.05 mm；汽缸套中心線對于外部密封凸緣的不同心度不應超過0.08 mm 。

其主要安裝要求是：汽缸中心線與曲軸中心線應垂直相交，不垂直度每米不超過0.15 mm，不相交度不大于0.50 mm；各汽缸中心線應在同一水平面內，偏差不得大于0.50 mm。尤其是更換配件時，汽缸套與活塞裙部的間隙應保持0.50～0.59 mm，如果此間隙過大，在活塞通過上死點時，會對缸套產生強烈的撞擊，引起缸套側應力加劇，柴油機振動加劇。

2 汽缸套易發生裂紋的部位及原因

1)凸肩處，易產生周向裂紋。原因是：一是汽缸套處于燃氣的高溫高壓作用下，上部冷卻又不充分，當汽缸套定位凸肩的厚度不當或者下方圓角較小時，就會增加此處的局部應力，因而在定位的圓周方向發生裂紋；二是當緊固汽缸蓋的螺栓用力不均，某處受力過大，致使圓角部位受到彎曲應力，導致發生裂紋。

2)凸緣缺口處，易產生縱向裂紋。原因是：缸套冷卻水通過凸緣缺口時，由于缺口的寬度、圓角等不適當，導致水流速度過快，冷卻效果過大，因而產生熱應力，加上應力集中，圓角處便易產生裂紋。

3)圓筒部分，尤其是承受主側推力的一面更為嚴重。原因是：爆炸所產生的高溫高壓氣體和活塞的高速運動，使承受主側推力面的圓筒處同時承受著熱應力、拉應力和機械應力。當滑油和冷卻水不足，或在汽缸過熱時急劇加大冷水流量，都會使汽缸套產生裂紋。

3 造成本次缸套裂紋的原因分析

3.1對產品質量是否合格的分析

如果產品質量達不到其技術要求，則為不合格產品。由于產品經過長期使用，缸套已存在不同程度的磨損、腐蝕和穴蝕，從現場勘驗和檢測無法判斷原產品是否合格。通過與新缸套的比較，凸肩圓角和凸緣缺口圓角的寬度和半徑都一樣。通過調閱上次修理資料，發現上次修理由于裂紋原因換新缸套3個，其余都經檢查合格。

通過對比分析，我們認為由于不合格造成裂紋的原因需進一步探究。

3.2對修理工藝是否合理的分析

汽缸套裝配的2個基本要求，①缸套凸肩與機體支撐面要做接觸情況及汽缸套與活塞裙部間隙的檢查，我們查閱上次缸套修理工藝，發現工廠并沒有做這些檢查的記錄。②在緊固缸蓋螺母時要按對角逐步均勻擰緊，并保持每個螺母的預緊力一致。在實際維修中，對于機體支撐面與凸肩之間有密封圈的缸套，工廠一般都不做接觸檢查，也不做不垂直度、不相交度的測量。在查詢施工人員如何上缸蓋螺母時，對于扭緊的方法都掌握。但在扭緊螺母時，沒有用專用的扭矩扳手，而是自制套筒扳手，用水管加長扭臂，3～4人同時扳動水管扭緊螺母，預緊力的大小憑經驗與感覺。由此可知，缸套的裝配過程并不合理。由于缸套大部分都是舊的，所以因為不垂直度、不相交度超標而導致裂紋的可能性很小，但缸蓋螺母的預緊力過大或不均勻而導致凸肩下部圓角出現裂紋的可能性卻很大。

3.3對使用管理是否妥當的分析

通過對船上人員了解，有2個情況引起了我們注意，一是一年多來該船3條艉軸和3部主機的振動都比較大，特別是右主機，在380 r/min時明顯抖動。二是該船主機冷卻水一直加防腐添加劑，但近一年來由于領不到防腐劑，就再也沒有加過，拆卸時發現缸套上有一層水垢。從裂紋形成的原因可知，缸套冷卻不良加上振動劇烈，極易造成缸套裂紋。綜合上述分析，我們認為造成本次缸套裂紋的主要原因是缸蓋螺母預緊力不正確、缸套過熱、主機振動。

4 避免和減少裂紋的措施

裂紋產生的原因雖然很多，但只要按規定維護使用機器，裂紋是可以預防和減少的。

4.1產品質量要合格

一定要用精密儀器檢查汽缸套，確定其是否符合技術要求，不能憑經驗、憑感覺，或只看產品合格證。不符合技術要求、設計不合理的產品絕不能上船，以避免產品因先天性不足而產生裂紋。

4.2裝配工藝要合理

1)在安裝汽缸套前，要把機體與缸套的接觸面清潔干凈，并檢查接觸情況，接觸點應均勻分布60%～70%面積以上。只要達到了這個標準，汽缸中心線與曲軸中心線的不垂直度、不相交度等就能夠達到安裝要求。安裝后，一定要檢查缸套與裙部的間隙，應在0.50～0.59 mm之間，太小會引起咬缸拉缸現象，太大會產生強烈振動，加大裂紋的產生。

2)在扭緊汽缸蓋螺母時，要按對角扭緊并且用力均勻，原則上要使用專用扭矩扳手。對于8NVD48A-2U柴油機，要用扳手長度為2.9 m專用扭矩扳手，使每個螺母的擰緊扭矩均為1 450 N·m，以避免因裝配不當產生彎曲應力而再次引發裂紋。

4.3操作使用要得當

1)要及時排除故障，比如機器振動過大、水溫不正常等要及時查找原因，盡快排除，以消除裂紋產生的誘因。

2)要按規定向冷卻水加入防油劑和防腐劑，以防止缸套腐蝕和水垢的產生。

3)要保持冷卻水的流量和壓力均恒，當機器溫度很高時，不能向機器注入大量冷卻水，避免驟冷產生裂紋。

4)要經常檢查供油定時，定時不宜太早，否則發生早燃或爆燃，使缸套長期承受交變的熱應力、拉應力和機械應力而導致裂紋發生。

5 結束語

造成柴油機汽缸套產生裂紋的原因很多，且都是綜合作用的結果，而從以上分析可知，造成此次缸套發生嚴重裂紋故障的主要原因是維修工藝不合理和維護使用不規范。為避免裂紋的產生，除加強上船產品的質量檢查外，關鍵是修理人員必須嚴格按技術要求安裝汽缸套，輪機人員在管理柴油機時，必須嚴格按操作規程辦事。

Based on a serious crack on cylinder liner during its repair,three dimension of crack reason analysis of a large number of cylinder was given here according to the structure characteristics of cylinder and technical requirements in the aspects of product quality,repair process and operation,crack prevention measures are proposed as well.

cylinder;crack;repair process;operation and use;preventive measure

曾凡其(1966-)，男，廣東韶關人，高級工程師，大學本科，主要從事機電維修工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.01.007

2013-09-11