船用柴油機汽缸套穴蝕的預防

單體忠

摘要：本文分析了船用柴油機氣缸套穴蝕的危害、發生的部位以及影響因素，并提出了多方面的預防措施，供船舶輪機管理人員參考、選用，以圖減少船用柴油機氣缸套免遭穴蝕侵害，以延長船用柴油機氣缸套使用壽命，提高船舶柴油機的可靠性，從而提高船舶安全性。

關鍵詞：氣缸套;穴蝕;預防

中圖分類號：U672.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）06-0159-02

0? 引言

在船用中速柴油機和高速柴油機當中，氣缸套穴蝕是普遍存在的嚴重問題，它嚴重影響著柴油機的氣缸套的使用壽命和整臺柴油機可靠性，甚至影響到船舶航行安全。所以有必要對船用柴油機氣缸套的穴蝕現象進行研究，以采取適當預防措施，以延長氣缸套的使用壽命進而提高柴油機的可靠性。

1? 船用柴油機氣缸套穴蝕的特征及危害

氣缸套穴蝕的又叫氣缸套空泡腐蝕或氣缸套氣蝕，船用氣缸套穴蝕的特征：是在氣缸套外圓表面上局部區域形成聚集的小孔群成分散狀或蜂窩狀，小孔直徑可達1-5mm，腐蝕嚴重的，也可達到30mm，深度因腐蝕程度不同，可達2-3mm，直至更深，甚至把整個氣缸缸壁穿透，如此，必將帶來嚴重危險。船用氣缸套穴蝕的危害：這不僅將造成缸套的壽命縮短，強度降低。而且還會帶來更嚴重的情況：一旦穴蝕穿透氣缸套缸壁，會造成汽缸漏氣，使汽缸套報廢，這不僅影響到柴油機氣缸套的使用壽命，還影響到柴油機的可靠性，如在航行大風浪天，恰遇氣缸套穴蝕缸壁穿透漏氣，將直接危及到船舶及航行安全，甚至是財產和人命安全。

2? 船用柴油機氣缸套穴蝕的概念及發生部位

概念：穴蝕是液力機械或機件與液體之間存在相對高速時，在機件表面上產生破壞的現象。氣缸套穴蝕：氣缸套的外圓表面和缸套冷卻水之間存在相對高速時，在氣缸套的外圓表面上產生的破壞氣缸套的現象。

發生部位分析：

①從氣缸套受力情況分析來看，氣缸套穴蝕的發生部位主要有以下幾個部位：

1）四沖程柴油機氣缸套外圓表面;對于四沖程柴油機和二沖程柴油機相比，氣缸套穴蝕的發生較為嚴重的是筒形柴油機汽缸套或者說是四沖程柴油機氣缸套，因為是沖程柴油機氣缸套在工作時比二沖程柴油機承受的側推力大得多，振動就大，易產生穴蝕。而二沖程柴油機汽缸套因側推力極小，且轉速低，振動輕。基本不發生穴蝕，所以本文重點討論四沖程柴油機汽缸套穴蝕）。

2）四沖程柴油機氣缸套外圓表面的左右兩側：由于四沖程柴油機汽缸套承受活塞的側推力，所以它的左右方向比前后方向振動格外劇烈，氣缸套的外圓表面和缸套冷卻水之間存在高頻速度變化，出現高速，這就導致左右方向外圓表面穴蝕比前后方向穴蝕嚴重。

3）四沖程柴油機氣缸套外圓表面的承受膨脹沖程側推力的一側：同理在左右方向上，左右兩側的穴蝕情況也不盡相同，這是因為膨脹沖程側推力比壓縮沖程側推力要大，所以承受膨脹沖程側推力的一側，要比承受壓縮沖程側推力的一側振動劇烈，穴蝕更嚴重。

4）四沖程柴油機氣缸套外圓表面左右兩側的上半部分：由于氣缸內壓縮終點壓力比壓縮初期壓力高，氣缸內膨脹初期壓力比膨脹末期壓力高，而壓縮終點和膨脹初期都在氣缸的上部，所以氣缸套上部振動大，上部外圓表面穴蝕比下部外圓表面穴蝕更為嚴重。

②另外從氣缸套冷卻水的流動速度方面分析，液體流動速度高的部位易產生穴蝕，所以對于缸套來講，每個缸氣缸套冷卻水腔中，對著冷卻水進口處的地方和水流轉彎處、和水腔中流道變窄處所對應的汽缸外圓表面上，水流速度會升高，更容易發生穴蝕;而其穴蝕深度不及氣缸套上部，因側推力的振動引起的氣缸套穴蝕更嚴重。

總之，四沖程柴油機氣缸套上部左右兩側外圓表面上半部分穴蝕最為嚴重，因穴蝕而穿透氣缸套的現象，多發生在四沖程柴油機氣缸套上部左右兩側。如圖1。

3? 船用柴油機氣缸套穴蝕產生影響的因素

影響氣缸套穴蝕的因素是多方面的，包括柴油機的機型、結構、柴油機的運行工況和柴油機冷卻水腔的結構、冷卻介質的類型、冷卻介質的化學成分、以及柴油機的設計工作參數等。

①柴油機的機型：前面討論過，四沖程柴油機氣缸套因承受側推力，而比二沖程柴油機氣缸套穴蝕嚴重，高速柴油機機要比低速柴油機振動劇烈，氣缸套穴蝕嚴重;最高爆炸壓力高的柴油機，要比最高爆炸壓力低的柴油機，更易產生穴蝕。

②柴油機的結構：對于四沖程筒形柴油機結構而言，短沖程的比長沖程的側推力大，振動劇烈，氣缸套穴蝕嚴重。氣缸套的剛度小，振動就大，更容易產生穴蝕。

③柴油機的運行工況：1）柴油機頻繁啟停、頻繁變速、頻繁變負荷運行，甚至超速超負荷運行，要比在額定負荷內穩定運行，振動劇烈，氣缸套穴蝕嚴重;2）柴油機長時間使用后，活塞和缸套之間的配合間隙逐漸增大，甚至超過說明書的要求，這樣柴油機運行時，工況變差，活塞會撞擊缸套加劇，使缸套振動加劇，從而加劇了氣缸套穴蝕的產生。

④柴油機冷卻水腔的結構：冷卻水腔寬敞、水流平穩，冷卻水進出冷卻腔的通道順暢可以減少氣缸套穴蝕的產生，反之冷卻水腔狹窄、水流急轉，流速變高，進出口處太窄小，水流不順暢，導致冷卻水流速忽高忽低，這就導致了冷卻水和氣缸套外圓工作表面之間，在相對速度較高處，容易發生氣缸套穴蝕;所以柴油機設計時要求冷卻水腔寬度t=14%D（D是氣缸套的內部直徑）或大于等于10mm。冷卻水進出冷卻腔的通道也足夠暢通。

⑤船用柴油機氣缸套冷卻介質多為淡水，因其冷卻效果較好。而淡水易產生穴蝕。

1）缸套冷卻水的溫度對穴蝕的影響：試驗證明冷卻淡水的溫度在50-60℃時易產生氣缸套穴蝕，適當提高冷卻水的溫度可以有效的降低氣缸套穴蝕，當冷卻水接近沸騰時，易產生氣泡，氣泡在柴油機振動時會破裂，破裂后水滴會擊打缸套外表面，這樣在水滴反復擊打的氣缸套外表面上就極易產生穴蝕，所以冷卻水出口溫度控制在90℃左右為宜。

2）缸套冷卻水的壓力對穴蝕的影響：為適當提高冷卻水溫度，還可以適當提高冷卻水的壓力，冷卻水的壓力升高，可以使其沸騰溫度高于100℃，這就減少了氣泡的產生，在一定程度上抑制了氣缸套穴蝕的發生。但冷卻水壓力太高，必然會導致力冷卻水在狹窄通道和水流急轉處，流速變高，這又會導致穴蝕的可能性變高。

3）缸套冷卻水的質量對穴蝕的影響：按照說明書的要求，適時適當的對缸套冷卻水進行化驗，及時投藥處理，調整冷卻水的組成成份，降低冷卻水的腐蝕性能，提高冷卻水的防腐，防穴蝕能力。冷卻水處理劑中，無論是乳化油緩蝕劑還是被摸緩蝕劑，倒入冷卻水中，會在接觸冷卻水的氣缸套外圓表面上形成連續的一層保護膜，這層保護膜既可以減少電化學腐蝕，也可以減少氣缸套空泡腐蝕，也就是減少氣缸套的穴蝕。

4? 船用柴油機汽缸套穴蝕的預防措施

①從選用柴油機方面講：可選用二沖程機、低速機的，就不選用四沖程機、中速機或高速機，可以減少缸套的穴蝕。

②從設計方面來講：

1）盡量使冷卻腔流道順暢，避免冷卻水流道流通面積忽大忽小、急轉等現象，以減少穴蝕的發生。

2）可設計制造最高爆炸壓力較低，適當提高平均指示壓力的柴油機，以減少振動，從而減少氣缸套的穴蝕。

3）提高缸套的剛度，具體措施有：a、可以增加缸套的厚度，以提高氣缸套的剛度，減少剛套的振動（但這將會增加缸套的熱應力）預防氣缸套的穴蝕;b、也可以對缸套采用薄壁強背、鉆孔冷卻結構，這種結構既提高了柴油機氣缸套的剛度，減少了振動，減少了氣缸套的穴蝕，還加強了冷卻;c、采用在缸套外圓面增加支撐，提高缸套的剛度，減少缸套的軸向自由間距，從而減少氣缸套的振動，以減少氣缸套的穴蝕。

4）提高缸套自身的抗穴蝕能力：采用抗穴蝕能力強的材料（球墨鑄鐵）制作缸套，可以減少氣缸套的穴蝕。

5）也可以在缸套外圓表面進行加工或熱處理，例如：使表面光潔、對表面進行滲碳處理、鍍鉻處理、或者涂上環氧樹脂、噴陶瓷、上尼龍等，把汽缸套和冷卻水隔開，提高氣缸套外圓表面的耐腐蝕能力，可以預防氣缸套穴蝕。

6）在冷卻水腔內安裝鋅塊，進行陰極保護，也可以直接把鋅塊安裝在剛套外圓面上，并定期檢查鋅塊的腐蝕程度，及時更換鋅塊，這樣既能防止電化學腐蝕，又能防止穴蝕。

③從使用管理方面講：

1）及時吊缸檢修，保證活塞和缸套之間配合間隙符合說明書的要求，減少活塞撞擊缸套的力度，即減少了氣缸套的穴蝕。

2）盡量避免頻繁啟停柴油機，盡量避免頻繁變速變負荷運行、杜絕超速超負荷運行，盡量使柴油機運行在平穩的工況下，這樣不僅可以預防柴油機氣缸套穴蝕，還可以避免柴油機過度磨擦磨損等多方面的事情發生。

3）根據說明書的要求，控制冷卻水的溫度、壓力在合適的范圍內，不可過高過低、忽高忽低，可減少柴油機汽缸套的穴蝕。

4）及時對冷卻水進行化驗并投藥處理，使水質符合說明書的要求，改善冷卻水的質量，不僅可以有效的防止冷卻水腔結垢和腐蝕，也可以有效的減少柴油機汽缸套的穴蝕。

5? 結論

在實際管理工作中，可以根據船舶柴油機的類型、工況等實際情況，選擇具體的、切實可用的、符合本機型特點的氣缸套穴蝕預防措施，切實有效的維護好船舶柴油機，使其氣缸套免遭穴蝕的侵害，以延長船用柴油機氣缸套使用壽命，提高船舶柴油機的可靠性，從而提高船舶安全性;這是我們輪機管理人員應該做到的基本的管理工作。

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