减轻发电柴油机缸套穴蚀方案探讨郭宏强

郭宏强

摘要：本文根据柴油机缸套穴蚀机理，结合某船发电机运行管理及出现的穴蚀情况，提出减轻缸套穴蚀的几点方法与大家探讨，以达到提高缸套使用寿命，降低维修费用，提高柴油机使用可靠性的目的。

主题词：穴蚀压头汽化压力

1、某船发电柴油机缸套穴蚀情况简介

某船进厂检修发电柴油机时发现：气缸套外圆表面上有分散的孔穴，孔直径一般在1-5mm，最大可达20mm，孔深可达10mm。在气缸套外表面冷却壁上出现的蜂窝状小孔群损伤现象称为穴蚀。它是由空泡腐蚀和电化学腐蚀两种因素共同作用形成的。

缸套穴蚀发生在湿式气缸套的外圆表面和对侧的水腔壁上，一般集中在柴油机左、右两侧方向上，尤其是集中在承受侧推力一侧的缸套外圆表面上，在四冲程柴油机中最为常见。缸体穴蚀都发生在与缸套穴蚀相对应的位置上，缸套与缸体配合面有时也有一些细小的穴蚀，主要呈现连续孔穴的蜂窝状，或呈现分散的孔穴，在冷却水进中或水流转向处及缸套支承面和密封凸肩缝隙处均呈分散的孔穴。

2、气缸套穴蚀机理分析

柴油机气缸套外圆表面与气缸体构成冷却水空间，在狭小的环形通道中流动着冷却水。柴油机在运转时，由于缸套与活塞之间存在配合间隙和活塞侧推力周期性地变换作用方向，使活塞摆动时撞击缸套，从而引起缸套的高频振动，引起缸套局部的高真空和高压。当水中压力降到该温度下饱和蒸汽压力以下时，冷却水蒸发和溶于水中的空气析出而形成空泡；冷却水在流动中，由于方向和流速的突然变化，会引起压力的变化。当压力低于当时温度下的水的饱和压力时，也会产生空泡，当空泡受到高压冲击而爆破时，就在破裂区附近产生高压波，它以极短的时间作用在很小的范围内，对缸壁有强烈的破坏能力。在这种高压波的反复作用下，气缸外壁金属表面将不断剥落，形成孔穴。与此同时，机件金属表面还会产生微观电化学腐蚀，即气泡中尚有氧等活性气体，借助凝水过程中放出的热量，对缸壁与缸体表面发生氧化等腐蚀作用，两种腐蚀交替进行共同作用，致使机件腐蚀破坏。

除了柴油机本身设计方面的原因，与平日常管理过程中有关的主要因素有：

一、在缸套水的添加剂检测方面。检查不经常，降低了冷却水的消振性能，加速了电化学腐蚀，同时也就加速了穴蚀。

二、缸套冷却水的压力达不到说明书设计的压力值。由于长时间运行，管路的结垢，流体阻力增加。在加上膨胀水箱在安装时偏低，降低了泵进，出口压力，因此也就降低了水的蒸发压力，增加了空泡形成机会。

三、缸套水腔结垢。造成冷却水腔变窄，水流速度增高且变得不均匀，这样根据流体力学方程，就会生了压力的变化波动，容易产生空泡。

四、活塞和缸套由于磨损造成间隙增大。加剧了缸壁的振动，造成压力的高低变化，同样会导致气泡的产生和破灭，形成破坏。

3、降低缸套穴蚀的几种方法

3.1减小缸套与活塞的配合间隙，降低活塞在横向摆动时对缸套的冲击。

活塞冲击缸壁的能量是取决于活塞横摆时的速度和它的质量，而该速度则随着活塞与缸套间的间隙增大而增加，柴油机的负荷和转速对间隙值有影响，负荷与转速增加时使缸套和活塞温度升高，使配合间隙变小，所以采用铝活塞不容易使缸套发生穴蚀，另外在运行过程中要适当提高柴油机的负荷，使得活塞温度适当升高，使间隙减小，减少振动，减少空泡产生机率，另外在选择和安装活塞环时，也要尽量控制和保持好间隙。

3.2减少电化学腐蚀，降低穴蚀产生的外部土壤环境

电化学腐蚀虽然不是穴蚀的直接原因，但是能够相互影响，相互促进。在电化学腐蚀的部位，穴蚀更加容易形成。适当降低电化学腐蚀，能够在一定程度上减少穴蚀。在日常管理方面我们可以通过在缸套水中加入缓蚀剂和防锈油，条件允许可以在缸体中安装防腐锌块。还可以在壁面上镀鉻，喷陶瓷，涂环氧-酚醛树脂等，隔绝壁面与缸套水的接触；渗氮强化缸壁表面结构，增加抗破坏能力。我船对一些穴蚀缸体进行环氧树脂+铁水泥修补后，经过这次检查，效果比较好。

3.3使冷却水系统具有合理的冷却水温度，压力和流速。

要控制好冷却水温度在合适的范围内，一是要保证柴油机不要长时间在低负荷情况下工作，二是淡水冷却器的温控阀要调整好，并且要经常维护，确保其正常运作。而要保证其压力值，由于是机带泵，发电机转速比较稳定，除了对淡水泵进行维护保养，确保其密封外，最根本的就是提高泵的吸入压头，把现有的膨胀水箱提高5-6米左右。或者在现有膨胀水箱上加入连通管，在其上5-6米位置加装一小高置水箱。

要保证冷却水的流速均匀而不超过规定流速。可以选择在水道最狭窄处加宽，每缸独立切向进水等措施。以保证冷却水腔水流速度不超过2米/秒，水流畅通，不存在“死水区”和“涡流区”。

3.4变废为宝。

每台发电机缸套中都有一些缸穴蚀严重，有部分穴蚀不严重。我们可以对发电机中一些穴蚀轻微的缸套进行工艺处理后进行再利用；对部分穴蚀不太严重的缸套，旋转一定角度后安装使用；把穴蚀严重的缸套与穴蚀较轻的位置互换。通过这些措施，提高缸套使用周期，降低维修费用。

4、结束语

结合日常管理和维护，我们提出了减轻穴蚀的方案。方案的实施，大大改善了发电柴油机冷却水工作状态，有效的减轻了缸套的穴蚀，延长了设备的使用寿命，提高了设备的可靠性，节约了大量的维修经费。同时，通过本次方案的分析与实施，也提高了管理人员分析问题的能力。