6DLB—26型发电柴油机气缸套防穴蚀措施研究及应用

1、6DLB26型发电柴油机气缸套防穴蚀措施研究及应用    摘要：本文主要对6DLB-26型发电柴油机缸套穴蚀现象的机理进行了分析，结合H2203轮发电柴油机穴蚀的实际情况，提出了预防缸套穴蚀的一系列措施并进行了具体运用，达到了延长缸套使用寿命，提高设备使用可靠性的目的。 关键词：穴蚀；压头；汽化压力 1.引言 柴油机的穴蚀是指柴油机运转过程中，湿式气缸套外圆表面冷却壁上及机架冷却水腔内表面上产生的不同于一般腐蚀和机械磨损的局部聚集小孔群腐蚀。2001年，H2203轮轮进厂检修时，发现4号发电柴油机6只缸套中有5只在缸套外圆表面上有分散的孔穴，孔直径一般在

2、1至5mm，最大可达20mm，孔深可达10mm。2002、2003年对1号、2号和3号发电柴油机吊缸中均发现有不同程度的穴蚀现象。2006年中修时，对3号发电机拆检过程发现，1号、2号和5号缸套冷却水腔穴蚀比较严重。穴蚀现象呈逐年严重趋势（如图1），大大降低了缸套强度，影响到设备的稳定运行。因此，探索合理有效的手段，预防穴蚀的发生，成为我们亟需解决的问题。本文根据缸套穴蚀现象的机理，结合我船发电柴油机实际的穴蚀情况，提出解决缸套穴蚀故障的方案，以达到延长缸套使用寿命，提高设备使用可靠性的目的。 2 机理分析及影响因素 船用柴油机为提高冷却效果，大多采用湿式气缸套、闭式循环淡水冷却。这种冷却的特

3、点是循环流动的冷却水直接与高温的湿式气缸套外表面接触而带走热量。船用柴油机气缸套及机架穴蚀的形成是一个复杂的物理、化学过程。造成气缸套穴蚀的因素有很多，目前普遍认为主要原因是在活塞往复运动冲击下，气缸套产生的高频振动所带来的应力腐蚀和冷却水携带的电解质所致的化学腐蚀，这两种因素同时存在或交替进行均会引起穴蚀。 2.1 应力腐蚀 柴油机运转时，活塞在曲柄连杆的牵制下，在气缸套内作往复运动。由于柴油机气缸套与活塞之间存在着间隙，使得活塞的摆动具有冲击性，这种冲击性引起气缸套产生强烈的振动（其振动频率正比于柴油机的转速）。活塞在侧推力作用下不断地冲撞着缸壁的左、右侧，使气缸套产生高频振动，缸套高频振

4、动和缸壁的弹性变形使冷却水空间的容积交替地增大和减小，冷却水相应交替地膨胀与被压缩。膨胀时受拉伸作用形成瞬时低压，被压缩时形成瞬时高压。在瞬时低压时产生空泡，瞬时高压时空泡溃灭，使缸套外圆表面频繁受到冲击。空泡溃灭引发的冲击波作用于极其微小的范围，其压力高达数十甚至上百个大气压。随着活塞的往复循环运动，这样的高压反复冲击缸套外壁，造成缸套外壁的金属疲劳脱落，大量的金属疲劳脱落在缸壁上形成麻点状的密集孔穴群，造成柴油机应力穴蚀。原理如图2所示。 2.2 电化学腐蚀 船用柴油机循环冷却淡水一般是未经处理的呈弱酸、弱碱或盐溶质的弱电解质溶液，这些与金属缸套外壁接触的弱电解质溶液跟缸壁上的金属和杂质（

5、或碳）一起形成了无数的微小原电池。缸壁上的金属颗粒为正极，杂质（或碳）为负极的原电池发生电化学反应，导致柴油机缸套电化学腐蚀。另外，在气缸套与缸体的接触处，由于水流缓慢，冷却水的温度较高，氧的溶解度较小，冷却水中含氧浓度不同形成的氧浓差现象加速了柴油机缸套的电化学腐蚀。 O2+2H2O+4e-=4OH- 2Fe+O2+2H2O=Fe（OH）2+H2 4Fe（OH）2+O2+H2O=4Fe（OH）3 结合穴蚀发生原理及我船在日常管理中的一些做法，导致我船发电柴油机穴蚀故障的影响因素可归结为以下几条： （1）活塞和缸套由于磨损造成间隙增大。在几次修理过程中，我们对发生穴蚀现象缸的活塞环与缸套之间的

6、间隙进行测量，都接近极限值。 （2）冷却水品质的稳定性有待进一步提高。虽然在日常管理中我们会定期对水质进行化验，并做加药处理，但由于装备技术水平的滞后，冷却水系统缺乏实时有效的浓度检测手段。系统的渗漏及补水的溢流都会导致冷却水内药液浓度出现动态变化，导致冷却水品质不稳定。 （3）缸套冷却水的压力达不到说明书设计的压力值。由于设计的缺陷及设备长时间使用管路结垢等要素的影响，冷却水实际进机压力为0.1Mpa，达不到说明书规定的0.35Mpa1，降低了水的蒸发压力，增加了空泡形成机会。 3.防穴蚀措施研究及实施 根据以上分析并结合我船实际状况，为有效克服穴蚀，我们进行了一系类的研究，现总结出如下几点

7、措施，根据具体情况，对措施进行了具体的实施，其具体内容如下： 3.1合理调整缸套与活塞的配合间隙，降低活塞横向摆动时对缸套的冲击 活塞撞击缸壁的能量是由活塞横摆时接触缸壁瞬间的横向速度与其质量所决定的，而该速度则随着活塞与缸套间的间隙增大而增加，适当减小活塞与气缸套之间的间隙可以大大降低撞击时的速度，降低撞击能量。活塞顶部与气缸套之间的间隙保持在1.64-1.80mm，活塞裙部与气缸套之间的间隙保持0.30-0.33mm。在实际操作过程中，活塞质量，活塞与气缸套的尺寸已经确定，不可更改，改变这一间隙距离，我们往往通过更换活塞环来实现。在实际操作过程中，我们对搭口间隙磨损超过0.015mm的活塞

8、环进行更换，较好的降低了活塞横向摆动时对缸套的冲击。 3.2提高冷却水品质，采取保护措施，减少电化学腐蚀 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。在日常管理中我们首先通过在缸套水中加入缓蚀剂和防锈油，中和冷却水的酸碱离子，降低电化学腐蚀，抑制空泡产生。缓蚀剂的浓度高低都会加速气缸套的腐蚀，因此我们设计安装了一套冷却水自动加药系统，对冷却水系统的药物浓度进行实时监测和自动控制，有效的保证了冷却水品质的稳定性。 其次，我们积极采取保护措施，对一些穴蚀缸体及机架进行镀鉻处理及环氧树脂加铁水泥修补

9、的方案。经过以上措施，有效的将电化学腐蚀降低到了最低程度。 3.3合理设定冷却水的各项参数，优化外部环境 （一）合理设定冷却水的温度。根据实验得知：柴油机均有一对应产生穴蚀的温度，此水温一般控制在5060，在此温度以上或以下穴蚀都较轻。冷却水温度在40以下时，发电机启动和工作都有一定的困难，所以一般控制在8090为宜2。 （二）合理设定冷却水的压力。冷却水的进机压力由机带泵的性能和机带泵的吸入压力共同决定。如果采用改变机带泵的规格的方案，增加机带泵的叶轮直径来提高压力，那么泵的安装位置，安装尺寸以及管路的直径、布置都要发生变化，实施起来相当困难，并且改造后的备件申请都要发生改变，改造费用大大提

10、高。经过探讨研究，抬高膨胀水箱也能达到同样的效果。 抬高膨胀水箱方案有两种方法，一是把膨胀水箱直接抬高5-6米，二是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。 方法1实施较方便，但是由于水箱较小，可靠性差，容易造成补水过于频繁；方法2虽然实施较复杂，但可靠性好，容易管理和操作，经过认真论证，我们采用了方法2。通过工程实施，试验运行观察，压力从0.1MPa提高到0.35MPa，达到了设计要求，有效降低了系统空泡的产生，减少了穴蚀的发生几率。 3.4加装检测设备，方便定期检查，做好前期预防 一般情况下，对缸套穴蚀情况进行检查就必须吊缸。此方法受诸多因素的限制，操作实施有一定的

11、难度。同时，为避免操作过程中对设备造成伤害，吊缸频率也不能太高。这就决定了穴蚀情况检查的周期一般较长，导致部分早期穴蚀不能被及时发现。如果能够寻找一种简单有效的方法，对穴蚀情况进行定期检查，就能起到事半功倍的作用。通过论证，我们在冷却水管进口部位安装一个可以旋转伸缩的内窥镜进行检查。此方法大大提高了检查的频率，对穴蚀的早期预防起到了很好的用。 3.5轮换使用，提高效益 根据穴蚀发生原理及日常观察发现，缸套穴蚀发生的严重部位一般在承受侧推力的两侧，因此我们对部分穴蚀不太严重的旧缸套进行旋转90度后安装使用。把从穴蚀情况较重的缸拆下的旧缸套，安装在穴蚀情况较轻的缸。由于采取了缸套内部穴蚀情况的实时

12、检测，保证了机器运行的可靠性。对本来要废弃缸套进行合理再利用，提高了缸套使用的寿命，大大节约了维修经费。 4.具体应用 此方案实施后，改善了缸套原有的工作环境，将缸套的维护保养由以往被动式的周期性维护保养变为主动式的状态性维护保养，延长了缸套寿命。从2006年3月份开始到2012年12月，H2203轮四台发电柴油机经过16000余小时运行使用。经检查，四台发电柴油机共计24只缸套外圆表面及冷却水腔状况良好，没有发现明显穴蚀痕迹。证明上述措施实施后取得了明显的效果。 按照该型发电柴油机操作规程要求，每4000小时需要定期保养检修一次。截至目前为止，该方案的应用，减少缸套维修4次，节约维修经费100余万元，可为其它船舶解决类似问题提供借鉴。 5.结束语 船用柴油机是船舶的心脏，它为船舶的海上航行提供动力。作为柴油机的重要零件之一，气缸套的穴蚀是造成船用柴油机失效的常见破坏形式。在研究穴蚀形成原因的基