柴油机缸套裂纹原因和避免措施.doc

MAN K6Z70/120E型柴油机缸套裂纹原因和避免措施 1 引言:MAN K6Z70/120E型机为老机型，目前轮机管理人员在远洋和近洋船舶仍能遇到这种型号的主柴油机。笔者认为管理上最大的问题是缸套裂纹。该型机早已淘汰，缸套备件难以订购，因此缸套裂纹问题应引起轮机管理人员足够重视。本文以笔者在“XX”轮工作期间主柴油机缸套裂纹为例进行原因分析，结合工作经验提出避免措施，希望能对轮机管理人员起到借鉴作用。 2 K6Z70/120E型机基本参数和构造:“XX”轮1976年由日本建造，主机机型为KAWASAKI&MANK6Z70/120E。缸径700mm，冲程1200mm，最大持续功率9300PS，额定转数145RPM，最高爆发压力Pz为76kg/cm2，平均指示压力11.97kg/cm2，压缩比10.86，发火次序l-5-3-4-2-6，压力和温度参数见表1。表l K6Z70/120E型机压力和温度参数P(压力bar)T(进机温度)T(出机温度)滑油2.4-2.940-50缸套淡水1.7-2.250-5560-65活塞淡水2.9-4.550-5560-65缸套气口胁骨淡水1.7-2.250-5560-65扫气0.5235-55 缸套冷却水与活塞冷却水属于同一泵浦同一系统水，压力靠缸套冷却水进机阀调整，从而各自达到压力范围；淡水进机温度是一样的无法额外调整，因而活塞和缸套进机温度相同。 增压系统由两部定压增压的增压器和活塞底部泵气增压系统组成，无鼓风机，其中NO.2、NO.3、NO.5、NO.6缸活塞底部有泵气作用，NO.1和NO.4活塞底部空间通大气无泵气作用。低负荷时扫气压力0.4bar以下，压力继电器动作使液压转换阀打开，使活塞底部泵气后的空气去透平后的并联喷管系统喷射引流(INJECTION WORKING)，增加增压空气压力防止低负荷喘振；高负荷时扫气压力0.4bar以上并联喷管系统不工作(INJECTIONNOT-WORKING)，活塞底部泵气空气经过NO.3空冷器冷却后直接与增压器增压空气并联进入扫气箱。 该型机为半回流扫气。缸套上排排气孔共6个，主要布置于缸套一侧范围，其中中间排气口较大。下部进气口共10个，布置于缸套圆周285范围一侧。进排气口肋骨(PORT RIBS)编号从左到右为0-8号，其中1-7号带有冷却水腔，0号、8号无冷却水腔，缸套冷却水从缸套中上部进入缸套与气缸体之间的水腔后分为两路，一路进入进排气口肋骨冷却腔然后下行到由4道O型橡胶圈及气缸体围成的出口水腔，各缸出水管汇集到一根总管后到膨胀水柜；另一路上行至缸套外表面与气缸体构成的缸套冷却水腔，冷却水环绕缸套冷却，然后去气缸盖继续冷却气缸盖，最后回到膨胀水柜。 3 K6Z70/120E型机缸套裂纹故障和原因分析 3.1 近几年缸套裂纹故障:近几年该机缸套裂纹故障先后发生五次。2000年10月，NO.2缸裂纹发生在扫气口第一号肋骨上部；2002年8月17日，NO.5缸运转6670h扫气箱着火后缸套裂纹发生在扫气口第7号肋骨；2004年3月11日，NO.2缸运转9750h裂纹发生在第0号、l号、2号肋骨位，三道裂纹。2000年4月和7月分别发生过该主机NO.1、NO.6缸缸套裂纹，具体部位由于缺乏船上当时记录无法判断是哪一道气口肋骨。这些裂纹一旦发生在有冷却水的肋骨上，水就漏泄到缸内，导致活塞底部泵气效果下降进而影响燃烧；如在第03号肋骨还能勉强运转。 3.2 缸套裂纹原因 3.2.1 暖机不足:暖机是指柴油机在起动前通过冷却淡水泵、主滑油泵泵送具有一定温度的淡水和滑油给柴油机，淡水和滑油流经机体对柴油机加温，使冷车状态下的柴油机保持一定的温度。暖机的目的之一是降低柴油机起动后的被冷却部件两壁间温差，从而降低热应力。暖机不足必然导致缸套内壁和外壁间热应力加剧，导致裂纹产生。 3.2.2 扫气温度太低:扫气温度是柴油机非常重要的参数，影响柴油机换气质量和燃烧。扫气温度应合适，降低时气缸进气密度增加有利于燃烧，但温度较低的扫气空气每次扫气时会使炽热的缸套内壁受到冷风吹拂，缸套热应力加剧易产生裂纹。 3.2.3 淡水进机温度太低:淡水进机温度直接影响柴油机运行。过高会影响气缸润滑，破坏气缸套和活塞间正常间隙，甚至橡胶密封圈加速老化导致漏水；过低会降低热效率，加重气缸套低温腐蚀，还会增加缸套热应力而导致缸套裂纹。 3.2.4 扫气箱着火影响:扫气箱着火对于本机缸套裂纹有非常大的影响。该型机缸套扫气口通常结下油污较多，清洁时难以清除导致扫气口易堵住。一旦扫气口起火火势较大，加上本机扫气质量差，油多气少燃烧状况极差，几个恶性循环后容易出现拉缸。缸套受热后径向热膨胀余地较小，正常间隙0.25mm，只有往上下膨胀，而上部已被缸盖及紧固螺栓固定，下部有3.5mm-5.5mm的间隙，用来往下部膨胀之用，这样急剧膨胀后，如措施不利或者扫气温度较低或者冷却水温度有较大变化，加上活塞上下摩擦力拉动缸套，缸套扫气口处极易裂纹。因此扫气箱着火也会导致缸套裂纹。导致扫气箱着火的原因有：(1)气缸油注油量太大积存残油多；(2)喷油器雾化不良；(3)活塞环断裂或卡死漏气；(4)喷油定时滞后导致后燃，排烟温度高；(5)扫气压力太低；(6)冷却水温度太高；(7)气缸套与活塞间间隙太大。这几项中气缸注油量船上已做过调整；喷油器也试验良好；活塞环每次到港都检查，情况较好；喷油定时也检查过没有问题；冷却水温度正常；气缸套与活塞间间隙吊缸测量也正常；剩下只有扫气压力太低导致扫气箱着火。下面就该原因进行分析：前面提过该型机扫气为活塞底部泵气和增压器增压空气扫气共用：低速时活塞底部泵气空气不经过NO.3空冷器冷却(INJECTION WORKING)而被引射到NO.1、NO.2增压器出口NO.1、NO.2空冷器以前，防止喘振，也就是说活塞底部泵气空气不经过NO.3空冷器冷却，最近几年该柴油机缸套裂纹故障先后发生五次。而经过NO.1、NO.2空冷器冷却后到扫气箱，由于气缸底部较脏不可避免地将含油气体引射到NO.1、NO.2空冷器，使之冷却负荷加重，同时容易污染NO.1、NO.2空冷器使之压差增大，使增压器背压增高，下次转为并联增压时易喘振，扫气压力也低，容易导致扫气箱着火。 4 避免缸套裂纹的管理措施 4.1 柴油机冷车状态时保证暖机温度:一定要暖到55-60再动车较好，并且动车前12h或更早暖机为好。 4.2 柴油机运转中注意及时调整扫气温度:正常航行时扫气温度一般改变不大，应保持45-55。机动操车时尤其是在冬季海水温度低，进空冷器海水阀不易控制，故易产生扫气温度忽高忽低，使缸套遭受较大热应力，尤其扫气口处，轮机管理人员应及时调整海水阀开度。 4.3 适当提高淡水进机温度:淡水进机温度原来说明书要求是50-55，出机60-65，2000年因为缸套频繁出现裂纹，船上将其提高到出机为70-74，这个温度对于防止缸套裂纹非常有效。前面提到该型机活塞水也是同一泵浦供水，与缸套水为同一进口温度，因此提高冷却水进口温度对活塞有不利影响，轮机管理人员值班中应加强检查。 4.4 采取措施防止扫气箱着火:管理中应注意以下事项：(1) 航行中尽量使用并联增压系统(INJECTIONNOT WORKING)，使活塞