柴油機(jī)缸套磨損與磨損的研究

柴油機(jī)缸套磨損與磨損的研究

1吊缸整體磨損sulzer6rta2，1993年9月交付。近幾年,該輪主機(jī)缸套磨損率高、活塞環(huán)頻繁折斷。一年來,主機(jī)運(yùn)行約6000小時,更換缸套4只,活塞頭9只,吊缸16次,維修保養(yǎng)強(qiáng)度大,既增加了人力、物力投入造成經(jīng)濟(jì)損失,又影響船舶安全。表1是因斷環(huán)吊缸各缸運(yùn)行時間,表2是各缸套使用壽命及磨損率?？芍?各缸活塞環(huán)異常磨損,缸套磨損率增大。以No.4缸為例,運(yùn)行719小時,第一,二,三,四道活塞環(huán)均已折斷,第五道活塞環(huán)嚴(yán)重不均勻磨損,徑向厚度磨損量最大處3.2mm,環(huán)槽出現(xiàn)磨臺,槽高變大,缸套磨損率0.243mm/kh,活塞頭及環(huán)槽干凈無明顯結(jié)碳。2錯誤分析缸套異常磨損和活塞環(huán)折斷的原因很多,機(jī)理復(fù)雜,需從多方面考慮。2.1燃油自清精細(xì)濾器使用隨意性強(qiáng)據(jù)輪機(jī)日志和相關(guān)測量記錄,解體故障換下的主機(jī)油頭發(fā)現(xiàn)大部分循環(huán)閥的針閥咬死在頂起位置,且針閥圓柱面有大量拉痕,表明燃油含有大量固體顆粒。查輪機(jī)日志發(fā)現(xiàn),該輪主機(jī)燃油自清精細(xì)濾器使用隨意性較強(qiáng),多次故障且不及時處理,經(jīng)常旁通?，F(xiàn)在的船用燃料油都是渣油與柴油按比例調(diào)合而成,金屬雜質(zhì)和非金屬雜質(zhì)含量多。燃油過濾不好,大量固體顆粒隨燃油進(jìn)入氣缸破壞油膜并作為磨料,加劇缸套和活塞環(huán)磨損。2.2產(chǎn)鑄造缸套日本原廠生產(chǎn)的缸套,表面石墨薄層的小孔分布均勻,儲油能力強(qiáng)。而該船主機(jī)使用硬度較低的國產(chǎn)鑄鐵缸套(公司為節(jié)約成本訂購),制造和表面處理工藝欠佳,儲油效果差;且活塞環(huán)仍使用與硬度較高缸套匹配的進(jìn)口件,摩擦副硬度匹配偏離最佳,易扭曲變形以致彎曲疲勞折斷。還有活塞頭,采用國內(nèi)翻新件,加工粗糙,環(huán)槽間隙偏小且上、下平面距離不均勻,環(huán)易卡阻或抱環(huán)。2.3缸壁油膜的磨損船用二沖程柴油機(jī)氣缸油主要作用有三:·在活塞環(huán)與缸套、活塞環(huán)與環(huán)槽之間,形成油膜,減少磨損?！ぶ泻腿紵乃嵝援a(chǎn)物,減少腐蝕。·帶走燃燒殘留物和金屬磨粒,清潔活塞環(huán)、環(huán)槽和氣缸壁,減少磨料磨損。注油量過大,過量氣缸油被活塞環(huán)刮入燃燒室,不但浪費(fèi)氣缸油,而且由于活塞頭部溫度400℃以上,氣缸油很容易氧化結(jié)碳。活塞頭結(jié)碳多到接觸缸套就會破壞缸壁油膜,加劇缸壁和活塞環(huán)的磨損。注油量過小,也加劇缸套和活塞環(huán)磨損:·缸壁上難以形成完整的油膜,缸套與活塞環(huán)處于半干摩擦甚至干摩擦狀態(tài);·不易帶走燃燒殘留物和金屬磨粒等雜質(zhì)而增加磨料,加劇磨料磨損;·不能完全中和燃燒產(chǎn)生的酸性物質(zhì)而發(fā)生腐蝕磨損,腐蝕產(chǎn)物又會引起二次磨料磨損;·活塞環(huán)和缸壁的磨損加劇,增加燃?xì)庑孤?漏泄的燃?xì)膺€會進(jìn)一步破壞缸壁上的油膜,導(dǎo)致活塞環(huán)不均勻磨損;·活塞環(huán)不均勻磨損,其外圓面與缸壁貼合不良,燃?xì)鈮毫Ω邥r,作用于活塞環(huán)外圓面與氣缸貼合不緊密處,將環(huán)壓入環(huán)槽;燃?xì)鈮毫Φ蜁r,活塞環(huán)在自身彈力的作用下重新彈出,活塞環(huán)周期性張合疲勞折斷,活塞的橫擺沖擊使環(huán)繼續(xù)折成多段或碎塊,也進(jìn)一步加劇缸套磨損。SULZERRTA型柴油主機(jī)氣缸油注油率,基本設(shè)定值1.2g/hp-h,允許根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況逐步調(diào)低。該輪近幾年氣缸注油率調(diào)定在0.87g/hp-h。吊缸檢修及掃氣口檢查記錄證實(shí),活塞頭部及燃燒室等處干凈無明顯結(jié)碳,看來缸套異常磨損和活塞環(huán)折斷的原因不是氣缸油注油量過大而是過小。2.4缸注油器設(shè)計現(xiàn)有機(jī)械注油器難以準(zhǔn)確地定時向氣缸注油,各柴油機(jī)生產(chǎn)廠家都根據(jù)實(shí)際注油設(shè)備、注油管路布置、實(shí)際經(jīng)驗等,調(diào)定注油器的注油時間。該主機(jī)采用凸輪軸1︰1驅(qū)動柱塞泵式氣缸油注油器,缸套四周均布八個注油槍(無蓄壓器),主機(jī)活塞每次往返兩個行程向氣缸注油一次。調(diào)節(jié)氣缸油注油率(注油量),單缸通過調(diào)油手柄總調(diào)(5檔),每個柱塞泵(注油槍)通過調(diào)節(jié)螺釘單調(diào)(10圈,每圈4檔)。注油定時,終點(diǎn)不變,注油始點(diǎn)(柱塞泵開始排油的角度)隨氣缸油注油率(注油量)的增大(或減小)而提前(或延后)。查主機(jī)說明書知道,氣缸油注油率基本設(shè)定值是1.20g/hp-h,注油定時設(shè)置分兩檔。(1)持續(xù)注油時注油始點(diǎn)在活塞上止點(diǎn)后約265°,注油終點(diǎn)在活塞上止點(diǎn)后約285°,即活塞上行85°~105°間持續(xù)注油。注油終點(diǎn)時,活塞在注油孔下方335mm。這樣的設(shè)計,足以使活塞上行至注油孔前氣缸油進(jìn)入氣缸、充滿油槽并溢出油槽布滿缸壁,保證活塞上行期間讓氣缸油進(jìn)入活塞環(huán)和環(huán)槽并被活塞環(huán)涂布在缸套內(nèi)壁上。(2)注油始點(diǎn)和注油終止注油終點(diǎn)提前10°。這是因為,氣缸油注油率減少,注入氣缸的油量少,且注油始點(diǎn)延遲,可能使得活塞上行至布油槽前進(jìn)入缸內(nèi)的氣缸油來不及溢出油槽布滿缸壁,妨礙其進(jìn)入活塞環(huán)和環(huán)槽并被涂布在缸壁上。但是,因為注油始點(diǎn)還因注油量減少而相應(yīng)延遲,注油始點(diǎn)實(shí)際提前小于10°。例如注油率1.20g/hp-h時,注油始點(diǎn)在活塞上止點(diǎn)后約265°,注油終點(diǎn)在活塞上止點(diǎn)后約285°,持續(xù)約20°曲柄轉(zhuǎn)角;注油率減至0.87g/hp-h約減少27.5%,注油始點(diǎn)相應(yīng)推遲1.5°,注油始點(diǎn)實(shí)際提前8.5°。整機(jī)注油終點(diǎn)提前10°的方法是:(1)松開1號缸氣缸注油器與驅(qū)動軸間的連接法蘭鎖緊螺栓并移出定位螺栓(定位螺栓只有兩個固定位置,原始位置和提前10°位置);(2)倒車盤車轉(zhuǎn)動驅(qū)動軸10°;(3)鎖緊固定法蘭。檢查和測量發(fā)現(xiàn),該機(jī)氣缸油注油器與驅(qū)動軸間的連接法蘭鎖緊螺栓處的定位螺栓已處于提前10°位置,但各缸氣缸油定時仍都有較大滯后,各缸實(shí)測注油終點(diǎn)如下表:滯后最多的第6缸,注油結(jié)束時間為上止點(diǎn)后325°,即活塞經(jīng)下止點(diǎn)后又上行145°,活塞頂已高于注油孔415mm,氣缸油只能等活塞下行時才能通過活塞環(huán)涂布于缸壁。而且,活塞環(huán)布油的原理決定了活塞下行時氣缸油大部分被刮入掃氣箱,留在缸壁上的極少,缸壁上部會出現(xiàn)半干摩擦甚至干摩擦,加劇缸套和活塞環(huán)磨損。注油定時滯后的原因是:·相鄰缸之間的聯(lián)軸器與驅(qū)動軸的圓錐形固定鎖緊銷,因磨損而存在間隙,導(dǎo)致后一個缸比前一個缸的滯后量變大;·驅(qū)動齒輪到第1缸前的幾段驅(qū)動軸的聯(lián)軸器與驅(qū)動軸的圓錐形固定鎖緊銷磨損,產(chǎn)生誤差疊加造成較大滯后;·第3缸與第4缸之間,不但圓錐形固定鎖緊銷磨損,其間的注油器驅(qū)動軸柔性聯(lián)軸器也磨損嚴(yán)重,使得第3缸與第4缸間的滯后變化量最大。總之,上述四方面因素,都延遲注油始點(diǎn),惡化活塞環(huán)與環(huán)槽、活塞環(huán)與缸套之間的潤滑,加劇磨損引起缸套超常磨損、斷環(huán)和縮短活塞頭壽命。3糾正措施糾正措施包括修復(fù)或更新?lián)p壞和過度磨損的元件、調(diào)整氣缸油注油率和注油定時、改善主機(jī)運(yùn)行其他條件等三方面。(1)保持缸套表面儲油能力·針對國產(chǎn)缸套,換新活塞頭或換新活塞環(huán),并嚴(yán)格按說明書要求的磨合時間并適當(dāng)加大氣缸油量,保證活塞環(huán)與缸套磨合良好,消除表面的初始粗糙度,形成適于工作條件下保持油膜的形貌,提高缸套表面儲油能力。·注油器驅(qū)動軸損壞的柔性聯(lián)軸器換新?！ぢ?lián)軸器與軸的錐形固定鎖緊銷,磨損間隙處加黃銅墊片固定(待備件到船再換新)。(2)調(diào)整缸套與活塞環(huán)狀況·氣缸油注油率調(diào)至基本設(shè)定值1.2g/ps-h,保證氣缸壁形成良好的油膜,穩(wěn)定運(yùn)行后再根據(jù)缸套與活塞環(huán)狀況酌情逐步下調(diào)?！ふ{(diào)整氣缸油注油定時,盡量接近出廠值。·柴油機(jī)低轉(zhuǎn)速(低負(fù)荷)及進(jìn)出港用車,加大氣缸油供油量?！ぶ鳈C(jī)備車前和完車后,手搖注油器注入氣缸油,同時盤車一段時間。(3)加強(qiáng)氣調(diào)和減·恢復(fù)主機(jī)燃油各濾器正常使用,加強(qiáng)燃油預(yù)處理,減少燃油中的固體顆粒。燃油中的固體顆粒雜質(zhì)嚴(yán)重影響燃燒質(zhì)量和機(jī)件磨損。燃油過濾是保證燃油品質(zhì)的關(guān)鍵之一,必需保證?！ふ{(diào)整高壓油泵定時,保證油頭霧化質(zhì)量,改善燃燒質(zhì)量,減少燃燒不良引起的磨損。·保持掃氣箱放殘管暢通,及時清除掃氣箱底部油泥,避免污油水夾雜固體顆粒隨掃氣飛濺進(jìn)入氣缸?！け３诌m宜的缸套冷卻水溫,避免缸壁溫度低發(fā)生腐蝕磨損和溫度高破壞油膜?！ざㄆ诟鼡Q清潔透平濾網(wǎng),保證進(jìn)入氣缸中的空氣充足、干凈?！ぶ鳈C(jī)運(yùn)行中化學(xué)清潔空冷器和沖洗壓氣機(jī)之前30分鐘和之后30分鐘,氣缸油注油量增加50%。以上處理的效果:·每次到港檢查主機(jī)掃氣口,見各缸活塞環(huán)及缸套狀況良好;·No.2缸吊缸換新活塞環(huán)后,運(yùn)行1730小時,缸套最大磨損量0.19mm,最大磨損率0.1098mm/kh,接近正常(鑄鐵缸套<0.1mm/kh)。4一些建議(1)繼續(xù)追蹤并做好記錄只更換備件而不查明和消除故障原因,不可能避免同類故障重復(fù)發(fā)生。必須及時查明和消除故障原因,即使一時做不到,也要繼續(xù)查找并做好記錄?！耙荒陙碇鳈C(jī)運(yùn)行約6000小時,更換缸套4只,活塞頭9只”,和“主機(jī)燃油自清精細(xì)濾器使用隨意性較強(qiáng),多次故障且不及時處理,經(jīng)常旁通”,都說明管理者沒有及時查明和消除故障原因。(2)相互影響的原因分析主機(jī)缸套異常磨損和活塞環(huán)頻繁折斷,影響因素甚多,往往是多種因素的相互影響、相互作用形成的。所以,分析故障原因應(yīng)全面考慮,避免局限。該輪主機(jī)缸套異常磨損及斷環(huán)多年,分析故障原因一直思路單一,局限于活塞環(huán)槽高度不均和過小,沒有找到故障的全部主要原因。(3)兩組患者相似遠(yuǎn)有些國產(chǎn)備件與原制造廠備件,質(zhì)量相差甚遠(yuǎn)。采用價格便宜的國產(chǎn)備件替代原廠備件,若不跟蹤運(yùn)行狀況及時調(diào)整主機(jī)運(yùn)行條件,很可能引發(fā)故障。(4)降低煙氣汽油損和活塞環(huán)斷裂注換用耐磨性及表面儲油能力弱的國產(chǎn)缸套后,應(yīng)適當(dāng)加大注油率。若保持使