船舶柴油机缸套的穴蚀分析

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1、船舶柴油机缸套的穴蚀分析2009年2月25日摘要：缸套穴蚀是船舶柴油机汽缸套常见的一种损伤形式，这对船舶柴油机工作的可靠性和使用寿命有很大影响。缸套穴蚀主要形式是局部的蜂窝状的孔穴和麻点，而缸套穴蚀的成因机制主要有电化学腐蚀、空泡腐蚀等。随着柴油机转速、有效压力、比功率的提高，相应的比重量逐渐降低，其结构日益紧凑和零部件壁厚减薄，船舶柴油机缸套穴蚀破坏日益引起人们的关注。文章论述了柴油机主要部件、冷却水系统、柴油机工况等因素对穴蚀的影响，最后指出预防穴蚀的基本措施和检修方法。关键词：船舶柴油机缸套穴蚀机理预防检修1概述穴蚀是水力机械或机件与液体相对高

2、速运动时在机件表面产生的一种破坏。穴蚀又称空泡腐蚀或者气蚀。随着柴油机转速、有效压力、比功率的提高，相应的比重量逐渐降低，其结构日益紧凑和零部件壁厚减薄，船舶柴油机缸套穴蚀破坏日益引起人们的关注，不少缸套的更换的原因并不是磨损所导致而是穴蚀破坏造成的，缸套的穴蚀破坏已经成为船舶柴油机的严重问题，必须采取有效的预防措施，以延长缸套的使用寿命。2缸套穴蚀的特征分析2.1故障发现在进行吊缸的过程中，发现气缸套外困椎面左右侧着蜂窝状光亮小孔群，说明缸套发生了穴蚀。2.2缸套穴蚀的主要形式局部的蜂窝状的孔穴和麻点。2.3缸套穴蚀的部位穴蚀是一种从零件的表面开始

3、的局部腐蚀。通过相关资料和对所在船舶缸套的实际观察，发现湿式气缸套外圆表面的穴蚀，一般集中在如下的几个区域：a．柴油机左右侧方向，特别是在承受侧推力最大一侧的偏上方，并沿圆柱方向成带状分布；b．缸套主承推侧下支撑的密封圈附近缸壁，穴孔在密封槽上沿相互连接，呈蠕虫条沟状凹坑；c．冷却水进口、水流转向处和水腔狭窄处对应的缸壁上。2.4缸套穴蚀的特点从外观上看，腐蚀处呈现的是一种局部的蜂窝状或者分散状凹坑的强烈侵蚀现象。与电化学腐蚀的样子不同，表面没有电化学腐蚀那种典型的橙褐色的腐蚀生成物，比较干净清洁，往往呈现类似高温氧化的红褐色。穴蚀的情况通常是严重的

4、。根据资料显示，一般电化学腐蚀的腐蚀速度为0.05-0.10mm/kh，而穴蚀的速度要快得多，可达1.5-5.0mm/kh，几乎快30~50倍。穴蚀发生主要集中在高速柴油机上，随着功率和强化度的增加，在中速机上也常有发生。下面所给出的资料（表1）为3种国产高速柴油机缸套的穴蚀情况。表13种国产高速柴油机缸套的穴蚀情况3缸套穴蚀的机理分析缸套外表面冷却壁上通常可能产生空泡腐蚀、电化学腐蚀等，但是主要还是以空泡腐蚀为主。其现象往往是各种腐蚀综合产生的结果。3.1缸套穴蚀的外因—高频振动气缸套的穴蚀易发生在筒状活塞式柴油机的冷却壁面上，以及支承密封配合凸肩

5、处和进水及水流急转处的壁面上。引起缸套穴蚀的主要原因是由于活塞在作往复运动的同时，还要受到侧推力的作用，活塞在侧推力作用下不断冲击缸壁的左右侧，使汽缸产生高频振动。活塞与缸套在横向的贴合面的不断变化，造成活塞撞击缸壁并引起缸壁的振动。在活塞到达上止点并继续形成膨胀的同时，侧推力的方向也随即变化，并以极高的速度和能量撞击缸壁，引起横向振动。在活塞的撞击下，缸壁先向外弯曲后又朝里回振。气缸套在向外弯曲时，对周围的冷却水产生一个压力波；当气缸套朝里回振时，缸套外壁附近冷却水的压力急剧降低，压力的降低会引起冷却水中的气体析出形成气泡，若压力降低到该冷却水温度

6、所对应的饱和蒸汽压时，也会引起冷却水汽化沸腾产生大量气泡附着在缸套表面。当气缸套壁再次向外弯曲时，新形成的压力波将击破小汽泡，并使部分汽泡又冷凝为水，当汽泡受到高压冲击而时，就在破裂区附近产生高压波，从而产生局部的液压冲击，使局部压力和温度急剧升高。理论和实践证明，在微小气泡的中心区压力可高达几十兆帕，由于产生绝热压缩，其温度可高达几百度。这种高压波以极短的时间作用于很小的范围内，就对缸壁产生强烈的破坏能力。这样持续反复作用，促使材料疲劳，材料颗粒从缸套表面剥落下来，使缸套表面变得粗糙，接着出现蜂窝状的小孔群，即为穴蚀。3.2缸套穴蚀的主要内因—缸套

7、材质缸套一般由铁和石墨组成的铸钢制成，石墨的机械性能很差，在铸钢中布满了裂缝和空洞。在拉伸载荷的作用下，石墨夹杂的两端容易产生应力集中，致使裂缝扩大。当冲击力很大的时候，缸套表面微小局部金属发生塑性变形，不断地作用使金属疲劳而剥落。此外，与液体问摩擦和空泡破裂时，使缸套表面局部产生几乎使金属达到融化状态的高温，又在高压作用下，更易造成金属破坏，剥落后形成针孔。3.3电化学腐蚀金属被电化学腐蚀的条件：一是处于电解质溶液中；二是各部分存在着电位差。柴油机缸套外表面与冷却水直接接触，海水是当然的电解溶液，而淡水中也难免含有一些杂物、氧气、氢气及渗漏入水腔中

8、的燃气等。因此，缸套正处于电化学腐蚀的条件下，受到电解液的强烈的腐蚀作用。3.4其它腐蚀导致缸套穴蚀破坏的第