船用柴油机气缸套穴蚀的成因及其预防措施.pdf

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1、第5卷第4期南通航运职业技术学院学报Vol.5No.42006年12月JOURNALOFNANTONGVOCATIONAL&TECHNICALSHIPPINGCOLLEGEDec.2006船用柴油机气缸套穴蚀的成因及其预防措施徐向荣(南通航运职业技术学院轮机工程系,江苏南通226006)摘要:文章介绍了船用柴油机气缸套穴蚀的现象,分析了穴蚀的成因机理,提出了提高气缸套抗穴蚀能力的一些具体措施,并对船用柴油机气缸套的设计、制造与维修提出一些建议,以延长气缸套的使用寿命。关键词:船用柴油机;气缸套;穴蚀成因;预防措施中图分类号:U664.121文献标识码:A文章编

2、号:1671-9891(2006)04-0071-040引言船用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。气缸套穴蚀是船用中、高速柴油机普遍存在的严重问题。随着柴油机的功率增加、强载度的提高和高速、轻型化,气缸套穴蚀破坏就成为妨碍柴油机正常运转的首要问题,严重地影响柴油机的工作可靠性和气缸套的使用寿命。一般说来,船用中速和高速筒状活塞式柴油机,特别是高速、轻型大功率柴油机,气缸套存在不同程度的穴蚀。例如12V180、6150等高速柴油机,6300、6250等中速柴油机。有的柴油机投入运转不久

3、在气缸外圆表面就出现穴蚀小孔,甚至柴油机运转不足千小时就因缸套穴蚀穿孔而报废,而此时缸套内园表面尚未磨损。为此，必须弄清缸套穴蚀的成因，采取有效措施来预防气缸套的穴蚀，从而延长气缸套的使用寿命。1气缸套穴蚀的成因分析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，目前普遍认为是由气缸套在活塞往复运动冲击下产生的高频振动和冷却水携带的电解质所致，这两种因素同时存在或交替进行均会引起缸套的穴蚀

4、。其中气缸套高频振动导致的空泡溃灭是产生穴蚀的根源，而由电解质引起的电化学腐蚀则起到了促进作用。1.1缸套穴蚀产生过程柴油机运转时，活塞在曲柄连杆的牵制下在气缸套内作往复运动，又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。此外，冷却水进口和流动时产生涡漩使冷却水通

5、道内压力变化，也会形成瞬时高压或低压，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-3-52发的冲击波仅作用于10～l0㎜的微小范围，其压力高达数十甚至上百个大气压。随着活塞的往复循环，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，造成柴油机穴蚀。此外,缸套振动能量的转化、液体间摩擦和空泡破裂时产生大量的热、缸套表面收稿日期:2006-08-15作者简介:徐向荣（1979—），男，江苏南通人，南通航运职业技术学院轮机工程系助教，硕士生。72南通航运职业技术学院学报2

6、006年局部产生高温使金属达熔化状态以及高压作用下都易造成金属破坏,剥落后形成针孔。船用柴油机循环冷却淡水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(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。1.2缸套穴蚀过程力学分析1.2.1气泡的产生和破灭发动机工作时，缸内燃气压力随曲轴

7、转角而变化，缸套在活塞侧压力作用下发生高频振动，冷却水压力随之变化。当缸套以加速度a向内振动时(如图1)，与壁接触的一个断面积为F、长为L的水柱在水压力P作用下也以加速度a跟随壁面一起向内移动，这时壁面处的水压力将降低到P0。LFLγγ因为P0=PF+a，所以P=P0-a。gg式中γ——水的密度，g——重力加速度。如果冷却水压力P低于当时温度下水的饱和气压时，水中便产生真空气泡。若缸套壁面以加速度a向外L振动时，L处的水压力又比P增加了γa，真空气泡在这一压力作用下立即溃灭[1]。Og图1空泡形成原理图2空泡破灭时的能量1.2.2真空泡溃灭时的作用力如图2所示

8、，设在溃灭过程中半径R的球形表面向中心