客货混装船主机汽缸套严重裂纹原因分析与预防

曾凡其

(92823部队，海南 三亚 572021)

客货混装船主机汽缸套严重裂纹原因分析与预防

曾凡其

(92823部队，海南 三亚 572021)

文章基于一次修理中发现汽缸套严重裂纹的故障，根据汽缸套的结构特点和技术要求，从产品质量、维修工艺、操作使用3个方面分析了汽缸套产生裂纹的原因，提出了预防裂纹产生的措施。

汽缸套；裂纹；修理工艺；操作使用；预防措施

“琼山”号客货混装船有3台8NVD48A-2U型柴油主机，修理时用着色法对24个汽缸套进行探伤检查，发现有16个汽缸套存在不同程度的表面裂纹，且大部分裂纹发生在凸肩与凸缘之间，其中有5个缸套的凸肩下部发生整圈表面裂纹，有3个缸套在凸缘缺口处发生纵向裂纹。如此多的缸套出现裂纹，分析原因可能由于产品质量不合格、修理工艺不合理、机器使用不妥当等情况引起。

1 汽缸套的结构及相关技术要求

8NVD48A-2U柴油机的汽缸套是用合金铸铁HT30-54浇铸而成，内径320 mm，外径360 mm，全长935 mm。它的结构如图1所示。

图1 汽缸套结构图

其主要技术要求是：汽缸套不允许有气孔、砂眼、疏松、缩孔等铸造缺陷，也不允许有裂纹、铁锈和氧化皮存在，尤其是受高压力的工作面不得有任何缺陷存在；表面光洁度：内工作表面Ra0.8，配合部分的腰部表面及凸肩下端平面Ra3.2，其它加工表面不低于Ra6.3；内壁表面对支撑平面的摆差不应超过0.05 mm；汽缸套中心线对于外部密封凸缘的不同心度不应超过0.08 mm 。

其主要安装要求是：汽缸中心线与曲轴中心线应垂直相交，不垂直度每米不超过0.15 mm，不相交度不大于0.50 mm；各汽缸中心线应在同一水平面内，偏差不得大于0.50 mm。尤其是更换配件时，汽缸套与活塞裙部的间隙应保持0.50～0.59 mm，如果此间隙过大，在活塞通过上死点时，会对缸套产生强烈的撞击，引起缸套侧应力加剧，柴油机振动加剧。

2 汽缸套易发生裂纹的部位及原因

1)凸肩处，易产生周向裂纹。原因是：一是汽缸套处于燃气的高温高压作用下，上部冷却又不充分，当汽缸套定位凸肩的厚度不当或者下方圆角较小时，就会增加此处的局部应力，因而在定位的圆周方向发生裂纹；二是当紧固汽缸盖的螺栓用力不均，某处受力过大，致使圆角部位受到弯曲应力，导致发生裂纹。

2)凸缘缺口处，易产生纵向裂纹。原因是：缸套冷却水通过凸缘缺口时，由于缺口的宽度、圆角等不适当，导致水流速度过快，冷却效果过大，因而产生热应力，加上应力集中，圆角处便易产生裂纹。

3)圆筒部分，尤其是承受主侧推力的一面更为严重。原因是：爆炸所产生的高温高压气体和活塞的高速运动，使承受主侧推力面的圆筒处同时承受着热应力、拉应力和机械应力。当滑油和冷却水不足，或在汽缸过热时急剧加大冷水流量，都会使汽缸套产生裂纹。

3 造成本次缸套裂纹的原因分析

3.1对产品质量是否合格的分析

如果产品质量达不到其技术要求，则为不合格产品。由于产品经过长期使用，缸套已存在不同程度的磨损、腐蚀和穴蚀，从现场勘验和检测无法判断原产品是否合格。通过与新缸套的比较，凸肩圆角和凸缘缺口圆角的宽度和半径都一样。通过调阅上次修理资料，发现上次修理由于裂纹原因换新缸套3个，其余都经检查合格。

通过对比分析，我们认为由于不合格造成裂纹的原因需进一步探究。

3.2对修理工艺是否合理的分析

汽缸套装配的2个基本要求，①缸套凸肩与机体支撑面要做接触情况及汽缸套与活塞裙部间隙的检查，我们查阅上次缸套修理工艺，发现工厂并没有做这些检查的记录。②在紧固缸盖螺母时要按对角逐步均匀拧紧，并保持每个螺母的预紧力一致。在实际维修中，对于机体支撑面与凸肩之间有密封圈的缸套，工厂一般都不做接触检查，也不做不垂直度、不相交度的测量。在查询施工人员如何上缸盖螺母时，对于扭紧的方法都掌握。但在扭紧螺母时，没有用专用的扭矩扳手，而是自制套筒扳手，用水管加长扭臂，3～4人同时扳动水管扭紧螺母，预紧力的大小凭经验与感觉。由此可知，缸套的装配过程并不合理。由于缸套大部分都是旧的，所以因为不垂直度、不相交度超标而导致裂纹的可能性很小，但缸盖螺母的预紧力过大或不均匀而导致凸肩下部圆角出现裂纹的可能性却很大。

3.3对使用管理是否妥当的分析

通过对船上人员了解，有2个情况引起了我们注意，一是一年多来该船3条艉轴和3部主机的振动都比较大，特别是右主机，在380 r/min时明显抖动。二是该船主机冷却水一直加防腐添加剂，但近一年来由于领不到防腐剂，就再也没有加过，拆卸时发现缸套上有一层水垢。从裂纹形成的原因可知，缸套冷却不良加上振动剧烈，极易造成缸套裂纹。综合上述分析，我们认为造成本次缸套裂纹的主要原因是缸盖螺母预紧力不正确、缸套过热、主机振动。

4 避免和减少裂纹的措施

裂纹产生的原因虽然很多，但只要按规定维护使用机器，裂纹是可以预防和减少的。

4.1产品质量要合格

一定要用精密仪器检查汽缸套，确定其是否符合技术要求，不能凭经验、凭感觉，或只看产品合格证。不符合技术要求、设计不合理的产品绝不能上船，以避免产品因先天性不足而产生裂纹。

4.2装配工艺要合理

1)在安装汽缸套前，要把机体与缸套的接触面清洁干净，并检查接触情况，接触点应均匀分布60%～70%面积以上。只要达到了这个标准，汽缸中心线与曲轴中心线的不垂直度、不相交度等就能够达到安装要求。安装后，一定要检查缸套与裙部的间隙，应在0.50～0.59 mm之间，太小会引起咬缸拉缸现象，太大会产生强烈振动，加大裂纹的产生。

2)在扭紧汽缸盖螺母时，要按对角扭紧并且用力均匀，原则上要使用专用扭矩扳手。对于8NVD48A-2U柴油机，要用扳手长度为2.9 m专用扭矩扳手，使每个螺母的拧紧扭矩均为1 450 N·m，以避免因装配不当产生弯曲应力而再次引发裂纹。

4.3操作使用要得当

1)要及时排除故障，比如机器振动过大、水温不正常等要及时查找原因，尽快排除，以消除裂纹产生的诱因。

2)要按规定向冷却水加入防油剂和防腐剂，以防止缸套腐蚀和水垢的产生。

3)要保持冷却水的流量和压力均恒，当机器温度很高时，不能向机器注入大量冷却水，避免骤冷产生裂纹。

4)要经常检查供油定时，定时不宜太早，否则发生早燃或爆燃，使缸套长期承受交变的热应力、拉应力和机械应力而导致裂纹发生。

5 结束语

造成柴油机汽缸套产生裂纹的原因很多，且都是综合作用的结果，而从以上分析可知，造成此次缸套发生严重裂纹故障的主要原因是维修工艺不合理和维护使用不规范。为避免裂纹的产生，除加强上船产品的质量检查外，关键是修理人员必须严格按技术要求安装汽缸套，轮机人员在管理柴油机时，必须严格按操作规程办事。

Based on a serious crack on cylinder liner during its repair,three dimension of crack reason analysis of a large number of cylinder was given here according to the structure characteristics of cylinder and technical requirements in the aspects of product quality,repair process and operation,crack prevention measures are proposed as well.

cylinder;crack;repair process;operation and use;preventive measure

曾凡其(1966-)，男，广东韶关人，高级工程师，大学本科，主要从事机电维修工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.01.007

2013-09-11