海上平台柴油机气缸套磨损原因及应对措施

李新东

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤南作业公司 天津300459)

气缸套磨损是生产配套厂家和广大用户比较关心的一个重大问题，是在发动机运行不长的时间内，出现压缩不良、启动困难、发动机功率不足、排气管冒黑烟、曲轴箱通气管冒烟、机油消耗量增加，活塞与气缸套之间有倒气、敲击声、窜机油等现象[1]。因为柴油机随着功率的提高其机械负荷与热负荷大幅增加，磨损加剧，所以找到磨损的原因并采取有效的措施，可以大幅提高气缸套的可靠性和使用寿命。郭黎明[1]对 6110型柴油机气缸套磨损分析进行了归纳，满一新[2]对改善低速柴油机气缸套工作性能的技术措施进行了总结。他们都归纳了部分导致气缸套磨损的原因。笔者结合海上特殊环境特点，对海上平台柴油机气缸套加速磨损的原因进行了全面的解析，并针对原因提出相应的解决措施，减小摩擦速率，延长柴油机气缸套的使用寿命。

1 柴油机的工作原理

柴油机的工作循环是由吸气、压缩、做功和排气4个过程所组成的，这 4个过程都是在由气缸套、气缸盖、进排气门、气缸垫、活塞及活塞环构成的燃烧室中完成的。由于柴油机活塞的往复运动，使燃料在气缸里燃烧，同时产生高温、高压的环境。恶劣的环境导致气缸套及活塞环的磨损，缓慢的磨损属于正常现象，但是不正常的使用就会加剧它的磨损产生，使得柴油机过早老化，效率急剧下降，严重时会导致报废。

2 加剧磨损的原因分析及应对措施

2.1 润滑条件改变

气缸套理想的润滑油膜，是在注油点之间形成并且彼此连接成片，从而使润滑油均匀地覆盖在整个气缸套工作表面上，气缸套上油膜均布不仅起润滑作用，而且也能有效地中和缸壁上可能凝结的硫酸，很好地防止缸套的粘着磨损和腐蚀磨损[2]。由于润滑条件改变，使油膜不能很好均布到气缸套上，导致润滑条件不良。润滑条件改变的原因有：刮油环损坏或磨损；润滑油泵磨损，导致系统压力不足；安全阀起跳或调压不合适；系统中存在磨损，配合间隙变大；连接管线存在泄漏；油道存在堵塞；润滑油过滤器脏堵，未及时更换；润滑油液位不足；润滑油冷却效果差，温度变高后粘度下降；润滑油未定期更换，导致油品变质。

日常运行中针对性措施：及时发现润滑油压力的变化趋势；按照柴油机厂家保养计划，定期更换润滑油滤器；对润滑油定期进行取样化验，保证润滑油的品质。

2.2 活塞环装配不正确或有缺陷

由于活塞环装配不正确，导致活塞环变形或有缺陷产生折断，或者刮油环在缸套上布油不均，使气缸内局部磨损变大，严重的会造成拉缸。活塞环折断的原因很多，除材料缺陷、加工质量不佳以外，主要是使用中维护管理不当、装配质量差所致，例如：活塞环搭口间隙过小；环槽积炭；气缸套磨台；环槽过度磨损；活塞环径向胀缩疲劳；活塞环过度磨损，使其强度不能满足要求；气缸套严重磨损；润滑油和燃油的品质问题等。

日常运行中针对性措施有：按照厂家维保手册要求，进行有计划更换和正确安装，防止过于粗暴、野蛮的装配方法；同时采购原厂备件，并提供各备件的原厂证明，对于国外备件，还需要索要通关证明等相关文件；对润滑油定期化验，保证润滑环境良好；使用合格厂家的燃油，减少积碳和各种有害物质腐蚀的产生。

2.3 磨合不到位，长时间低负荷、粗暴或者超负荷运行

新的或经大修后的机器，未进行充分的磨合就投入使用，或者长时间空载、低负荷、粗暴运行、超负荷运行等，也会导致气缸套与活塞环之间产生严重的、不可逆的磨损。

日常运行中针对性措施有：通常新的或经大修后的柴油机，在正式使用前，必须经过60h磨合运转，才可投入全负荷使用。这样既能改善柴油机各运行部件的工作状况，又能提高柴油机的运行可靠性和使用寿命。磨合期内负荷以额定功率的 50%～80%为宜，转速不大于标定转速的80%，磨合的开始阶段，空运转或过小负载情况下的运转时间不宜太长，同时避免柴油机粗暴运行和超负荷运行；对长时间停运的柴油机定期进行盘车，并在每次启机之前要做好盘车工作，保证机组顺利启动。

2.4 滑油冷却出现问题，滑油粘度低

润滑油温度高，分子间距离远，引力较小，固体烃充分溶解，粘度值降低，流动性增加，发动机各运动件配合间隙的泄油量加大，使油膜变薄，成膜性变差，变滑动摩擦、滚动摩擦为粘着摩擦。尤其是工作温度高、条件苛刻的气缸套、活塞环，靠激溅不能形成良好的润滑油膜，使磨损量增加[3]。所以，润滑油冷却后的温度高低对柴油机润滑至关重要。

日常运行中针对性措施有：在日常运行中，勿以小失大，需及时对滑油冷却器进行检查保养。将润滑油温度控制在 70～95℃范围内，保证在摩擦部件表面形成良好的油膜，使柴油机发挥最大的效率。

2.5 冷却水系统出现问题，冷却水温度高

柴油机水温应该控制在 85～95℃之间，水温过高，会导致润滑油粘度变稀，润滑油膜厚度下降，也会导致气缸套热量无法散出，气缸套持续高温，缸套表面金属温度高加速磨损，严重时易拉伤气缸。

日常运行中针对性措施有：及时对柴油机冷却器进行吹扫和清堵，防止冷却水温度过高。

2.6 积碳过多，活塞环粘接到活塞

由于气缸内积碳过多，导致活塞环粘接到活塞环槽内，活塞环失去了补偿能力，使高温气体泄漏，破坏气缸套上的油膜，同时气缸套表面温度升高，加速磨损。

日常运行中针对性措施有：使用合格的燃油，减少积碳的产生；按照厂家维保手册推荐的保养周期，定期进行解体大修，对积碳进行机械清理，并定期更换燃油喷油器。

2.7 缸套珩磨不合格，气缸套布油厚度不够或不均

对气缸套进行珩磨，目的是在缸壁上磨出均匀一致的凸凹痕迹的浅网纹状沟槽，柴油机运行时，沟槽内储留少量润滑油，利于气缸套与活塞环之间形成一层油膜，使活塞环和气缸套拥有良好的润滑环境，不产生干磨，增加气缸套的使用寿命。

日常运行中针对性措施：珩磨过程中，一定要控制好珩磨头的转动速度和往复速度，网纹夹角一般为50～60°。在珩磨后，缸套表面粗糙度Ra值应不大于3.2µm为宜。

2.8 热腐蚀和化学腐蚀

气缸套所处环境为高温、高压环境，冷热交替频繁，气缸套表面易产生热腐蚀，如果润滑油和燃油的品质不好，所含成分不合格，也会加速磨损的发生。当气缸套温度低于140℃时，相当于柴油机出水温度低于 80～85℃区间，会产生不完全燃烧。不合格的燃料也会造成不完全燃烧，导致燃烧残渣多，形成后燃，会使排气温度逐渐升高，燃烧中会产生二氧化硫、三氧化硫和二氧化碳等物质，这些物质一旦遇到水蒸气，就会产生酸性物质腐蚀气缸套，在气缸套上形成粗糙的表面，再经活塞环的往复摩擦，气缸套表面会加速磨损。

日常运行中针对性措施有：使用合格的燃油，必要时，对燃油取样化验；保证机体在天气寒冷时的启机温度；启动后，对柴油机进行充分的预热，避免未完成预热就进入到工作状态。

2.9 进气滤器脏堵或损坏，坚硬颗粒进入燃烧室

柴油机进气滤器的过滤效果不佳或进气滤器后的管道密封不严，导致杂质颗粒随着进气被吸入燃烧室内，附着在气缸套的缸壁上，由于杂质的棱角不规则且锋利，形成了磨料磨损，造成了气缸套内壁的加速磨损。需定期对进气系统进行检查，并及时更换空气滤器。控制好进入气缸的“磨料”，能够延长柴油机使用寿命。

日常运行中针对性措施有：使用柴油机厂家生产或指定的空气过滤器；按照厂家维保手册定期更换空气滤器，根据实际情况，必要时缩短更换周期。

2.10 海上特殊环境或气缸垫损坏等原因，水分进入润滑油

由于海洋环境的影响，空气中湿度和盐度大，水蒸气极容易从曲轴箱呼吸口和进排气系统中气阀开启的气缸中进入润滑油。气缸垫损坏、气缸盖开裂，也可使水分进入润滑油中，导致润滑油粘度逐渐变小，启动柴油机后，因润滑油形成的油膜厚度不够而产生磨损。

日常运行中针对性措施有：柴油机定期进行试运行，利用柴油机产生的温度将润滑油预热，蒸发内部水分；设计建造初期，尽量使柴油机位于房间内或者干燥位置，如柴油机所处位置湿度较大，长期停运，需对进气滤器及曲轴箱呼吸口等易进入潮气部位进行有效防护；定期测定润滑油内含水量，定期对冷却水系统进行压力试验，查找漏点。

2.11 柴油机缸套水加热器损坏，启动处于低温状态

缸套水加热器能够为冷却水提供温度，冷却水温度的高低又会影响机体内润滑油系统的整体温度。所以低温条件下启动，润滑油粘度较高，流动性差，润滑油布油不均，使各运动零部件阻力增大，对各部件的磨损也最为严重．极易导致发动机启动困难、功率降低、燃料消耗量增加、动力性能下降。柴油机低温运行时，水温保持在50℃比在70℃时的磨损损量增加1.6倍，在25℃工作时磨损量增加5倍[4]。

日常运行中针对性采取的措施有：柴油机缸套水加热器一般用于维持最小的启动温度 45℃，如水温低于43℃以下，柴油机则很难启动。

2.12 燃油进入润滑油，粘度下降

燃油进入润滑油中，会导致润滑油粘度降低，闪点下降，润滑油形成的油膜变薄，摩擦部位磨损加快。燃油进入润滑油的主要原因是：喷油器上密封燃油与润滑油之间密封圈损坏，或喷油器耦件损坏，产生滴油现象。

日常运行中针对性措施有：保证燃油油箱液位始终低于机体上喷油器的位置；按照厂家维保手册上要求，定期对喷油器进行更换或者调校，保证喷油器的喷油压力和内部耦件的正常工作。

3 结 论

柴油机气缸套的磨损原因很多，这里只针对一些主要原因进行了分析，并针对这些主要原因采取相应的措施。根据这些措施，有针对性地避免柴油机日常管理和使用中的不足，并结合维修经验，定期更新设备的操作程序，制定合理的管理策略，不能一直沿用老方法、老程序。

针对不同机型和不同环境，需灵活制定不同管理策略和维保计划，才利于减少故障率，节约维修成本，提高设备的可靠性，延长设备的使用寿命。