船用柴油机汽缸套穴蚀的预防

单体忠

摘要：本文分析了船用柴油机气缸套穴蚀的危害、发生的部位以及影响因素，并提出了多方面的预防措施，供船舶轮机管理人员参考、选用，以图减少船用柴油机气缸套免遭穴蚀侵害，以延长船用柴油机气缸套使用寿命，提高船舶柴油机的可靠性，从而提高船舶安全性。

关键词：气缸套;穴蚀;预防

中图分类号：U672.2                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）06-0159-02

0  引言

在船用中速柴油机和高速柴油机当中，气缸套穴蚀是普遍存在的严重问题，它严重影响着柴油机的气缸套的使用寿命和整台柴油机可靠性，甚至影响到船舶航行安全。所以有必要对船用柴油机气缸套的穴蚀现象进行研究，以采取适当预防措施，以延长气缸套的使用寿命进而提高柴油机的可靠性。

1  船用柴油机气缸套穴蚀的特征及危害

气缸套穴蚀的又叫气缸套空泡腐蚀或气缸套气蚀，船用气缸套穴蚀的特征：是在气缸套外圆表面上局部区域形成聚集的小孔群成分散状或蜂窝状，小孔直径可达1-5mm，腐蚀严重的，也可达到30mm，深度因腐蚀程度不同，可达2-3mm，直至更深，甚至把整个气缸缸壁穿透，如此，必将带来严重危险。船用气缸套穴蚀的危害：这不仅将造成缸套的寿命缩短，强度降低。而且还会带来更严重的情况：一旦穴蚀穿透气缸套缸壁，会造成汽缸漏气，使汽缸套报废，这不仅影响到柴油机气缸套的使用寿命，还影响到柴油机的可靠性，如在航行大风浪天，恰遇气缸套穴蚀缸壁穿透漏气，将直接危及到船舶及航行安全，甚至是财产和人命安全。

2  船用柴油机气缸套穴蚀的概念及发生部位

概念：穴蚀是液力机械或机件与液体之间存在相对高速时，在机件表面上产生破坏的现象。气缸套穴蚀：气缸套的外圆表面和缸套冷却水之间存在相对高速时，在气缸套的外圆表面上产生的破坏气缸套的现象。

发生部位分析：

①从气缸套受力情况分析来看，气缸套穴蚀的发生部位主要有以下几个部位：

1）四冲程柴油机气缸套外圆表面;对于四冲程柴油机和二冲程柴油机相比，气缸套穴蚀的发生较为严重的是筒形柴油机汽缸套或者说是四冲程柴油机气缸套，因为是冲程柴油机气缸套在工作时比二冲程柴油机承受的侧推力大得多，振动就大，易产生穴蚀。而二冲程柴油机汽缸套因侧推力极小，且转速低，振动轻。基本不发生穴蚀，所以本文重点讨论四冲程柴油机汽缸套穴蚀）。

2）四冲程柴油机气缸套外圆表面的左右两侧：由于四冲程柴油机汽缸套承受活塞的侧推力，所以它的左右方向比前后方向振动格外剧烈，气缸套的外圆表面和缸套冷却水之间存在高频速度变化，出现高速，这就导致左右方向外圆表面穴蚀比前后方向穴蚀严重。

3）四冲程柴油机气缸套外圆表面的承受膨脹冲程侧推力的一侧：同理在左右方向上，左右两侧的穴蚀情况也不尽相同，这是因为膨胀冲程侧推力比压缩冲程侧推力要大，所以承受膨胀冲程侧推力的一侧，要比承受压缩冲程侧推力的一侧振动剧烈，穴蚀更严重。

4）四冲程柴油机气缸套外圆表面左右两侧的上半部分：由于气缸内压缩终点压力比压缩初期压力高，气缸内膨胀初期压力比膨胀末期压力高，而压缩终点和膨胀初期都在气缸的上部，所以气缸套上部振动大，上部外圆表面穴蚀比下部外圆表面穴蚀更为严重。

②另外从气缸套冷却水的流动速度方面分析，液体流动速度高的部位易产生穴蚀，所以对于缸套来讲，每个缸气缸套冷却水腔中，对着冷却水进口处的地方和水流转弯处、和水腔中流道变窄处所对应的汽缸外圆表面上，水流速度会升高，更容易发生穴蚀;而其穴蚀深度不及气缸套上部，因侧推力的振动引起的气缸套穴蚀更严重。

总之，四冲程柴油机气缸套上部左右两侧外圆表面上半部分穴蚀最为严重，因穴蚀而穿透气缸套的现象，多发生在四冲程柴油机气缸套上部左右两侧。如图1。

3  船用柴油机气缸套穴蚀产生影响的因素

影响气缸套穴蚀的因素是多方面的，包括柴油机的机型、结构、柴油机的运行工况和柴油机冷却水腔的结构、冷却介质的类型、冷却介质的化学成分、以及柴油机的设计工作参数等。

①柴油机的机型：前面讨论过，四冲程柴油机气缸套因承受侧推力，而比二冲程柴油机气缸套穴蚀严重，高速柴油机机要比低速柴油机振动剧烈，气缸套穴蚀严重;最高爆炸压力高的柴油机，要比最高爆炸压力低的柴油机，更易产生穴蚀。

②柴油机的结构：对于四冲程筒形柴油机结构而言，短冲程的比长冲程的侧推力大，振动剧烈，气缸套穴蚀严重。气缸套的刚度小，振动就大，更容易产生穴蚀。

③柴油机的运行工况：1）柴油机频繁启停、频繁变速、频繁变负荷运行，甚至超速超负荷运行，要比在额定负荷内稳定运行，振动剧烈，气缸套穴蚀严重;2）柴油机长时间使用后，活塞和缸套之间的配合间隙逐渐增大，甚至超过说明书的要求，这样柴油机运行时，工况变差，活塞会撞击缸套加剧，使缸套振动加剧，从而加剧了气缸套穴蚀的产生。

④柴油机冷却水腔的结构：冷却水腔宽敞、水流平稳，冷却水进出冷却腔的通道顺畅可以减少气缸套穴蚀的产生，反之冷却水腔狭窄、水流急转，流速变高，进出口处太窄小，水流不顺畅，导致冷却水流速忽高忽低，这就导致了冷却水和气缸套外圆工作表面之间，在相对速度较高处，容易发生气缸套穴蚀;所以柴油机设计时要求冷却水腔宽度t=14%D（D是气缸套的内部直径）或大于等于10mm。冷却水进出冷却腔的通道也足够畅通。

⑤船用柴油机气缸套冷却介质多为淡水，因其冷却效果较好。而淡水易产生穴蚀。

1）缸套冷却水的温度对穴蚀的影响：试验证明冷却淡水的温度在50-60℃时易产生气缸套穴蚀，适当提高冷却水的温度可以有效的降低气缸套穴蚀，当冷却水接近沸腾时，易产生气泡，气泡在柴油机振动时会破裂，破裂后水滴会击打缸套外表面，这样在水滴反复击打的气缸套外表面上就极易产生穴蚀，所以冷却水出口温度控制在90℃左右为宜。

2）缸套冷却水的压力对穴蚀的影响：为适当提高冷却水温度，还可以适当提高冷却水的压力，冷却水的压力升高，可以使其沸腾温度高于100℃，这就减少了气泡的产生，在一定程度上抑制了气缸套穴蚀的发生。但冷却水压力太高，必然会导致力冷却水在狭窄通道和水流急转处，流速变高，这又会导致穴蚀的可能性变高。

3）缸套冷却水的质量对穴蚀的影响：按照说明书的要求，适时适当的对缸套冷却水进行化验，及时投药处理，调整冷却水的组成成份，降低冷却水的腐蚀性能，提高冷却水的防腐，防穴蚀能力。冷却水处理剂中，无论是乳化油缓蚀剂还是被摸缓蚀剂，倒入冷却水中，会在接触冷却水的气缸套外圆表面上形成连续的一层保护膜，这层保护膜既可以减少电化学腐蚀，也可以减少气缸套空泡腐蚀，也就是减少气缸套的穴蚀。

4  船用柴油机汽缸套穴蚀的预防措施

①从选用柴油机方面讲：可选用二冲程机、低速机的，就不选用四冲程机、中速机或高速机，可以减少缸套的穴蚀。

②从设计方面来讲：

1）尽量使冷却腔流道顺畅，避免冷却水流道流通面积忽大忽小、急转等现象，以减少穴蚀的发生。

2）可设计制造最高爆炸压力较低，适当提高平均指示压力的柴油机，以减少振动，从而减少气缸套的穴蚀。

3）提高缸套的刚度，具体措施有：a、可以增加缸套的厚度，以提高气缸套的刚度，减少刚套的振动（但这将会增加缸套的热应力）预防气缸套的穴蚀;b、也可以对缸套采用薄壁强背、钻孔冷却结构，这种结构既提高了柴油机气缸套的刚度，减少了振动，减少了气缸套的穴蚀，还加强了冷却;c、采用在缸套外圆面增加支撑，提高缸套的刚度，减少缸套的轴向自由间距，从而减少气缸套的振动，以减少气缸套的穴蚀。

4）提高缸套自身的抗穴蚀能力：采用抗穴蚀能力强的材料（球墨铸铁）制作缸套，可以减少气缸套的穴蚀。

5）也可以在缸套外圆表面进行加工或热处理，例如：使表面光洁、对表面进行渗碳处理、镀铬处理、或者涂上环氧树脂、喷陶瓷、上尼龙等，把汽缸套和冷却水隔开，提高气缸套外圆表面的耐腐蚀能力，可以预防气缸套穴蚀。

6）在冷却水腔内安装锌块，进行阴极保护，也可以直接把锌块安装在刚套外圆面上，并定期检查锌块的腐蚀程度，及时更换锌块，这样既能防止电化学腐蚀，又能防止穴蚀。

③从使用管理方面讲：

1）及时吊缸检修，保证活塞和缸套之间配合间隙符合说明书的要求，减少活塞撞击缸套的力度，即减少了气缸套的穴蚀。

2）尽量避免频繁启停柴油机，尽量避免频繁变速变负荷运行、杜绝超速超负荷运行，尽量使柴油机运行在平稳的工况下，这样不仅可以预防柴油机气缸套穴蚀，还可以避免柴油机过度磨擦磨损等多方面的事情发生。

3）根据说明书的要求，控制冷却水的温度、压力在合适的范围内，不可过高过低、忽高忽低，可减少柴油机汽缸套的穴蚀。

4）及时对冷却水进行化验并投药处理，使水质符合说明书的要求，改善冷却水的质量，不仅可以有效的防止冷却水腔结垢和腐蚀，也可以有效的减少柴油机汽缸套的穴蚀。

5  结论

在实际管理工作中，可以根据船舶柴油机的类型、工况等实际情况，选择具体的、切实可用的、符合本机型特点的气缸套穴蚀预防措施，切实有效的维护好船舶柴油机，使其气缸套免遭穴蚀的侵害，以延长船用柴油机气缸套使用寿命，提高船舶柴油机的可靠性，从而提高船舶安全性;这是我们轮机管理人员应该做到的基本的管理工作。

参考文献：

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