关于SULZER主机缸套裂纹问题

关于SULZER主机缸套裂纹问题

随着柴油机技术的进步，SULZER主机有了革命性的改进，加入直流扫气形式的行列，但RTA主机生产并投入使用以来，时常发现燃烧室组件问题，尤其缸套异常裂纹故障，给船舶、船东公司和管理公司造成很大损失和困扰，制造商为此多次改进备件设计，缸套和冷却小水套改进最多，包括喷油嘴。局部热疲劳是导致裂纹的关键因素, 人员的操作和管理上的不当也是导致故障的重要原因。

柴油机工作中，气缸套在燃烧压力、内外温差、气缸盖螺栓预紧力的作用下，产生机械应力和热应力。分类如下：

( 1 ) 高频机械应力：由于周期性变化的气体压力，缸套承受高频机械应力；

( 2 ) 高频热应力：随着周期性气体温度的变化, 缸套承受高频热应力；

( 3 ) 低频热应力：随着柴油机使用中的起停，缸套承受低频热应力。

基于以上受力分析，船用气缸套大多采用耐热、耐磨合金铸铁，为了提高耐磨、耐蚀、耐热等性能，加入了硅、磷、硼、锰、铬、钼等元素。

为了耐磨，缸套内侧采用松孔镀铬。为了磨合，进行磷化处理，内表面波纹加工、粗珩油纹。缸套上部做出凸肩，用气缸盖螺栓将缸盖、缸套凸肩和缸体紧固在一起。缸套只有上部固定，下部可以因受热自由膨胀。缸套上部受到燃气高温、高压作用以及气缸盖螺栓紧固力的作用。当前船舶所使用的柴油机。全部为高增压。长冲程或超长冲程柴油机，缸套上部因组成燃烧室，所受到的热负荷和机械负荷很大。为了减少缸套上部的机械应力和热应力。降低缸套上部的温度，把缸套上部的凸肩做厚、做高，并在凸肩中钻孔冷却。钻孔是倾斜的，孔与缸套内表面的距离既要保证活塞环工作区有足够的低温以利润滑，又要防止温度过低因燃烧重油产生较重的腐蚀.

主机缸套裂纹分析:

1. 局部热疲劳: 仔细观察分析裂纹种类与分布，如裂纹都在同一个方向大约同一个位置出现具有一定的规律性且裂纹的位置正好被对面油头油嘴所指向，并沿缸套顶部径向和缸套内壁纵向发展。可以基本得出结论，即缸套的裂纹源于缸套局部热疲劳，而缸套的局部热疲劳是燃油长期喷溅燃烧产生的局部高温的结果。

产生局部热疲劳，必须有两个条件，热源和冷却，这就需要检查油头的雾化和缸套的冷却。根据裂纹规律，可以确定的是同时在相同位置产生的局部热疲劳和烧蚀是因为燃油喷在上面的结果。

推测的具体过程是：由于油头雾化不良，产生油雾和油滴，油滴穿透压缩空气，飞溅到缸壁和缸盖。产生局部过热。正常情况下燃油经油嘴喷射后会受到汽缸内压缩空气的阻力和气流的扰动不会直接喷在缸套和缸头上的，但是非正常情况下的不正常喷射就会发生上述情况。产生燃油喷溅则与燃油质量、油头本身状况及油头安装位置有关。

1）燃油的质量

如果燃油比重、杂质和其他有害成份多的话，就会使油头雾化不好，工作失常，而且细小的燃油颗粒带着燃油形成油柱不但不能雾化，而且由于其比重大会穿透压缩空气的阻力( 3 8 0 - - 4 0 0 B AR油头启发压力与汽缸内压缩空气压力6 O 一8 5 B AR之比) 到达缸套上沿在那里附着、燃烧。

另外，由于燃油杂质多，不但影响雾化还容易堵塞油嘴喷孔，检查中如发现油嘴上有坚硬的积碳在喷孔周围堆起，用榔头才能敲下。由于在油嘴喷孔周围堆起的坚硬的积碳改变了喷孔的方向，使燃油喷在缸头上再折射到缸套上，其方向也与缸套裂纹的位置相吻合。

燃油喷在缸头上造成缸头产生波浪型烧蚀，个别油嘴喷孔堵塞，使缸头冲刷烧蚀成沟槽。2）油头的工况

由于油头各部件的磨损造成漏泄也会在油头喷孔周围产生坚硬的积碳，从而改变喷孔的方向。同时也会造成启阀压力低，雾化不好使燃油喷在缸头上，进而导致与燃油质量问题相同的结果。

3）油头的安装位置

油头安装位置有偏差，同时会产生上述的情况进而导致相同的结果。而油头安装的位置偏差则与制造时的工艺及人员的操作有关。有些船员在安装油头时，加过铜垫，而这是不允许的，加过铜垫后，油头位置提高，更接近缸头，如果雾化质量不好，更加容易将燃油滴流到缸头和缸壁上，出现过热源。

2. 缸套冷却水系统原因：如起伏波动的冷却水温度；不当的冷却水质、水源和处理；冷却水量不足，如钻孔堵塞等；

3. 机器操作原因：粗暴操作，如加速过快；

4. 高变化的热负荷原因：如扫气不足或高温，主机过载；燃气下窜：如断环、过度磨耗和粘环等；以及副机反复跳电造成的负荷反复变化；

5. 部件设计、材料和安装原因：如低标准缸套工艺和材料，缸套无足够延展强度；缸套无充裕延展空间。

以上为常见的主机缸套裂纹原因，裂纹通常从水腔开始(包括缸套、缸盖、排气阀等各组件)，所以，当我们发现燃烧室内部出现裂纹时，实际上，水腔一侧往往已有较大裂纹损坏，才逐步扩展到燃烧室内部，直至缸套全部损坏。

缸套损坏的直接原因：

1. 船员操作方面：

(1)避免冷却水管理的错误操作，如：发现主机冷却水高温后(检修后忘记开阀、水泵故障或温度失控等)，调节失当导致主机快速降温；

(2)主机超负荷，如：备车暖机不足，港内加速过快

(3)汽缸油调整不当，导致活塞令和缸套磨损严重，初期磨合不当，为以后的管理增加了难度。

(4)没有做好扫气箱清洁，导致多缸活塞令卡死

(5)油头拆检、试验方法不规范，雾化效果无保障

厂家设计方面：

(1)缸套先后有三种冷却凸肩设计：LONGCOUAR，SHORT COLLAR A ＆B；

(2)冷却小水套两种设计：THINW ATERGUIDE JACKET和REINFORCED W ATER GUIDE JACKET。

厂商强烈建议立即更换新型加强冷却水套。

主机缸套裂纹的相关管理问题

船舶方面：

(1)事故或问题出现后，轮机长应立即将船舶不能确认的问题详细汇报公司，重点描述清楚，包括照片或草图，公司除机务人员经验本身，身后有非常宽广的技术、信息资源为依托，指导船员及时补救和解决疑难。

(2)接到公司指令后，轮机长应迅速落实和反馈，严格执行公司指令是避免事故发生或事故扩大. 的重要保证；