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1、-第二节 气缸套的检修-第 8 页第二节 气缸套的检修 目前，船用大型低速二冲程柴油机主要采用长冲程或超长冲程直流扫气的换气形式，其气缸套较长(S/D=2.5-4.2，S为冲程，D为缸径)，中下部有一圈气口；老式弯流扫气的气缸套下部有两排气口。四冲程柴油机简形气缸套结恼简单，有干式、湿式之分。 气缸套是柴油机重要而又易于损坏的零件。气缸套上部内表面是燃烧窒的组成部分，直接受到燃气的高温、高压和腐蚀作用，与活塞组件的相对运动使其承受侧推力和强烈地摩擦，气缸套外圆表面与气缸体内壁组成冷却水腔，受到穴蚀和电化学腐蚀作用。 常见的气缸套损坏形式有:内圆表面的磨损、腐蚀、裂纹和拉缸;外圆表面的穴蚀和裂纹
2、。 根据中国船级社对营运船舶保持船级的特别检验要求，对船舶主、副柴油机气缸套进行打开检验;柴油机说明书维修保养大纲要求8000h对气缸套进行一次检修，此外每当吊缸时均应检测气缸套的损坏情况。一、气缸套磨损检修 新造气缸套内孔具有一定的尺寸精度、几何形状精度和粗糙度等级。一般几何形状的加工误差，如圆度误差和圆柱度误差应在0.015-0.045mm以内，粗糙度在Ra0.4-Ral.6m之内。气缸套安装到气缸体上后几何形状误差增大，圆度误差和圆柱度误差应控制在0.05mm以内。柴油机运转时，活塞运动部件在缸套内作往复运动使缸套内圆表面产生不均匀磨损，壁厚减薄，圆度误差和圆柱度误差大大增加。通常，当缸
3、套磨损最超过(0.4%-0.8%)D(D为缸径)时，燃烧窒就失去密封性。所以，气缸套过度磨损会使其工作性能变坏，柴油机功率下降和导致其他零件的损坏。 轮机员应该依照说明书的要求和柴油机的运转情况对气缸套磨损进行检测，掌握和控制气缸套磨损状况，防止发生过度磨损。气缸套内孔磨损标准如表8-2所示。 CB/T 3503-93 表8-2 气缸套内孔磨损极限（mm）气缸套内径内径增量圆度、圆柱度85-200200-300300-400400-500500-600600-700700-800800-900900-10001000-11000.75 大型低速柴油机铸铁气缸套的正常磨损率应小于0.1mm/kh
4、，镀铬气虹套正常磨损率在0.0l-0.03mm/kh范围之内。 目前，无论是在船上还是在船厂检测气缸套内圆表面的磨损情况均是利用一般的量具，如内径千分尺、内径百分表或随机专用内径百分表。通过测量缸径和计算圆度误差、圆柱度误差或内径增量，磨损率并与说明书或有关标准进行比较，最后作出能否继续使用的判断。 1）测量部位 测量气缸套内径是在沿气缸套纵向几个确定的测量点的横截面上测量首尾方向（y-y，即平行曲轴方向）和左右方向(x-x，即垂直曲轴方向)的气缸直径，如图8-4所示。 中、小型四冲程筒形活塞式柴油机如无测量用的定位样板又缺少说明书等资料时，可参考以下四个位置进行缸套磨损测量。(1)当活塞位于
5、上止点时，第一道活塞环对应的缸壁位置;(2)当活塞位于行程中点时，第一道活塞环对应的缸壁位置;(3)当活塞位于行程中点时，末道刮油环对应的缸壁位置；(4)当活塞位于下止点时，末道刮油环对减的缸壁位置。 还可以根据气缸套磨损规律在以下部位测度缸径: (1)活塞位于上止点时，第一道活塞环对应的缸壁位置; (2)第一道环分别在活塞行程的10%、50%和100%的位置; (3)第一道环在距气缸套下端5-l0mm的位置。 除上述规定点外，还可依气缸套长短和要求，在气缸套上适当部位增加测量点。 大型二冲程柴油机气缸套磨损测量部位一般在柴油机说明书中有明确规定，并有随机测量用的定位样板。测量时，只需将样板分
6、别安放在气缸套的首尾方向和左右方向的位置上，依样板上的定位孔确定的各测量截面，测量其相互垂直的两个缸径。图8-5为Sulzer RTA38/48型二冲程柴油机气缸套测量位置和定位样板。表8-3为MAN-B&WMC/MCE型柴油机气缸套磨损测量点的位置，依此可测量缸套各点的直径，或依此制作测量定位板板。 2)测量、记录与计算 测量时应准确记录各测量点的数据，依此数据计算出各横截面的圆度并求出最大圆度;计算出首尾、左右两个纵截面的圆柱度并找出最大圆柱度;计算出内径增量;与上一次测量比较，确定两次测最的间隔时间以便计算出这一段时间内缸套的磨损率。 将计算出的最大圆度、最大圆柱度或最大内径增量与说明书
7、或标准比较，以确定磨损程度和修理方案。 1)轮机员自修 当气缸套磨损后各项指标均末超过说明书或标淮的要求，只是气缸套内圆表面有轻微拉痕或擦伤时，可在船上由轮机员自修予以修复。 (1)轻微纵向拉痕(宽0.2%D、深0.05%D数量3条，D为缸径)可用砂纸或油石打磨，使拉痕表面光滑后继续使用。当气缸套内圆表面纵向拉痕超过上述规定时，则应送厂采用机加工方法予以消除或减轻。 (2)较轻擦伤(深度0.5mm)时可采用油石、键刀或风砂轮等手工消除，使表面光滑后继续使用。 2)造船厂修复 气缸套产生较大拉痕、擦伤、磨台和过度磨损时应拆下气缸套送船厂修复，主要方法有: (1)镗缸修复 气缸套内圆表面产生较大拉
8、痕、擦伤和磨台，或者气缸套的圆度、圆柱度超过标准，但内径增量尚符合标准时，采用机械加工(即镗缸)方法消除表面损伤和几何形状误差但镗缸后的内径增量仍应在标准之内。 (2)修理尺寸法 当气缸套内径增量超过标准时，在保证气虹套壁厚强度的筋提下进行镗缸，消除气缸套内圆表面的几何形状误差和拉痕、擦伤、磨台等损伤，再依镗缸后的缸径配制新的活塞组件，以恢复气缸套与活塞之间的配合间隙。 (3)恢复尺寸法 当气缸套内径增量超标时，先镗缸消除气缸套内圆表面的几何形状误差和表面损伤，再根据气缸套壁厚要求增加的厚度可选用镀铬、锻铁或镀铁加镀铬的工艺，也可采用喷涂工艺，恢复气缸套原有的直径和与活塞之间的配合间隙。 气缸
9、套修复后装机正常运转前必须进行磨合运转，按说明书要求或视修理状况进行。 二、气缸套裂纹的检修 柴油机气缸套裂纹损坏虽然比气缸套过度磨损的数最少，但在大缸径、强载的中、低速柴油机的气缸套中是常见的损坏形式。气缸套裂纹大多为热疲劳和机械疲劳等破坏。引起疲劳裂纹的原因与气缸套的结构、材料、毛坯缺陷及维护管理等有关。在船上工作条件下，维护保养不良、管理不当往往是产生裂纹的直接原因。一般来说，气缸套裂纹总是发生在结构设计不合理、强度较差和有应力集中的部位。常见的气缸套裂纹部位主要有， 在气缸套外表面上部支承凸缘的根部多发生周向裂纹，严重时扩展到气缸套内表面，即裂穿，甚至整个圆周上裂纹连通，造成支承凸缘以
10、下部分气缸套脱落的严重事故，如图8-6（a）所示。国产9ESDZ43/82型柴油机、B&W型高增压柴油机气缸套均有此种损坏。 产生这种裂纹的原因多为设计不合理，支承力点布置不当，致使气缸套受力后在其支承凸缘根部产生过大的弯曲应力，加之，凸缘根部过渡圆角太小引起应力集中，在气缸套凸缘根部必然产生裂纹。后经过改进，即改变文承力点位置，减小或消除弯曲应力、增大凸缘根部圆角半径和控制气缸盖螺栓预紧力等措施，使气缸套产生此种裂纹的情况得到改善。 气缸套冷却侧因流通设计结构不良使冷却水流速过高，局部过度冷却引起过大的热应力，再加上流道圆根处如有应力集中，在气缸套冷却侧就会产生裂纹，并向内圆表面扩展，造成气
11、缸套内圆表面上部产生纵向裂纹，如图8-6(b)所示。 此外，当二冲程柴油机气缸套有内铸冷却水管时，会产生纵向裂纹，甚至裂至内圆表面。这是由于气缸套铸造时，内铸冷却水管与气缸套之间熔合不良或因冷却水压力波动，也可能因冷却水处理不佳发生腐蚀等导致。 目前，新式二冲程柴油机的气缸套均为钻孔冷却，冷却效果好，热应力很小，能有效地防止裂纹的产生 二冲程柴油机气缸套内圆表面上部纵向裂纹或龟裂严重时会扩展到冷却侧。这是由于冷却水侧结垢较厚或有死水区时，会使气缸套局部过热产生裂纹，或者由于过大的交变热应力引起的热疲劳裂纹。裂纹始于气缸套内圆表面，经过较长时间后裂穿。此外，如果燃油粘度过高或喷射压力较大，使燃袖
12、喷射距离加长，炽热的火焰侵袭气缸套内圆表面造成局部过热时，也会使气缸套内圆表面上部产生裂纹，如图8-7（a）。 气缸套排气口附近的裂纹是由于排气温度过高，排气口附近金属过热所致。此外，拉缸会使内圆表面产生纵向裂纹和气口处产生裂纹，如图8-7(b)。 航行中气缸套内表面产生有一定间隔的少量纵向裂纹的，可采用波浪键和密封螺丝扣合法修理，效果较好。例如某轮主柴油机2号缸的气缸套内圆表面产生2条长约260mm的纵向裂纹，采用此法修理后使用2年以上。当裂纹较严重或己裂穿时，则应换新气缸套。航行中气缸套裂纹严重又无备件时，采用封缸措施实行减缸航行。三、拉缸 拉缸是柴油机活塞组件与气缸套配合工作表面相互剧烈
13、作用(产生干摩擦)，在工作表面上产生过度磨损、拉毛、划痕、擦伤、裂纹或咬死的现象，拉缸是在有润滑条件下产生的不同程度的粘着磨损。拉缸轻时，使气缸套、活塞组件受损，严重时会造成咬缸的恶性机损事故。近年来，随着柴油机增压压力和单缸功率的提高，气缸套和活塞组件的热负荷和机械负荷增加，再加上柴油机燃用高粘度劣质燃油等使拉缸事故更易发生。 (1)柴油机运转声音不正常，发出吭吭声或嗒嗒声; (2)柴油机转速下降乃至自动停车因为气缸内磨擦功大增; (3)曲柄箱或扫气箱冒烟或着火由于缸套和活塞组件温度升高，使曲柄箱或扫气箱空间加热，油或积油蒸发成油气，当活塞环粘着或断环失落时使燃气泄漏以致着火; (4)排烟温
14、度、冷却水温度和润滑油温度均显著升高； (5)吊缸检查可以发现气缸套和活塞环、活塞工作表面呈蓝色或暗红色，有纵向拉痕；气缸套、活塞环，甚至活塞裙异常磨损，磨损量和磨损率很高，远远超过正常值。 一般柴油机拉缸事故多发生在运转初期的磨合阶段和长期运较以后。根据拉缸发生的时间和损伤特点分为以下两类， 1）柴油机运转初期的磨合拉缸 这种拉缸事故发生在新造或修理后的柴油机磨合阶段，损伤部位在气缸套和活塞环工作表面，严重时波及活塞裙外表面。有关磨合拉缸的问题已在第二章介绍，不再多述。 2）柴油机运转中的拉缸 这种拉缸事故发生在柴油机稳定运转较长时间(数千小时)以后，拉缸使活塞裙外表面烧伤、磨损和气缸套内上
15、止点附近壁面严重磨损及气口筋部裂纹。铸铁气缸套与铝合金活塞发生拉缸时，可使活塞材料熔化并与气缸套表面焊接。 柴油机拉缸事故的根本原因是气缸套与活塞环工作表面间的油膜变薄或遭到破坏所致。当油膜变薄或局部破坏失去油膜时，使气缸套和活塞环配合表面的金属直接接触，发生粘着磨损，进一步发展和恶化即形成严重的拉缸事故。 使润滑油膜变薄和破坏的因素较多，除润滑油品质不佳、供油不足或中断、气缸套冷却不良缸壁过热、超负荷等因素外，柴油机制造与安装精度和使用中的精度降低也是不容忽视的重要原因。所以，还应从工艺上分析产生拉缸的原因。 1）气缸套与活塞环工作表面的粗糙度不合适容易引起运转初期的磨合拉缸 气缸套和活塞环
16、的表面粗糙度对磨合过程有很大影响。表面初始粗糙度等级过低，表面太粗糙难以在较短的时间内完成良好的磨合;若表面初始粗糙度等级过高，表面太光洁，难以存油而使金属直接接触，造成粘着磨损。新造或经修理的气缸套内表面钮糙度应行合下列要求: 2)活塞运动装置对中不良引起拉缸 新造柴油机活塞运动装置与气缸套对中性差，即安装精度低，或者由于长期运转使导板、滑块、轴承等磨损破坏了活塞运动部件在气缸中的正确位置，致使柴油机运转中活塞在气缸中往复运动时产生摆动和敲击气缸，油膜被破坏导致拉缸事故。例如某油轮主机修理后试车时发生第一、五缸拉缸事故，起因是活塞运动装置对中不良。表8-4示出第一、五缸活塞与气缸套间隙测量值
17、。分析数据可以看出，该简状活塞式柴油机的第一、五缸首尾方向上出现零值，表明活塞在气缸中向首端倾斜。 表8-4 活塞与气缸套间隙（mm）缸号第一缸第五缸测量部位首尾首尾上止点上下 0 0下止点上下 0 活塞与气缸之间的配合间隙反映二者的对中情况，配合间隙过大、过小或分配不均都会导致拉缸。间隙过大，运转时产生燃气下窜，破坏油膜:间隙过小，金属直接接触甚至粘着，当活塞往复运动时产生拉缸;间隙分布不均，活塞运动部件在缸中倾斜，往复运动时产生摆动敲缸，破坏抽膜，产生拉缸。 1)保证活塞运动装置良好的对中性 新机在船上安装时应保证安装质量，保证活塞运动部件与固定件之间要求的配合同隙符合说明书或规范要求，从
18、而使其具有良好的对中性。运转中的柴油机应加强维护管理，减少导板、轴承等的磨损，加强定期检测及时发现失中现象，防止由于对中不良导致拉缸。 2)气缸套内圆表面采用波纹加工或衍磨加工 采用波纹加工或珩磨加工气缸套，不仅使其内圆表面具有合适的粗糙度，而且在表面上形成网状沟纹。这种网状沟纹的表面减少了活塞环与气缸套的接触面积，提高了单位面积压力，加速磨合;由于沟纹可以贮油，有利润滑，尤其缺油时沟纹内的油可以补充，从而可以防止拉缸的产生。通常大型柴油机气缸套采用波纹加工，首先进行波纹切削，便表面呈波纹状，然后再进行珩磨，将波纹顶部磨去15%，这样的表面结构磨合效果更佳，拉缸发生率大大降低，如图8-8 所示
19、。中、小型柴油机气缸套则采用珩磨加工或振动加工，以形成良好的抗拉缸表面。 3）气缸套内圆表面强化处理 气缸套内圆表面采用松孔镀铬、喷钼、离子氮化处理等工艺来提高表面的耐磨性、抗咬合性，以提高缸套的抗拉缸性能。 4）活塞环外表面强化处理 采用镀锡、镀锌、镀铅等工艺，在活塞环外表面上镀覆一层5-lOm的金属，可加快活塞环与缸套的磨合，提高配合面的密封性，减少由于窜气破坏油膜引起的拉缸事放。沿塞环外表面喷钼，可以提高抗咬合性能和提高耐磨性;因为钼的熔点高达2640C和喷铝层多孔且孔分布均匀，贮油性好。 航行中，柴油机一旦发生拉缸事故，轮机员应沉着冷静地分析情况，积极设法采取可行的应急措施。根据拉缸程度、情况、海域或航道情况、柴油机结构特点等按说明书指导或自行决定应急措施。例如，当拉缸尚不严重，海面情况不允许停车检修或者距目的港(或任何港口)较近时，可采取简单的减缸航行措施;拉缸较为严重发生咬缸或自动停车时，虽距目的港较远，但海面平静则可停车吊缸修理；若无备件，可采用完全减缸航行。