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大型二冲程柴油机气缸套磨损测量部位一般在说明书中均有明确规定和随机测量定位样板。测量时,只需将样板分别安装在气缸套首尾和左右方向即可依样板上定位孔测量各截面上相互垂直的2个直径。图8-4为Sulzer RTA38/48型二冲程柴油机气缸套测量位臵和样板。表8-3为MAN-B&W MC/MCE型柴油机气缸套磨损测量点的位臵,依此测量各点的直径或依此制作测量定位样板。
3)记录与计算:求出各截面的圆度并找出最大圆度;计算首尾、左右舷两个纵截面的圆柱度并找出最大圆柱度;计算内径增量。与上一次测量比较,确定两次测量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或标准比较,进而确定磨损程度。 1.2 气缸套磨损的修复
当气缸套磨损量不大,未超过说明书或标准,只是内圆表面有轻微拉痕或擦伤时,可在船上由轮机员自修:
1)轻微拉痕用粗粒度金刚砂磨石或砂纸打磨(与水平成20°~30°交叉打磨)形成交叉痕迹,拉痕也不必完全除去。
2)较大擦伤和缸套上部的磨台可镗缸消除;当擦伤较轻(深度< 0.5 mm)时用油石、锥刀、风砂轮等手工消除。
气缸套过度磨损或超过说明书或标准时,应拆下缸套送船厂修复,主要方法有:
1)修理尺寸法:首先在保证缸套壁厚强度的前提下镗缸,消除内圆表面几何形状误差和表面拉痕、擦伤、磨台等,然后依镗缸后的直径配制新的活塞组件,恢复气缸套和活塞之间的配合间隙。
2)恢复尺寸法:首先镗缸消除几何形状误差和表面损伤,根据缸套要求增加的厚度值选用镀铬、镀铁或镀铬十镀铁,也可以采用喷涂工艺,恢复气缸套原有缸径和气缸套与活塞之间的配合间隙。
气缸套修复后装机正常运转前必须进行磨合运转,按说明书或视修理状况进行。
※ 气缸套修复后装机正常进行前必须磨合运转。
2 气缸套裂纹的检修
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。气缸套裂纹大多数由于热疲劳和机械疲劳破坏造成。引起疲劳裂纹的原因与缸套的结构、材料、毛坯缺陷及维护管理等有关。在船上工作条件下往往维护保养不良管理不当是产生裂纹的直接原因。一般来说,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。常见的缸套裂纹部位主要有: 2.1 气缸套冷却侧裂纹
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在气缸套外表面上部支承凸缘的根部多发生周向裂纹,严重时扩展伸人到缸套内表面,即裂穿,甚至整个圆周上裂纹连通,造成支承凸缘以下部分缸套脱落的严重事故,如图8-5a)所示。例如国产9ESDZ43/82型柴油机、B&W型高增压柴油机气缸套均有此种损坏。
产生裂纹的原因多为设计不合理,如图8-5a)即是由于设计时支承力点布臵不当致使缸套受力后在支承凸缘的根部产生过大的弯曲应力,加上凸缘根部圆角处的应力集中,使缸套不可避免的产生裂纹。目前,通过改变支承力点位臵或减小弯矩、增大凸缘根部圆角半径和控制气缸盖螺栓预紧力等措施均使裂纹情况得到改善。
柴油机气缸套冷却水侧因流道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,再加上流道圆根处的应力集中使缸套冷却侧上部产生裂纹并向内表面扩展,造成缸套上部纵向裂纹,如图8-5b)所示。
此外,如果二冲程柴油机气缸套有内铸冷却水管,会产生纵向裂纹,甚至裂穿至内表面。这是由于铸造缸套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。 2.2 气缸套内表面裂纹
二冲程柴油机气缸套内表面上部纵向裂纹或龟裂严重时会扩展到冷却侧。当气缸套冷却侧结垢较厚或有死水区时,会使缸套局部过热或是过大交变热应力引起热疲劳裂纹,裂纹始于缸套内表面,经较长时间运转后裂穿。另外,如果燃油粘度过高,喷射压力较大,使燃油喷射距离加长,炙热的火焰侵袭缸套内表面造成局部过热,如图8-6a)。
气缸套排气口附近裂纹是由于排气温度过高,排气口附近金属过热导致;拉缸使缸套内表面产生纵向裂纹,气口处产生裂纹,如图8-6b)所示。 2.3 缸套裂纹的修理
航行期间缸套裂纹不太严重且较为分散时,可采用波浪键和密封螺丝扣合法修理,效果较好。例如某轮气缸套内表面有两条约260mm纵向裂纹,采用此法修理使用2年以上。当裂纹较严重或已裂穿,则应换新,航行中缸套裂纹又无备件时,可采用封缸措施实行减缸航行。
3 拉缸
拉缸是柴油机活塞组件与缸套配合工作面相互剧烈的作用(干摩擦),在工作表面产生拉毛、划痕、擦伤、裂纹或咬死的损伤现象。它是在有润滑条件下的程度不同的粘着磨损。拉缸轻时使缸套、活塞组件受损,严重时造成恶性机损事故。近年来,随着柴油机增压压力和单缸功率的提高,缸套和活塞组件的热负荷和机械负荷大增,再加上高粘度劣质
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燃油的使用等使拉缸更易发生。 3.1 拉缸的主要症状
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——因为气缸内摩擦功大增;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使燃气泄漏以致着火;4)排烟温度、冷却水温度和润滑油温度显著升高;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;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。 3.2 拉缸种类
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转以后。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面。
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、磨损和气缸套内上止点附近壁面严重磨损及气口筋部裂纹。铸铁缸套与铝合金活塞发生拉缸时,可使活塞材料熔化并与缸套表面焊接。 3.3 拉缸的原因
根本原因是工作表面间的油膜变薄或遭到破坏。其工艺原因是
1)材料不匹配,如镀铬环与镀铬缸套不匹配; 2)活塞环断裂; 3)磨合质量不好;
4)润滑、燃烧和冷却不良
5)缸套和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;新造或经修理的气缸套内表面粗糙度应符合下列要求:高速柴油机 不超过Ra0.8μm;中速柴油机 不超过Ra1.6μm;低速柴油机 不超过Ra3.2μm;
6)活塞运动装臵对中不良;新造柴油机活塞运动装臵与气缸套对中性差,即安装精度低,或者由于长期运转导板、滑块、轴承等磨损破坏了活塞运动部件在气缸中的正确位臵,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。
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
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动部件在缸中倾斜,往复运动时产生摆动敲缸,破坏油膜,产生拉缸。
3.4 防止拉缸的工艺措施
1)保证装配质量,活塞运动装臵对中良好:要保证新机在船上的安装质量,使具有要求的配合间隙值;运转中的柴油机应加强维护管理,减少导滑板、轴承等的磨损和定期检测及时发现失中现象。
2)缸套内表面采用波纹加工或珩磨加工,得到合适的粗糙度,而且形成沟纹交错的网状,减少活塞环与气缸套接触面积,提高单位面积压力,加快磨合;因可储油,减少拉缸。一般大型柴油机气缸套采用波纹加工,中小型柴油机气缸套采用珩磨加工或振动加工。大型气缸套波纹切削使表面呈波纹状,然后再进行珩磨加工把波纹顶部磨去15%,使磨合效果更佳,拉缸发生率大大降低,如图8-7所示。
3)缸套内表面强化处理,采用松孔镀铬、喷钼、离子氮化等工艺,提高缸套内表面耐磨性、抗咬合性以减少或防止拉缸;
4)活塞环外表面强化处理,镀锡、铅、锌等在活塞环外表面镀覆一层5μm~10μm金属,可加快磨合,提高密封性、减少窜气和油膜破坏;采用喷钼,改善抗咬合性和耐磨性。 3.5 拉缸的应急措施
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、海况、海域或航道情况、柴油机结构特点等依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——咬缸或自动停车,而距目的港较远,但海面平静时可吊缸修理;若无备件可采用完全减缸航行。
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