船舶柴油机在船舶航行过程中处于高负荷状态。在此情况下, 主机缸套作为船舶柴油机燃烧室的重要部件

也需要承受较大的负荷。由于机械负荷、热负荷、冷却不佳、备件质量差等原因, 主机缸套裂纹时有发生

, 这不仅影响到柴油机的工作效率, 还影响了船舶安全, 造成船期延迟, 增加了备件费用, 给船舶、船东

公司和管理公司造成很大损失。笔者以自身在船工作实践为基础, 就某船舶缸套裂纹故障进行实例分析,

提出解决办法以及相关注意事项, 为船舶操作人员提供参考。[1]

1 故障现象
某轮为韩国现代船厂2007年造18万吨级散装船, 主机型号为HYUNDAI-MAN B&W 6S70MC。笔者在该轮任职期

间, 该轮NO.5、NO.3等两个气缸接连出现缸套裂纹故障, 且裂纹形状与位置基本相似。

该轮在下水后第三个月NO.5缸出现裂纹, 主机淡水压力与正常相比有较大波动。膨胀水箱有水蒸气冒出,

水箱水位下降比平时明显, 每小时补水100-160ml;NO.5缸排气温度比平均值低27℃, 扫气温度比平常低6

℃, 淡水温度比平均值低4℃;扫气箱放残检查阀有水流出, 扫气箱放残柜高位报警时间比以前短;主机转

速HALF (半速) 时, NO.5缸排气温度逐渐下降, 开启示功阀有大量水雾吹出。轮机员立即通知轮机长, 并

与驾驶台联系停车;检查NO.5缸后部时, 发现有大量水从缸套顶部流出, 水被气流吹成水雾;待主机完全停

下, 经吊缸检查, 发现冷却水套有一道自上而下长约10mm的贯穿裂纹, 进一步检查发现, NO.5缸缸套凸肩

处自缸套上沿有约50mm的裂纹, 裂纹自缸沿直角处开始向纵深方向发展。

该轮时隔6个月后NO.3缸出现裂纹, 此时主机淡水压力、膨胀水箱水位、扫气箱放残检查阀、扫气箱放残

柜高位报警时间与上述NO.5缸发生裂纹时情况相同。略有不同的是, NO.3缸排气温度正常, 扫气温度比其

他缸低3-4℃, NO.3缸淡水温度比其他缸高2-3℃;主机转速HALF (半速) 时, NO.3缸不能发火, 开启示功

阀时有大量水雾吹出, 膨胀水箱泄露严重, 来不及补水。

2 故障原因分析
通过检查发生裂纹的缸套, 发现裂纹缸套内壁无烧蚀现象, 活塞与缸套之间配合、润滑良好, 磨损率正常

, 基本可以排除烧蚀与润滑不良导致裂纹。缸套裂纹都发生在缸套上端凸缘处, 离喷油器较近, 不利于冷

却, 基本可以判定由于缸套负荷过大原因所致。此船近两年已经以90r/min的转速运行, 功率只有额定功

率的70%左右, 缸套的机械负荷也大大降低, 可以排除裂纹是机械负荷过大导致。

根据裂纹位置位于不利于冷却的凸肩处和高温的喷油器附近, 结合上述分析, 可以判定是热负荷过高导致

。热负荷过高主要原因是缸套温度高, 冷却效果不佳。

(1) 温度过高。经过检查发现, 缸套进气道脏堵, 增压器涡轮处积碳较多, 喷嘴罩烧蚀, 转子烧蚀比较严

重, 增压器效率大大降低。[2]增压器效率降低会导致扫气压力降低, 燃油不完全燃烧, 后燃期变长, 排

烟温度随之升高。燃油的不完全燃烧又使增压器污染, 进一步降低了增压器的效率, 船舶降负荷运行, 缸

套的温度不降反升。

(2) 冷却效果不佳。为了调节主机冷却水的流速和流量, 每个缸淡水冷却排气阀后进回水总管前面安装一

节流孔板, 其直径为25mm;回水总管进主淡水泵前也安装一节流孔板, 其直径为125mm。检查发现, 冷却淡

水回水总管进主淡水泵的节流孔板的开度大约为整个开度的1/4, 正常要达到整个开度的2/5, 充分表明流

道变窄, 导致冷却水流量不足, 换热效果差, 不能带走缸套的热量, 并且进主机的冷却淡水温度低于规定

值, 进出主机水温差偏大, 说明冷却水流量不足。[3]同时发现缸套外壁有较厚的水垢, 说明冷却水水质

不佳, 冷却淡水投药处理不及时。冷却水水质不佳, 水道会结垢, 导致换热变差, 同时水垢会增加水流动

阻力。

主机冷却水流量如果过小, 换热系数低, 带不走缸套热量, 缸套温度升高, 缸套热应力变大, 引起缸套裂

纹;反之, 如果水流过大, 缸套的内外温差也变大, 缸套的热应力也会变大, 也会引起缸套裂纹。

(3) 油头安装错误。通过检查油头发现, 船员在安装油头时错误增加了一个铜垫片。由于加了垫片, 导致

油头位置提高, 燃油喷溅到缸壁与缸盖上, 进而导致局部过热。船上人员分别做了油头雾化实验, 并进行

了比对, 发现NO.5和NO.3两个缸的油头喷射角度一样, 油滴和油雾飞溅到缸壁与缸盖上的位置基本相同。

[4]常规情况下, 油嘴喷射的燃油会受到气缸内压缩空气的阻力与扰动作用, 不会喷射到缸壁与缸套上,

但是在发生不正常的喷射时就会发生上述情况, 这与油头本身以及油头的安装状况有关。简而言之, 油头

安装错误, 引起喷射不正常, 导致缸套局部过热, 缸套热应力过大, 引起缸套裂纹。

(4) 气缸油调整不当。该船由于气缸油调整不当, NO.5缸磨损过度, 主要是该缸的缸套与活塞环磨损严重

, 不到一个月的时间, 活塞环就被磨损了1.5mm, 为后期的安全管理带来了隐患。气缸油量过大与过小都

不利于主机缸套的润滑, 过大会导致活塞积碳过多, 过小则活塞与缸套润滑不良导致缸套裂纹。

3 故障排除措施
(1) 改善燃烧, 降低缸套温度。通过修理主机增压器, 更换新的转子与喷嘴环罩。检修后, 主机仍然以

90r/min运转, 增压器的转速提高近200r/min, 扫气压力提高近0.001Mpa, 缸套的热负荷明显降低。[5]

(2) 加强淡水冷却, 改善冷却水质。换用同口径的蝶阀, 代替主机冷却淡水回水进主淡水泵的节流孔板,

调节蝶阀的开度, 使冷却淡水的进机温度以及冷却水进机温差达到规定要求;清除缸套外壁、气缸体内壁

、缸套水腔的水垢;重新安装之后, 注入符合要求的冷却水。[6]

(3) 调整油头安装, 合理调整汽缸油。拆除上次安装油头时外加垫片, 正确安装油头 (上面是松弛位销子

, 下面是压紧位销子) , 并进行油头雾化实验。[7]测量主机功率, 核定气缸油消耗率, 调整气缸油到最

佳值。在进行上述调整同时, 停车更换了NO.3与NO.5缸套, 主机恢复了正常。

4 缸套维护管理经验
(1) 严格控制水温变化。维修主机后及时暖缸, 淡水温度最好60℃以上, 航行中各缸冷却水出口温度不要

超过90℃, 进出口温差控制在3-5℃范围;冷却水温度变化幅度过大以及水温太低, 都会增加缸套的热应力

, 水温过低也会加剧低温腐蚀。[8]处在冷车状态的主机暖缸速率要控制在冷却水排量的10%以内。在时间

允许情况下, 暖缸时间尽量延长, 使暖缸温度接近正常值, 最好使暖缸温度达到50℃以上再启动主机。这

是因为50℃水温可以抑制高温腐蚀, 可减小缸套表面的腐蚀磨损与热应力。[9]

(2) 定期化验冷却水, 及时按照规定投药。定期检查疏通冷却水系统, 检查冷却水总管尽头处盲板法兰,

及时清除泥渣。严格控制冷却水的各项指标, 如冷却水处理不当, 会导致局部结垢、腐蚀, 也会造成局部

过热。

(3) 定期检查扫气口, 及时清洁扫气通道。避免燃烧物被空气吹到缸壁上, 造成异常磨损, 检查活塞环以

及环槽情况, 发现断裂, 及时更换。控制扫气温度, 定期清洗废气涡轮、压气机、空气滤器, 扫气箱定期

放残。

(4) 定期吊缸, 发现问题及时更换。保持活塞环良好状态, 确保气缸良好的密封性, 也是防止缸套裂纹的

重要举措。吊缸和更换缸套后, 对主机进行磨合, 按照说明书要求进行磨合和注入气缸油, 加大气缸油要

单缸调节, 减少气缸油, 不能一次减到位。

(5) 保证主机换气系统与燃油喷射系统工作正常。保证喷油器的良好雾化质量、减小油头保养间隔期, 每

次低速运行或者长航线之后检修油头;尽量提高燃油的进机温度, 合适情况下拆下加热器, 进行化学清洗,

并提高分油机的分离温度。航行中需定期对废气涡轮增压器吹灰, 加强主机空冷器的清洗, 定期冲洗透平

, 确保换气通道的畅通。

(6) 定期检修高压油泵, 检查主机VIT结构。主机长时间爆发压力过高, 缸套会因为热应力过大而使缸套

产生裂纹。为避免这种情况, 主机VIT手柄在机动航行时置于“0”位, 正常航行时置于“2”位, 主要是

为了机动航行时用轻油, 主机启动不“粗暴”, 防止爆发压力过高。[10]

(7) 正确控制主机, 避免主机超负荷。船舶在大风浪、狭窄水道等外界负荷变化较大的情况下航行时, 轮

机员应根据当时情况及时调整主机油门, 避免主机机械负荷和热负荷过大。

5 结束语
从上述分析可知, 造成此次缸套裂纹故障的主要原因是缸套温度过高, 冷却不佳一级油头安装错误。为避

免裂纹的产生, 除加强产品生产质量外, 船舶管理人员要提高管理标准, 发现异常及时分析、处理、跟踪

;轮机管理人员应多关注开航前检修过的项目, 确保主机各参数处于正常范围, 严格按照操作程序办事,

提前预防, 避免缸套裂纹的产生。