【船机帮】船舶柴油机缸套穴蚀故障探究

导读

船用中、高速筒状活塞式柴油机气缸套普遍都存在着不同程度的穴蚀，严重影响柴油机的工作可靠性和气缸套的使用寿命。

那么，穴蚀破坏的特征和危害又是什么呢？

其特征是机件金属局部表面上聚集着呈集中蜂窝状或呈分散状的孔洞；

其危害是穴蚀小孔穿透缸套，使气缸内进入冷却水，活塞压缩冷却水造成连杆被压弯以致使柴油机遭到严重破坏。

所以穴蚀直接影响着柴油机的寿命和可靠性，必须对缸套穴蚀损坏予以足够的重视。

一、缸套穴蚀机理及成因

船用柴油机缸套穴蚀多发生在湿式缸套外圆表面上，一般集中在柴油机的左右侧方向，特别是承受侧推力最大一侧的偏上方；冷却水进口、水流转向处和水腔狭窄处对应的缸壁上；缸套下部密封圈附近缸壁。

穴蚀小孔呈蜂窝状或呈分散状。

船用柴油机气缸套穴蚀的形成是一个复杂的物理和化学过程，造成气缸套穴蚀的因素有很多，主要从以下几个方面分析。

1、缸套产生穴蚀的物理过程

在柴油机运转时，活塞做往复运动，由于活塞倾侧摆动撞击气缸套壁，引起了气缸套壁的高频振动。

在振动过程中，缸壁金属材料在活塞侧推力的作用下发生弹性变形，向外凸起挤压循环冷却水，在凸起外壁处的冷却水中产生局部的高压。

另外，活塞横摆时，活塞侧推力作用方向发生改变，活塞推挤缸套的另一面缸壁使其变形凸起，而原凸起变形的外壁因侧推力的消失而弹性恢复，在局部水域中产生高真空， 当局部水中压力降低到其饱和蒸气压力以下时，冷却水蒸发成气泡，当冷却压力降低到某一临界压力时，溶于水中的空气溢出形成空泡；气泡或空泡被活塞再次横摆回缸套侧面而形成高压冲击爆破，爆破引发的冲击波仅作用于10-3～10-5mm2 的微小范围，其压力可达103MPa。

随着活塞的往复循环，缸套产生疲劳破坏，表面形成麻点状的密集针孔群。

此外，缸套表面会因为振动能量的转化、摩擦和空泡破灭时产生大量的热而产生局部高温，使金属达到熔化状态，在压力冲击波 的作用下加剧金属的破坏。

针孔在压力冲击波的持续作用下增大、增多，向纵深发展增快。

2、缸套产生穴蚀的化学过程

船用柴油机循环冷却淡水是未经处理的呈弱酸，弱碱或盐溶质的弱电解质溶液，这些与金属缸套外壁接触的弱电解质溶液跟缸壁上的金属和杂质（或碳）一起形成了无数的微 小原电池，缸壁上的金属颗粒为正极，杂质（或碳）为负极的原电池发生电化学反应，导致柴油机缸套电化学腐蚀。

另外，在气缸套与缸体的接触处，由于水流缓慢，冷却水的温度较高，氧的溶解度较小，冷却水中含氧浓度不同形成的氧浓差现象加速了柴油机缸套的电化学腐蚀。 

二、影响缸套穴蚀的因素

1、缸套振动

（1）活塞与缸套的间隙

活塞的横摆速度也就是活塞对缸壁的冲击能量取决于活塞与缸套的配合间隙。

间隙大，冲击能量大，缸套振动的振幅大。

但又要注意的是，间隙的减少可能发生拉缸的限制。 

（2）缸套刚度

刚度大，缸套受活塞冲击时变形小、振动小，能有效防止穴蚀。

（3）冷却水腔结构

冷却水腔通道太窄，水流速度增高容易产生空泡。

水腔通道各处应均匀一致，水流畅通，不存在“死水区”和涡流区，这样有利于减少穴蚀。

2、冷却水温度与压力

（1）冷却水温度

冷却水温度过高会使腐蚀速度加快，但也不宜长期水温过低；而水温在50～60℃时穴蚀较为严重，随着温度的升高，穴蚀破坏减轻。一般水温以80～90℃为宜。

（2）冷却水压力

冷却水压力高可以抑制空泡的形成，减少穴蚀的发生。

三、防止和减少穴蚀的措施

1、缸套外表面加覆盖层或强化层

采用镀铬、渗氮、喷陶瓷、涂尼龙等工艺使金属表面与冷却水隔开，或强化缸套外表面，起到减少和防止电化学腐蚀和穴蚀的作用。

应注意的是镀铬层较厚时因振动而碎裂和剥落，反而导致穴蚀破坏速度加快。

2、冷却水腔安放锌块

安装锌块实施阴极保护防止电化学腐蚀。锌块应定期更换。

3、冷却水中加添加剂

加入缓蚀剂，例如乳化油缓蚀剂或被膜缓蚀剂。缓蚀剂在缸套外表面形成一层保护膜，既可防止电化学的腐蚀，又减弱空泡破灭时的冲击力，大大降低了穴蚀的扩展速度。

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