1、本科毕业论文（20 届）浅析柴油机气缸套磨损原因与预防措施所在学院专业班级 轮机工程学生姓名指导教师完成日期内容摘要摘要：气缸套是船舶柴油机重要而又易损坏的部件，气缸套引导活塞做往复运动，上部与气缸盖和活塞构成燃烧室,燃料在其中燃烧膨胀，在工作中承受高温高压甚至侧推力，其工作状况的好坏直接影响着柴油机的工作性能。本文首先从理论上分析了船用柴油机气缸套的一般磨损规律与磨损产生的机理及其危害，然后结合教学实习船“育鲲”轮主机缸套的磨损情况与规律，分析产生磨损的原因，提出了在使用和保修中减少缸套磨损应注意的问题.最后总结了柴油机气缸套磨损的有效预防措施。关键词：气缸套 磨损机理 预防措施 维修保养A
2、BSTRACT: Cylinder liner is one of the most important part of the marine diesel engine but can be easily damaged .The piston does reciprocating motion guided by cylinder liner , the upper part of cylinder liner piston and cylinder cover form the combustion chamber ,fuel oil burns and expands in the c
3、ombustion chamber ,during the working period cylinder liner endures high pressure、 high temperature and even thrust force ,and its working condition has a great important effect on the performance of the diesel engine .Firstly this paper analyses the wear regular pattern wear mechanisms and its harm
4、s ,then by combining the main engine cylinder liners wear condition and wear regular pattern of the training vessel “YUNKUN” ,analyses the causes of wear ,and offering some proposals about reducing cylinder liner wear rate in use and maintenance .At last make a conclusion about the useful measures o
5、f preventing cylinder wear .Keywords: cylinder liner wear mechanisms preventive measures repairing and maintenance 目录内容摘要 .3第 1 章 柴油机气缸套的磨损故障及其一般规律 .51.1 气缸套的常见磨损故障 .51.1.1 气缸套的过度磨损 .51.1.2 气缸套的偏磨 .51.1.3 气缸套产生凸台背脊 .51.1.4 气缸套的拉缸 .61.2 柴油机气缸套磨损的一般规律 .6第 2 章 柴油机气缸套的磨损机理及产生磨损的原因 .721.磨损机理 .72.2.常见的磨损形
6、式及其成因 .72.2.1.磨粒磨损 .72.2.2 黏着磨损 .82.2.3.腐蚀磨损 .82.2.4.疲劳磨损 .82.2.5.撞击磨损 .92.2.6.复合磨损 .9第 3 章 气缸套磨损产生的危害 .9第 4 章 “育鲲”轮主机气缸套磨损情况及造成磨损的原因分析 .94.1.“育鲲”轮主机缸套相关情况说明 .94.2.缸套以及活塞结构图 .104.3.“育鲲”轮气缸套磨损实例及可能的原因分析 .114.3.1.“育鲲”轮气缸套磨损实例 .114.3.2.产生磨损的原因分析 .13第 5 章 气缸套磨损的有效预防措施 .145.1.正确的操车 .145.2.合理的维护保养 .145.2.
7、1.禁止柴油机长时间超负荷运转 .145.2.2.加强维护及时检修 .145.2.3.保持合适的缸套水温度和良好的缸套润滑 .145.2.4.加强对增压器滤网、气缸油滤器、燃油滤器的维护管理 .15第 6 章 总结 .15参考文献 .16致谢 .17浅析柴油机气缸套磨损原因与预防措施第 1 章 柴油机气缸套的磨损故障及其一般规律1.1 气缸套的常见磨损故障1.1.1 气缸套的过度磨损柴油机气缸套磨损状况直接影响着柴油机的工作性能、船舶营运的经济性和可靠性，气缸套的磨损在柴油机相对运动部件正常工作时是难以避免的。据统计，大型低速柴油机气缸套的正常磨损率一般为 0.010.03 mm/kh，最大磨
8、损率应不超过 0.1 mm/kh，这是可以接受的正常磨损范围。但由于某些因素的影响，将使其磨损率远远超过正常值，即产生过度磨损，甚至于必须更换气缸套；同时，活塞组件的磨损，使柴油机吊缸检修周期缩短，增加船员的劳动强度和柴油机的维修费用。如果气缸套磨损量超过磨损极限，将会使燃烧室失去密封，高温燃气在活塞与缸套之间窜气，使润滑油膜烧损而遭到破坏，引起气缸套、活塞润滑不良，导致柴油机压缩温度及压力下降，造成燃烧不良、排气温度上升、输出功率下降、气缸及活塞严重积炭及扫气箱着火等一系列故障。气缸套的磨损是不可避免的，但过度磨损的的定义并没有确切的答案；一般来说，对于大型二冲程柴油机气缸套，如果磨损率小于
9、 0.1 mm/kh 属于正常磨损，磨损率大于 0.1 mm/kh 就被视为过度磨损；对于小型四冲程或采用表面强化处理的气缸套，如镀铬气缸套正常的磨损率应在 0.010.03 mm/kh 范围内，磨损率大于 0.05 mm/kh 就视为过度磨损；同时还应注意气缸套内径增量（总计磨损量） ，不同机型的柴油机允许值不同，一般来说（依柴油机的设计不同）磨损总量达（0.4%0.7%）D（D 为缸套直径） ，燃烧室便已失去其密封性，从而导致拉缸等其他故障，因此必须进行修理或更换.1.1.2 气缸套的偏磨气缸套的偏磨主要存在于四冲程筒形柴油机，二冲程柴油机极少产生。如下图（a）所示为四冲程筒形柴油机简图，
10、由于筒形机没有十字头及十字头导板装置，因此在活塞的压缩及膨胀行程，活塞上下往复运动直接驱动曲轴做回转运动，使活塞在气缸内产生左右方向的侧压力，工作一段时间后就会产生活塞及活塞环对气缸套的偏磨，长时间运转后其偏磨程度更加明显，使气缸套左右侧内径大于前后侧，气缸套由正圆变成椭圆形，使气缸套运转时的密封性降低。下图（b）所示为二冲程十字头式柴油机简图，二冲程机由于装有十字头及十字头导板装置，由十字头及十字头导板装置承受曲轴所有的侧向作用力，对于活塞的压缩及膨胀行程， 气缸套左右侧与艏艉侧作用力变化不大，因而活塞及活塞环对气缸套偏磨极少。1.1.3 气缸套产生凸台背脊活塞在气缸套内做上下往复运动，由于
11、活塞直径较气缸套小，其实真正与气缸套接触的是活塞环，由于不同柴油机第一道活塞环位置的高低不同，并且当活塞位于上止点时，气缸内燃气温度及压力颇高，活塞运动速度为零，润滑油膜难以形成，润滑极端困难，故在气缸套第一道活塞环对应的上止点位置开始产生磨损，而在气缸套内壁不与活塞环接触的部位基本不产生磨损，长时间运转后，其磨损便在气缸套内表面产生明显的凸台背脊。1-活塞 2-连杆 1-活塞 2-活塞杆 3-十字头 4-滑块 5-连杆 6-导轨1.1.4 气缸套的拉缸由于柴油机强化程度的提高，超长行程的发展和劣质燃油的使用，使柴油机的活塞、活塞环、气缸套等燃烧室部件在十分恶劣的条件下工作，引起润滑不良而导致
12、柴油机拉缸。拉缸现象是指活塞环、活塞裙与气缸套之间，相对往复运动表面相互作用而造成的表面损伤。这种损伤程度有刮痕、烧伤和咬死等区别，广义上统称为拉缸。拉缸损伤大多数是由于滑动部位的润滑油膜受到局部的破坏，此时两个相对运动的表面突起部位首先发生金属接触，然后局部将出现微小的“熔着”现象，而熔着部位由于部件的相对运动又被撕裂。在这个过程中金属表面形成硬化层，当这个硬化层被破坏时，所产生的金属磨粒将成为加剧表面磨损的磨料。在出现所谓熔着磨损的短时间中，在活塞和气缸套表面上出现和气缸中心线相平行的高低不平的磨痕，这就是“拉缸” 。严重时滑动部位完全粘着或卡住甚至可能在两个表面的薄弱部位产生裂纹以致机件
13、破坏，这时可称为“咬缸” 。1.2 柴油机气缸套磨损的一般规律活塞组与气缸套的磨损是一个相当复杂的过程，由于活塞位于气缸套不同位置时其工作条件不同，气缸套的磨损量很不均匀，磨损现象也是千差万别，不同气缸的磨损情况各不相同。根据对吊缸测量数据的统计分析，我们发现气缸套磨损的规律性特点如下：（1）活塞运动到上止点曲轴转角处时，一般第一道活塞环与气缸套接触处的磨损量最大（部分缸套是扫气口处磨损量最大） ，最大径向磨损量可达 0.20.3mm. 由此处向下磨损量明显减少。在气缸套内壁上部不与活塞环接触的部位几乎没有磨损，形成一个俗称缸肩的凸台。当滑油中未被过滤掉的杂质随滑油激溅到缸套内表面或燃油不完全
14、燃烧产生的碳粒粘结在缸套表面的滑油中产生磨料磨损时，其磨损呈类似的鼓腰形。（2）缸套左右方向的磨损大于前后方向的磨损。统计显示，从缸套的水平截面来看，约有 80%的缸套左右方向的直径大于前后方向的直径，形成不同程度的椭圆。缸套水冷侧冷却效率高活塞侧压力较大，同样造成气缸套横向磨损大于纵向磨损，使缸套失圆。多缸柴油机气缸各缸的磨损量也不相同，一般冷却强度比高的缸套磨损量较大。另外，缸套增压器侧的偏磨或拉伤现象比燃油泵侧严重。（3）异常磨损和拉缸现象，活塞环与气缸套间的拉缸，通常发生在运转初期，即系泊实验，海上试航及磨合期，一旦磨合期结束，几乎不发生拉缸。而活塞裙部与气缸套的拉缸，往往发生在磨合期
15、后稳定运转的数千小时内。第 2 章 柴油机气缸套的磨损机理及产生磨损的原因21.磨损机理气缸套的磨损形式可分为:磨粒磨损、黏着磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损、撞击磨损及复合磨损。柴油机运转期间，这几种磨损形式可能同时存在，特定时间内哪种磨损占主导地位由很多因素决定。2.2.常见的磨损形式及其成因2.2.1.磨粒磨损（1）磨粒磨损的成因由于柴油机进气中夹有坚硬的外来物质或燃油及气缸油中携带的机械杂质及燃烧所形成的碳粒、沥青质等硬质颗粒进入缸套，在缸套和活塞环两个摩擦面之间形成磨粒，磨粒与两摩擦面产生挤压、切削或滚撞造成气缸套表面材料转移或脱落。从缸套及活塞环脱落下来的金属成为磨损碎粒，并使金属的一个或
16、两个表面受到损伤，这就是磨粒磨损。实践证实，引起气缸套磨粒磨损的磨粒主要来源于：燃油在贮存过程中进入的铁锈，砂等硬质颗粒；燃烧生成的灰分；随空气进入缸套的灰分及被污染的气缸油。（2）磨粒磨损的特征气缸套磨粒磨损的特征是气缸套内圆表面沿活塞运动方向有细微的、长短不一的直线形擦痕，严重时会出现较深的刮伤、沟槽，当空气滤清器效果较差或不用滤清器时，因进气中灰尘较多，则活塞第一道气环所对应的上止点位置处磨损量最大；当润滑油中杂质较多时，则活塞第一道油环所对应的下止点位置处磨损较为严重。一般情况下，气缸内吸入的空气过脏以及严重积炭造成的磨损，其磨损最大部位在气缸套的上部；因润滑油中含有硬质微粒而造成的磨
17、损，其最大磨损部位在气缸套的中下部（四冲程柴油机） 。2.2.2 黏着磨损（1）黏着磨损的成因气缸套内圆表面与活塞环是在高温、高压条件下工作的，作用在第一道活塞环上的压力高达 1520 MPa，作用在第二道活塞环上的压力约为 46 MPa，高温使滑油粘度降低甚至烧焦，高压使油膜不易形成；同时气缸套和活塞环二者之间的相对运动速度变化很大（030 m/s） ，该处润滑油膜易于破裂。柴油机工作时，如果活塞环与缸壁间不能得到可靠的润滑，则会发生局部的干摩擦，形成金属间熔合黏着、软化，在气缸表面形成粗糙的划痕、拉痕和金属剥离现象；另外，在柴油机大修时，可能会因所更换的气缸套和活塞的膨胀系数不同，而造成黏
18、着磨损。一般来说，黏着磨损的速度很快，严重时还会发生黏着、拉缸等事故，所以黏着磨损是缸套最危险的破坏形式。影响黏着磨损的因素主要有：缸套、活塞环等的材质、机械加工质量、外形尺寸及形状精度，缸套润滑油孔布置，缸套油的供给数量和品质缸套表面的温度，装置对中情况等。（2）黏着磨损的特征黏着磨损一般在气缸套上部靠近第一道活塞环对应的上止点位置处较为严重，如有局部金属黏着现象，可以观察到带有不规则边缘的沟痕、皱折以及擦痕和锥形凹坑等。当发生拉缸时，在缸壁上可看到活塞环黏着的痕迹和沿长度方向较深的擦伤，严重时整个表面布满黏着的痕迹。2.2.3.腐蚀磨损（1）腐蚀磨损的成因腐蚀磨损是由于燃油中所含的硫分在燃
19、烧时生成了 SO2，然后又转化为 SO3。燃油中的氢转化为水蒸汽，三氧化硫与水反应生成对金属有严重腐蚀的硫酸。由硫酸引起的腐蚀称为低温腐蚀或冷腐蚀。硫的燃烧产物的露点影响腐蚀磨损，在工作行程开始时，虽然压力高，但是温度也高，使酸性氧化物与水蒸气无法凝结。当活塞下行暴露出缸套较冷部位时三氧化硫与水蒸气接触开始凝结。硫酸的凝结量取决于缸套表面的温度，空气中蒸汽浓度和缸套壁是否有完整油膜等因素。（2）腐蚀磨损的特征缸套上的腐蚀层与金属基体结合弱，在磨损中剥落，使缸套壁上布满疏松的细小孔穴，这是腐蚀磨损的显著特征。腐蚀磨损和所用燃油硫分有很大关系。柴油机使用重油时，其磨损比用低硫燃油时要高 23 倍，
20、含硫量高于 0.7%1%时，磨损会剧烈增加。2.2.4.疲劳磨损（1）疲劳磨损的成因疲劳磨损是在交变循环载荷作用下，使材料表面疲劳产生塑性变形和微裂纹，进而扩展为材料脱落的现象。气缸套疲劳磨损是接触表面长期受到交变应力作用的结果，即使存在油膜，应力也能通过油膜作用在表面上，在表面或表面的薄弱处引发裂纹。在上止点附近，承受燃烧高温且滑油很难到达上止点附近，从而造成上止点附近油膜最薄，同时在上止点附近活塞环内壁上的气体压力与热应力都最大，这样通过油膜传给气缸壁的压力和摩擦力也最大，造成气缸套材料发生严重的塑性变形。当活塞下行时，气体压力和热应力迅速减小，这样周期反复，造成上止点附近气缸套磨损严重。
21、（2）疲劳磨损的特征疲劳磨损一般由两个阶段组成：裂纹萌生和裂纹扩展。扩展后产生材料断裂剥落，而在基体表面上产生一个凹坑。2.2.5.撞击磨损（1）撞击磨损的成因由于柴油机性能参数的不断提高，逐步增大的行程缸径比，活塞结构的改变，在柴油机气缸套正常磨损后期，会突然形成较大速度的磨损，这就是所谓的撞击磨损。它的主要形成原因是活塞环在其导角和表面下边缘出现锐角，当这种锐角一出现，缸壁油膜就轻而易举被铲除，造成活塞环与气缸壁直接接触而产生黏着磨损，只要黏着磨损一出现，活塞环和气缸套表面立即遭受破坏，活塞环和缸套油槽边缘的导角迅速消失而变为锐角；其次，在气缸套磨损后期，波纹沟槽近于平坦，致使这些带锐边的
22、活塞环与缸套油槽边缘在柴油机运行过程中更容易互相碰撞，更容易发生各自边缘剥落，继而又形成磨粒磨损；这样不断运行、不断撞击、不断剥落造成恶性循环，使气缸套的磨损迅速发展 。（2）撞击磨损的特征此类磨损在大行程缸径比柴油机中出现明显，大行程缸径比设计多使用在中、低速大功率机，当撞击磨损占主导地位时，磨损率会在 0.1 mm/kh 以上.2.2.6.复合磨损气缸套内圆表面同时存在上述两种或两种以上的磨损形式时称为复合磨损，复合磨损时，由于几种磨损形式相互促进，其磨损速度远远大于单一形式的磨损。一般在灰尘较多的场合运转时，在过滤效果较差的状况下，会以磨粒磨损为主；在柴油机磨合质量差，润滑油品质低劣或变
23、质，柴油机活塞缸套窜气、过热等状况下，易发生黏着磨损；使用低质或含硫量大的燃油，以及长期在低温下工作的柴油机中，腐蚀磨损可能起主导作用；在行程缸径比较大的柴油机中，又往往会以撞击磨损破坏较为突出。第 3 章 气缸套磨损产生的危害气缸套磨损后，缸套与活塞之间的配合间隙增大，工作时产生窜气、窜油、压缩不良等现象，导致柴油机起动困难、机油变质燃油及机油耗量增大而功率下降；摩擦件更换频率增大使维修费用增加；各缸磨损不均匀，还会导致柴油机工作稳定性变差，容易产生振动等危害。第 4 章 “育鲲”轮主机气缸套磨损情况及造成磨损的原因分析4.1.“育鲲”轮主机缸套相关情况说明育鲲轮主机为 MAN B&W6S3
24、5MC 型柴油机，主机共有六缸，每缸行程为 1440mm，缸径350mm，每个气缸上有 4 个注油孔。气缸油注油系统为 ALPHA 电子气缸油注油系统，注油量靠改变注油器注油频率实现。缸套、缸盖采用冷却水套冷却，缸套与缸盖结合处安装有活塞清洁环。活塞为短裙结构，安装 4 道活塞环，第 1 道环是压力释放环，采用重叠搭口。活塞采用滑油冷却，冷却油由固定在十字头上的套管供入。4.2.缸套以及活塞结构图（1）缸套图 1 6S35MC 型柴油机气缸套1-气缸套；2-水套；3-注油接头；4、5-密封圈；6-清洁环；7-密封垫片；8-clamp 9-螺栓；10-冷却水接头（2）活塞图 2 6S35MC 型
25、柴油机活塞4.3.“育鲲”轮气缸套磨损实例及可能的原因分析4.3.1.“育鲲”轮气缸套磨损实例遵循科学规范的管理原则，按照主机说明说要求，一般主机运转达 8000 到 12000 小时，要抽吊两个缸进行检测，轮机员也应视柴油机的运转情况对气缸套磨损进行检测，掌握和1-气缸套；2- 水套；3- 注油接头；4、5- 密封圈；6-清洁环；7-密封垫片；8-clamp9-螺栓；10- 冷却水接头气缸套； 水套； 注油接头； 、 密封圈； 清洁环； 密封垫片；螺栓； 冷却水接头1-气缸套；2- 水套；3- 注油接头；4、5- 密封圈；6-清洁环；7-密封垫片；8-clamp9-螺栓；10- 冷却水接头1、2、3、4-第 1 至第 4 道活塞环；5-活塞头；6-冷却油管；7-活塞杆；8-密封圈 9、10、11、12-螺栓；13-锁丝；14-活塞裙；15-活塞杆填料函；16-填料函法兰
