船舶柴油机气缸套的磨损及管理对策
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[摘要] 气缸套是船舶柴油机的重要零件之一，因其内壁工作条件十分恶劣，很容易发
生磨损，其磨损情况将直接影响气缸套与活塞环之间的密封性能，对柴油机的启动、功率损耗、燃油和润滑油的消耗、使用寿命以及排气的颜色等都有着重大的影响。因此，正确地认识气缸套磨损的类型及其产生的机理，并采取积极的预防措施和修复工艺，对于提高船舶柴油机的整机寿命和机械设备的使用效益有十分重要的意义。本文探讨了船舶柴油机气缸套磨损的特征及形成规律，全面而系统地分析了船舶柴油机气缸套磨损的类型及其产生的机理，并在此基础上，提出了在使用和保修中减少船舶柴油机气缸套磨损的预防措施及修复工艺。
[关键词] 船舶柴油机；气缸套；磨损；管理对策
目录 四号黑体，下空二行 0 引言-------------------------------------------------------------------1 1 气缸套磨损的机理及种类-------------------------------------------------1 1.1 粘着磨损---------------------------------------------------------1 1.2 磨粒磨损---------------------------------------------------------2 小四宋体，与正文中目录保持完全一致 1.3 腐蚀磨损---------------------------------------------------------4 1.4 撞击磨损---------------------------------------------------------4 虚线 1.5 复合磨损---------------------------------------------------------6 2 气缸套正常磨损规律-----------------------------------------------------7 3 气缸套异常磨损的特征及原因---------------------------------------------8 3.1 气缸套异常磨损的特征---------------------------------------------8 3.2 气缸套异常磨损的原因--------------------------------------------10 4 防止气缸套异常磨损的预防措施------------------------------------------11
4.1 气缸油的选择与注油率的确定--------------------------------------11
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4.2 燃油的预处理----------------------------------------------------13 4.3 主机运行时的管理------------------------------------------------13 4.4 主机的日常维护保养----------------------------------------------14 5 气缸套磨损的修复工艺--------------------------------------------------14
5.1 气缸套正常磨损的修复--------------------------------------------14 5.2 气缸套异常磨损的修复--------------------------------------------15 结论---------------------------------------------------------------------15 致谢语-------------------------------------------------------------------16 参考文献-----------------------------------------------------------------17 （章、节、小节序号后空两格，节序号前缩进四格，小节序号前缩进六格）
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周杰伦：轮机工程专业毕业论文
0 引言
据资料介绍：世界能源的1/3～1/2是以不同形式消耗在克服机械零件对偶表面相互作用的摩擦上。船舶机器运转时，机器上具有相对运动的运动副零件会发生配合表面的摩擦，引起磨损。对于船用柴油机来说，目前无论是二冲程的低速机还是四冲程的中速机，燃油消耗率已降至163g/(kW·h）左右，热效率达到50﹪以上，但能量消耗在运动副的摩擦约占10﹪左右。而气缸套是船舶柴油机燃烧室部件中的主体，由于其工作条件恶劣，极易磨损，其主要失效模式为磨损，尤其是气缸套表面的异常磨损更应加以重视。如果气缸套磨损超过正常标准(0.4﹪～0.8﹪缸径）时，燃烧室就会失去密封性，使气缸套的工作性能变坏，柴油机性能急剧下降，出现启动困难，功率下降，燃油和润滑油的消耗量增大，使用寿命缩短以及排气冒黑(蓝）烟等现象。而船舶在航行期间，柴油机气缸套发生异常磨损主要是轮机管理不良的结果。因此，轮机人员必须在提高管理水平，加强管理的同时，充分了解船舶柴油机气缸套异常磨损的类型及其产生机理、磨损规律，并采取积极的预防措施和修复工艺，以提高气缸套的耐磨性，从而使柴油机保持良好的性能。
1 气缸套磨损的机理及种类
气缸套的磨损是一个非常复杂的过程，其原因既有物理方面的因素，也有化学方面的因素。根据磨损机理的不同，可将气缸套的磨损分为粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、撞击磨损及复合磨损等。当柴油机在不同工况下工作时，某种磨损类型会起主导作用。 1.1 粘着磨损
1）粘着磨损的成因
精加工的表面用肉眼看起来是很光滑的，但是用显微镜检查，就可以观察到它的表面是由锯齿形的峰和谷所组成。在边界润滑（模型如图1所示）的条件下，摩擦面间只有一层极薄的油膜，摩擦表面的部分尖锋会刺破油膜发生接触，如由于润滑条件差，局部高温等，使滑动表面缺乏充足的润滑油膜，就使摩擦表面间发生金属的直接接触加剧。当两滑动表面在压力下有极微小部分的金属直接接触时，便形成局部高温，使两者熔粘着、脱落、逐步扩大形成粘着磨损[1]。
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图1 边界润滑模型
另外，在大修柴油机时，由于所选配的气缸套和活塞的膨胀系数不同，也易造成粘着磨损。一般来说，粘着磨损的速度很快，严重时还会发生“咬死”、“拉缸”和“抱缸”等事故。所以，粘着磨损是缸套内壁最危险的破坏形式。
2）粘着磨损的特征
粘着磨损一般在气缸套上部靠近第一道活塞环上止点位置处较为严重，有局部金属粘着现象，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”或“抱缸”时，在缸壁上可看到活塞咬死的痕迹和沿长度方向较深的擦伤，严重时整个表面布满“咬死”的粘着痕迹。
3）粘着磨损的影响因素 粘着磨损的影响因素如下：
（1）气缸套材质不良或壁厚不均匀以及气缸盖螺栓预紧力不均匀。 （2）燃料品质太差，使燃烧室积炭严重。 （3）磨合期内大负荷、高速运转以及温度过高。 （4）润滑油选用不当或油量不足。 （5）柴油机经常超负荷运转。 1.2 磨粒磨损
1）磨粒磨损的成因
硬质颗粒进入气缸套的摩擦面和活塞的摩擦面之间形成磨粒，磨粒与两摩擦面挤压、滚撞，使金属脱落，便造成磨粒磨损。磨粒主要来源于：燃油在催化过程中留下的催化剂粉末；燃油在贮存和运输过程中进入的锈、砂和其他硬质颗粒；磨屑；燃烧生成的灰分和炭粒；随空气进入气缸的粉末以及被污染的润滑油等。在活塞的高速运转下，这些坚硬的凸起或微粒造成气缸套表面材料的移动或脱落。大量的研究表明，引起气缸
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套磨粒磨损的主要原因是由于气缸内混入微小坚硬的固体颗粒物所致。
2）磨粒磨损的特征
气缸套内壁沿活塞运动方向有微细的、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，则活塞上止点第一道气环所对应的气缸壁处磨损量最大；当润滑油中杂质较多时，则活塞下止点第一道油环所对应的气缸壁处磨损较严重。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中上部；因润滑油中含有大量硬质微粒而造成的磨损，其最大磨损部位在气缸套的中下部。
3）磨粒磨损的影响因素 （1）磨粒尺寸对磨损的影响
磨粒尺寸大小对磨损量的影响已有了许多研究，如美国著名的M.A.Moore博士给出定量化关系式[2]：
V∝σLNd2/H （1）
式中，V为磨损体积，σ为外加应力，L为磨损行程，N为磨粒数目，d为磨粒直径，H为被磨材料的硬度。由上式中可以得出：线磨损值WL∝d2/3，这表明磨粒磨损的线磨损量是随着磨粒直径的增加呈2/3次指数增加。
在理论上，对于铸铁材质材料的磨粒磨损，当磨粒颗粒和材料表面接触时发生两个主要过程：形成塑性粹压性沟槽，不包括材料的直接磨损；以一次显微切削的形式产生磨损颗粒而导致磨损，磨损时产生微切屑与犁沟。由此可知材料磨粒磨损的两个主要过程直接与σ，N，d(其它条件一定）有关，而σ，N一定时，d就起着决定性作用。当磨粒粒度小于油膜厚度时，磨粒浮游于润滑油膜之中，这时外加载荷由油膜承担，磨粒不直接承载，不能导致磨粒磨损。当磨粒粒度等于或大于油膜厚度时，则破坏油膜，直接承载而参与磨粒磨损。另外，当磨粒粒度在1～10μm范围时，由于其大小与正常磨损颗粒大小相当，因而其磨粒引起异常磨损的作用不太大。当磨粒在润滑油中的质量分数一定时，磨粒粒度越大则其数量越少，则活塞环、缸套的磨损表面都随磨粒质量分数增大其磨损沟槽变深变宽，而其沟槽的数量相应减少。
（2）磨粒质量分数对磨损性能的影响
由V∝σLNd2/H可以得出：线磨损值WL∝N1/3，当磨粒质量分数增加，其磨损表面
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