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船舶柴油机气缸套的磨损及管理对策

（标题：

三号黑体，可以分为1或2行居中打印，题目下空一行打印摘要）

[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。

{摘要二字后空一格打印内容（用小四号宋体）。

}{摘要与关键词之间空一行}

[关键词]船舶柴油机；气缸套；磨损；管理对策

{关键词后空一格打印内容（用小四号宋体）。

}

MarineDieselEngineCylinderLinerWearing

andManagementMeasures

[英文标题三号Ariａl字体（加粗），居中,下空一行打印英文摘要]

[Abstract]ThecylinderlinerisanimportantpartofMarinedieselengine,asthepoorworkingconditionsofinnerwall,itiseasilytowearanditswearconditionswilldirectlyimpactthesealperformancebetweenthecylinderlinerandpistonring,andwillhaveasignificantimpactonthestart,powerloss,theconsumptionoffuelandlubricants,lifeandexhaustgascolorsofdieselengine.Therefore,thecorrectunderstandingthetypesandtheproducingmechanismofcylinderlinerwear,andithasverygreatsignificancetotakeactivepreventivemeasuresandrehabilitationprocessforraisingtheallmarinedieselenginelifeandtheuseefficiencyofmechanicalequipment.Inthispaper,studyingthemarinedieselenginecylinderlinerwearcharacteristicsandtheformationoflaws,comprehensivlyandsystematiclyanalysisingthetypesandthemechanismofthecylinderlinerwearofmarinedieselengineproducing,andonthisbasis,puttingforwardthepreventivemeasuresandrehabilitationprocessofreducingthemarinedieselenginecylinderwearintheusingandrepairing.{英文摘要两字采用四号Ariａl字体（加粗）}{[Abstract]后空一格，摘要内容均用小四号Arial字体。

}

[Keywords]Marinedieselengine;Cylinder;Wear;ManagementMeasures

目录

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

1.3腐蚀磨损---------------------------------------------------------4

1.4撞击磨损---------------------------------------------------------4

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

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）

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。

正文内1.5倍行距，章与章之间空两行，章标题下空一行，章中节、小节之间不空行。

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]。

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，其磨损表面的沟槽也相应增加，其表面变得逐渐平滑。

当质量分数增大到一定程度后，磨损增加的速率就会趋于缓慢。

这是因为当质量分数增大到一定程度之后，直接与磨损表面接触的磨粒数就趋于一定值，故磨损增加速率就会缓慢下来。

1.3腐蚀磨损

1）腐蚀磨损的成因

含硫的燃油在燃烧时，燃油所含的硫分将生成二氧化硫，而燃油中的氢燃烧后生成水蒸气。

此外，燃油中存在的钒、铁、钠、镍等微量元素也各自生成自己的氧化物。

五氧化二钒和氧化铁是二氧化硫再氧化成三氧化硫的活泼的催化剂。

实验表明，在废气中有1﹪～15﹪的二氧化硫经进一步氧化成三氧化硫。

二氧化硫、三氧化硫和水蒸气在温度降到各自的露点以下时，就会分别凝结成亚硫酸和硫酸。

硫酸比亚硫酸对铁和铁合金腐蚀性强，危害性大。

因此，在柴油机工作中，由于燃烧中的硫所产生的酸性燃烧产物的凝结，会使气缸套严重腐蚀，从而造成腐蚀磨损。

此外，当进入气缸中的燃油、空气和气缸润滑油中含有海水或盐时，会使气缸套遭到盐酸腐蚀。

腐蚀磨损是腐蚀和磨损同时起作用的一种磨损，柴油机工作时气缸工作温度过高或过低、使用的燃油含硫量过大、润滑油中残留的有害化学物质以及被水或废气侵蚀、电化学腐蚀等因素是引起气缸套腐蚀磨损的主要因素。

研究证明，冷启动频繁以及使用燃油含硫量过高时，气缸套磨损较严重，气缸壁因受到强烈的酸蚀，磨损量比正常磨损大2～3倍。

同时，腐蚀下来的金属物在气缸的中部又造成严重的磨粒磨损。

另外，柴油机经常在低温状态下运转时的磨损也较严重，特别是气缸壁温度低于55℃时，气缸壁下部会残留大量的化学腐蚀物，再加之废气（指弯流扫气）等因素的腐蚀作用，使气缸套下部磨损严重。

2）腐蚀磨损的特征

一般腐蚀磨损发生在活塞环运动区域内，而气缸套上部尤为严重，内表面上有较疏松的细小蚀孔，有的可以观察到似裂纹的线条，特别是在打光后更为明显。

1.4撞击磨损

1）撞击磨损的成因

随着现代科技的发展，柴油机各性能参数不断提高，或增大冲程缸径比，或改变活塞结构，在这种柴油机气缸套中，会出现一类新的异常磨损现象，它并不同于气缸套的早期磨损，在正常磨损后期，会突然形成较大速度的磨损，这就是撞击磨损。

它形成的主要原因是活塞环在其倒角和表面情况正常下而边缘出现尖角。

只要这种尖角一形成，就可以轻而易举地铲除缸壁的油膜，任何粘度再高、化学性能再好的润滑油都无济于事。

活塞环在其倒角和表面正常而边缘出现尖角是由于活塞组与气缸壁在柴油机运行过程中不断撞击，使活塞环表面材料承受过大的应力而发生变形所致。

这种磨损类型在十字头柴油机中容易出现，主要是十字头的摇摆所引起的，在冲程缸径比较大的柴油机中，这种撞击力随着活塞组距十字头中心距的加大而迅速增大，因此对活塞环与气缸壁形成的撞击力也尤为突出。

活塞组与气缸壁的撞击是在柴油机开始运行时就出现的，但由于新气缸套内壁有规则的网纹沟槽存在，缸壁油膜正常，加之运行初期活塞组清洁，活塞环在环槽内处于悬浮状态，此时撞击的接触面在活塞裙的减磨环上，所以活塞环不会出现尖角。

但在气缸套磨损一定量后，缸壁网沟槽变浅甚至消失，油膜变薄，同时活塞组经长时间运行，环槽结焦严重，活塞环突出活塞头外圆，在这种情况下撞击力由活塞环来承受。

由于活塞环的面积较减磨环小，故其应力成倍增加，油膜因无法承受这样大的应力而损坏，致使活塞环的边缘逐渐形成尖角。

当这种尖角一出现，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粘着磨损。

只要粘着磨损一出现，活塞环和气缸套表面立即遭受破坏，活塞环和油槽边缘的倒角迅速消失而变为锐边。

其次，在气缸套磨损后期，网纹沟槽接近平坦，致使这些带锐边的活塞环与油槽边缘在柴油机运行过程中更易互相碰撞，更易发生边缘剥落，继而形成磨粒磨损。

同时活塞环与气缸壁由于长期的高频撞击，其表面因疲劳而变硬变脆，剥落下来的金属颗粒硬度极高，使得任何合金铸铁，不管采用何种浇铸工艺和加工方法，都将无法承受这种高硬度颗粒的磨擦。

由于柴油机不断运行、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，甚至会在200～300h内达到破坏的程度。

虽然油槽附近的润滑油量最多，润滑条件最好，但因该处的磨粒最多，所以位于油槽处的磨损量反而最大。

另外，由于气缸套磨损是在供油正常、润滑油性质未经破坏的情况下发生的，所以损坏后的气缸套表面发白、清洁、湿润、光滑，没有明显拉痕。

2）撞击磨损的特征

此类磨损大多发生在大冲程缸径比柴油机中，在气缸套正常使用后期，气缸套磨损突然加剧，经拆开检查，此时缸径增大0.04～0.06mm，气缸套表面仍然清洁，只是加工的网纹沟槽变浅，下几道活塞环在其倒角和表面正常的情况下局部边缘出现尖角（如果用油石将这些尖角除去，装机使用一段时间后拆开，尖角仍会产生），相对于活塞环出现尖角处的气缸套表面也相应出现宽度为10～30mm的分散印影，从特征上判断，此处已形成干摩擦造成的粘着磨损。

在正常磨损条件下，磨损率为0.01～0.03mm/kh，而当处于撞击磨损占主导地位时，磨损率会突变为10mm/kh以上。

1.5复合磨损

气缸套内壁同时存在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作用的结果，其磨损速度远远大于单一形式的磨损，故应坚决避免。

一般在灰尘较多的场地作业时，在“三滤”效果较差的工况下，会以磨粒磨损为主。

在柴油机磨合质量差，润滑油质量低劣或变质，柴油机严重窜气、过热等工况下，易发生粘着磨损。

使用低质或含硫量大的燃料，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。

在冲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。

应当指出，由于一些不正常原因还会引起缸套内壁异常偏磨损。

例如，由于曲轴连杆弯曲、气缸套中心线与曲轴中心线不垂直以及活塞销孔与裙部不垂直等，均会造成缸壁沿曲轴轴心线方向磨损较大；气缸套安装不当时，会引起缸壁在相应方向上偏磨。

由于引起粘着磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损的因素可能同时存在，它们之间存在着必然的、不可分割的相互联系和相互作用，因此它们是很难分开的。

图2示出了粘着磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损三种磨损机理的相互作用图。

磨粒磨损和粘着磨损可促使腐蚀产物脱落，产生新生表面使之再遭腐蚀，从而加重腐蚀磨损；粘着磨损和腐蚀磨损产生的磨屑可成为磨粒引起“次生磨粒磨损”；磨粒磨损使表面粗糙，金属表面凸峰易于直接接触，从而加重粘着磨损；腐蚀磨损通过产生的表面膜而减轻粘着磨损[3]。

图2三种磨损机理的相互作用图

尽管实际中的磨损总是由二种或多种基本磨损机理共同作用引起的，但其中必有一种是磨损的主因。

在分析和解决实际中的异常磨损问题时，必须首先分清其主因和次因，然后根据轻重缓急分别采取措施解决。

2气缸套正常磨损规律

气缸套的正常磨损规律如图3所示。

a）纵截面磨损规律；b）横截面磨损规律

图3气缸套正常磨损规律

气缸套的正常磨损规律为：

在气缸套的纵截面呈锥形，上部磨损比下部大，且最大磨损位置在活塞处于上止点时，第一道气环附近，而沿气缸套向下磨损逐渐变小。

这是因为上部接近燃烧室，温度较高，活塞运动速度又低，油膜不易形成和保存，以及存在着腐蚀磨损等造成。

二冲程柴油机气口部位的磨损也是比较大的，其原因是该处的几何形状复杂，壁厚不均，热变形大，气口处又受进、排气（指弯流扫气）的冲刷作用，油膜容易破坏，而且在此处堆积杂质，所以容易造成磨损。

在气缸套横截面上的磨损呈椭圆形，而且椭圆的长轴在垂直于曲轴中心线的方向（左右方向）上，即横截面的磨损量左右方向大于首尾方向。

这是由于侧推力的作用（指筒状活塞），同时活塞往复运动的转向点也在左右方向，这都是造成磨损量大的原因。

故一般十字头柴油机横截面的磨损的长轴也是在左右方向。

若磨损量的椭圆长轴不在左右方向，就要进行具体分析，最大的可能是领三眼（即气缸、导板和曲柄三者的中心线）没有调整好而造成的[4]。

正常磨损的参数：

圆度误差、圆柱度误差、内径增量（缸径最大增量）小于说明书或有关标准的规定值；

缸套磨损率：

铸铁缸套＜0.1mm/kh，镀铬缸套在0.01mm/kh～0.03mm/kh之间；

气缸工作表面清洁光滑，无明显划痕、擦伤等磨损痕迹[5]。

3气缸套异常磨损的特征及原因

3.1气缸套异常磨损的特征

1）气缸套和活塞环的磨损率均很高，大大超过正常磨损率。

一般把铸铁气缸套磨损率＞0.1mm/kh，活塞环磨损率＞0.5mm/kh视为异常磨损。

2）缸套工作表面脏污，有明显的划痕、擦伤、撕裂，甚至咬缸和拉缸现象，或者缸壁表面发蓝，有明显的烧灼现象。

缸套工作表面形貌和金相组织发生变化。

3）异常磨损的磨损产物颗粒较大。

一般正常磨损的磨屑直径＜1μm，而异常磨损的磨屑直径达25μm～30μm。

气缸套异常磨损在吊缸检修时可以直观判断，或通过测量缸径计算出的磨损率、缸径最大增量（或圆柱度误差）和圆度误差等来判断。

图4a）为气缸套正常磨损后缸壁纵截面形状和磨损量的示意图，b）～g）为缸套异常磨损后纵截面形状和磨损量的示意图。

b）、c）为典型的异常磨粒磨损。

b）为缸套上部因新气携大量尘埃进入气缸和燃烧不良产生大量积炭引起的磨损。

c）为润滑油中机械杂质过多，筒状活塞式柴油机缸套润滑自下向上布油，造成下部严重磨损。

d）为上述两种因素并存时造成的严重磨损。

e）为缸套异常粘着磨损，特点是活塞位于上止点时第一道活塞环对应缸壁磨损异常增大，甚至出现大面积拉伤的拉缸现象。

f）、g）是典型的腐蚀磨损。

f）是燃油含硫量高或柴油机经常冷车起动使缸套上部腐蚀磨损严重，磨损量为正常磨损量的1～2倍。

腐蚀产物脱落引发二次磨粒磨损，使缸套中部磨损严重，磨损量为正常磨损的4～6倍。

g）是冷却水温过低导致的缸套下部严重腐蚀磨损。

图4气缸套磨损后纵截面形状及磨损量示意图

以上各种情况是典型的，原因是单一的，然而实际船舶柴油机缸套磨损情况则是复杂的，原因是多方面的。

所以，轮机员在分析缸套异常磨损原因时应根据实际运转工况全面考虑，具体分析。

例如某SulzerRD76型主机，在对主机No.2缸进行吊缸检修时，发现气缸套严重脏污，扫、排气口严重脏堵，活塞下部空间的脏污也比较严重。

在对气缸清洁后进行了测量，测量数据如表1所示，为了便于分析，同时列出了上次吊缸时的测量数据。

对表1的测量数据通过计算得到缸套各测量位置的磨损率如表2所示。

从表1、