汽车缸套裂(报警时没有及时查明原因，导致主机所有缸套均发生裂纹的故障案例)

为什么主机5缸扫气箱高温报警并自动降速会导致主机所有缸缸套均发生裂纹？

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主机5缸扫气箱高温报警并自动降速时，没有及时查明原因，就将警报复位，导致主机所有缸缸套均发生裂纹的故障案例

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(001-028)缸套---G089气缸套损坏-缸套穴蚀-P1161-6114发动机漏水大修

故障现象：

某轮是20世纪90年代末

在大连造船新建造的好望角型船舶，

载重吨149135t

主机型号为B&W6S70MC

大连船用柴油机厂制造，

六缸机功率14300kW

额定转速85r/min

2005年7月,

该轮航行期间,

主机所有缸缸套均发生程度不一的裂纹,

经过安排临时修理维持航行,

并紧急订购备件陆续供船,

至9月底,

所有缸缸套换新。

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(001-028)缸套---G089气缸套损坏-缸套穴蚀穿孔-P050-NTA855康明斯发动机中修

故障处理过程：

7月16日,

该轮71航次从南非到荷兰的航行途中，

23:57主机5*缸扫气箱高温报警，

主机自动降速,

值班轮机员立即现场触摸

各缸扫气箱道门温度,

感觉无明显异常，

以为是温度传感器故障,

遂将该警报复位后,

主机开始自动加速程序。

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17日00:11,

当主机自动加速到71r/min时,

忽听一声爆响，

同时空冷器冷却水低压报警、

主机缸套水低压报警、

缸套水备用泵自动启动,

透平发出一声喘振,

主机后部透平附近有黑烟,

并有嗤嗤的漏气声,

主机再一次自动降速。

...

值班轮机员立即通知轮机长和大管轮，

同时通知驾驶台停车。

轮机长和大管轮下机舱

检查至5*缸后部时，

发现大量水从缸套部位流出，

水被气流吹成水雾，

此时由于惯性，

主机还没有完全停下来,

尚看不清具体的破漏处，

船上判断为缸套的冷却水套产生裂纹，

待主机转速进一步下降、气流减小后,

发现冷却水套有一道约10mm宽、

自上而下的贯通裂纹，

水从裂纹处流出。

再进一步检查:

发现5*缸缸套在透平侧自缸套上沿开始，

有大约1000mm长纵向裂纹,

在纵向裂纹的两侧有三道横向裂纹。

进一步检查其他缸情况,

均有不同程度的裂纹。

...

公司接到船上报告后,

紧急安排在拉斯帕尔马斯港

更换了5*缸套，

同时紧急订购其他缸备件

并计划在荷兰、比利时供船。

7月30日,

该轮先后抵达鹿特丹和安特卫普两港,

由于时间原因(缸套备件没有现货),

只好在第一港安排

METALOCK服务工程师上船，

对已裂纹的

1#、2#、3#、4、6#主机缸套

进行临时修理。

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9月11日,

该轮抵阿姆斯特丹港,

公司紧急定购4只缸套备件供船,

另一只仍在韩国加工,

计划安排在加拿大供船。

同时安排修理机舱天车,

指导船员用10吨葫芦换新1#、3#缸套,

因船期原因,

无法完成全部缸套换新。

...

9月18日开航,

航行期间将主机转速控制

在70r/min左右,

工况基本正常,

期间公司进行了24h全程跟踪。

29日,

该轮抵加拿大七岛港。

公司紧急安排剩余1只缸套

以及天车备件供船，

在当地完成了剩下3只损坏缸套的更换。

至此,

该轮主机缸套裂纹故障得到最终解决，

完全恢复了主机的正常工况。

...

(2)分析与处理

①技术分析

局部热疲劳是此次裂纹的直接原因。

柴油机工作中，

气缸套在燃烧压力、

内外温差、

气缸盖螺栓预紧力的作用下，

产生机械应力和热应力。

分类如下:

a.高频机械应力:

由于周期性变化的气体压力，

缸套承受高频机械应力;

...

b.高频热应力:

随着周期性气体温度的变化,

缸套承受高频热应力;

...

c.低频热应力:

随着柴油机使用中的起停，

缸套承受低频热应力。

...

MANB&W是一个成熟型机械制造厂。

已生产出千台同样类型的主机，

从设计和材料使用上，

不会不考虑机械应力，

高频热应力和低频热应力。

为了排除这些应力的可能,

故障发生后，

我们查阅了大量技术资料,

并通过定量的计算，

已经证明不是上述三种应力产生的裂纹。

...

基于以上受力分析，

船用气缸套大多采用耐热、

耐磨合金铸铁，

为了提高耐磨、耐蚀、耐热等性能,

加入了硅、磷、硼、锰、铬、钼等元素。

为了耐磨,

缸套内侧采用松孔镀铬。

为了磨合,

进行磷化处理,

内表面波纹加工、粗珩油纹。

缸套上部做出凸肩,

用气缸盖螺栓将缸盖、

缸套凸肩和缸体紧固在一起。

缸套只有上部固定,

下部可以因受热自由膨胀。

缸套上部受到燃气高温、

高压作用以及气缸盖螺栓紧固力的作用。

当前船舶所使用的柴油机。

全部为高增压。

长冲程或超长冲程柴油机，

缸套上部因组成燃烧室，

所受到的热负荷和机械负荷很大。

为了减少缸套上部的机械应力和热应力。

降低缸套上部的温度，

把缸套上部的凸肩做厚、做高,

并在凸肩中钻孔冷却。

钻孔是倾斜的,

孔与缸套内表面的距离

既要保证活塞环工作区

有足够的低温以利润滑，

又要防止温度过低

因燃烧重油产生较重的腐蚀。

...

仔细观察分析裂纹种类与分布，

其具有一定的规律性，

即裂纹都在同一个方向

且大约同一个位置出现,

且位于缸套的前左和右后位置，

并呈对角分布。

...

该型主机设计为两油头。

裂纹的位置则正好

被对面油头油嘴所指向。

并沿缸套顶部径向和缸套内壁纵向发展，

裂纹在不断地发展，

其速度较快。

损坏的5#缸套顶部凸缘裂纹沿径向贯穿，

所有裂纹都是从缸沿直角处开始

然后向纵深发展。

...

根据以上规律,

可以基本得出结论，

即缸套的裂纹源于缸套局部热疲劳，

而缸套的局部热疲劳是

燃油长期喷溅燃烧

产生的局部高温的结果。

...

产生局部热疲劳,

必须有两个条件,

热源和冷却，

这就需要检查油头的雾化和缸套的冷却。

根据裂纹规律，

可以确定的是同时

在相同位置产生的局部热疲劳和烧蚀

是因为燃油喷在上面的结果。

...

推测的具体过程是:

由于油头雾化不良,

产生油雾和油滴,

油滴穿透压缩空气,

飞溅到缸壁和缸盖。

产生局部过热。

...

通过现场的油头雾化试验，

6个缸的油头喷射角度相同，

油滴飞溅到缸头和缸壁的位置相同，

所以6个缸都有不同程度的裂纹。

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对此，

在船轮机长曾做过如下试验，

即将油头装在备用缸头上,

用油头试压泵(使用轻油)

在常压下

(不考虑实际汽缸内的压缩空气的阻力)

进行泵压试验,

发现燃油直接喷在斜向对面的缸头圆弧

和缸头下沿,

位置正好与缸套裂纹的位置基本吻合。

正常情况下燃油经油嘴喷射后

会受到汽缸内压缩空气的阻力

和气流的扰动

不会直接喷在缸套和缸头上的，

但是非正常情况下的不正常喷射

就会发生上述情况。

产生燃油喷溅则与燃油质量、

油头本身状况及油头安装位置有关。

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1.燃油的质量

在鹿特丹和安特卫普两港检查裂纹时，

发现4*缸缸沿壁上有大量的

未燃烧的重油，

其他缸有厚而坚硬的积炭，

在缸套裂纹处则非常明显。

其原理是如果燃油比重、

杂质和其他有害成分多的话，

就会使油头雾化不好,

工作失常，

而且细小的燃油颗粒

带着燃油形成油柱,

不但不能雾化,

而且由于其比重大

会穿透压缩空气的阻力

(38~40MPa油头启发压力

与汽缸内压缩空气压力60~85MPa之比)

到达缸套上沿在那里附着、燃烧。

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另外,

由于燃油杂质多,

不但影响雾化还容易堵塞油嘴喷孔,

检查中发现油嘴上有坚硬的积炭

在喷孔周围堆起，

用榔头才能敲下。

由于在油嘴喷孔周围堆起的坚硬的积炭

改变了喷孔的方向,

使燃油喷在缸头上再折射到缸套上,

其方向也与缸套裂纹的位置相吻合。

燃油喷在缸头上造成

缸头产生波浪形烧蚀,

个别油嘴喷孔堵塞,

使缸头冲刷烧蚀成沟槽。

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2.油头的工况

由于油头各部件的磨损造成漏泄

也会在油头喷孔周围产生坚硬的积炭，

从而改变喷孔的方向。

同时也会造成启阀压力低,

雾化不好使燃油喷在缸头上,

进而导致与燃油质量问题相同的结果。

经查,

目前船上的备用油头状态不好,

在试验中发现启阀压力一般都能达到,

但关闭时有燃油拖尾现象,

关闭时不干净利索。

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3.油头的安装位置

油头安装位置有偏差，

同时会产生上述的情况

进而导致相同的结果。

主机4*缸壁残存油垢和缸头背面烧蚀，

也说明油头的安装问题。

而油头安装的位置偏差则

与制造时的工艺及人员的操作有关。

有些船员在安装油头时，

加过铜垫，

而这是不允许的,

加过铜垫后,

油头位置提高,

更接近缸头，

如果雾化质量不好，

更加容易将燃油滴流到缸头和缸壁上,

出现过热源。

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②管理分析

船员日常操作、保养、检查不到位，

发生故障后的应对、处理失当，

加之船岸信息沟通不力,

致使故障扩大,损失加剧。

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(001-028)缸套---G089气缸套损坏-缸套穴蚀穿孔-P184-康明斯发动机中修

故障原因分析：

该轮此次故障,

造成6个缸缸套全损的巨大经济损失

同时也耽误了一定的船期。

冷静仔细地回顾和分析

我们处理过程的每一步,

我们认为,

如果检查及时,

处理得当,

该轮故障是可以避免的。

至少可以控制在局部。

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首先,

该轮在南非进行了主机5*缸吊缸，

当时已经发现缸套已磨损3.23mm，

已超过最低极限2.8mm，

同时发现了三处裂纹。

但船上没有及时换新缸套

也没有汇报公司，

继续装复使用，

留下了故障的隐患。

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此次是有前车之鉴的，

某公司曾有条船发现一个缸套裂纹漏水，

没有及时换新，

开航7天后,

结果又造成二个缸套裂纹,

最终致使船舶漂航。

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其次，

7月16日23:57

当主机5缸扫气箱高温报警并自动降速时，

值班轮机员立即到现场触摸

各缸盘根箱道门温度，

并感觉无明显异常，

以为是温度传感器故障，

没有报告轮机长,

自行将该警报复位,

主机开始自动加速程序。

十几分钟后，

当主机自动加速到71r/min时,

发出一声爆响,

致使所有缸套裂损。

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警报系统确实有误报警的可能，

但作为值班轮机员，

一定要对警报进行核实，

不能凭感觉凭经验,

事实证明报警并非误报,

因为即使警报报警，

扫气箱壁也不可能马上升温，

只是用手触摸外壁是不可能得以核实的。

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缸套穴蚀穿孔---owY2FCbTD2QA2zxGXxgbIEeDiLABAk2GnfA2Cj_tplv-4q3nkbmfbv-fit_504_672

a.接船时汽缸油调整不当，

导致5*缸过度磨损

经查,

该轮刚刚接船第一个航次，

由于气缸油调整不当，

活塞令和缸套磨损严重，

一个月的时间,

活塞令被磨损1mm，

初期磨合不当,

为以后的管理增加了难度。

45000h5*缸套磨损3.23mm，

也与当初的磨合有关系。

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b.船员在油头安装上存在错误做法,

容易产生过热源

有些轮机员在安装油头时加过铜垫,

这是不科学的,

因为加过铜垫后,

油头位置提高，

更接近缸头,

如果雾化质量不好,

更加容易将燃油滴流到缸头和缸壁上，

出现过热源。

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c.没有做好扫气箱清洁，

导致多缸活塞令卡死

在该轮连续几年的营运中，

活塞令卡死现象时有发生。

本次机损吊缸,

4*缸第1#、2*两道令卡死，

在南非主机5吊缸时，

也发现活塞令卡死现象

第3,4道活塞令槽天地间隙达到0.59mm。

主要原因仍是扫气箱过脏所致。

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重庆康名士发动机光头老周

整理的这个表，

也许对找到故障原因有帮助

AL0818-喷油器有问题可能会观察到的多个故障现象

G089气缸套损坏的一部分故障原因及故障表现简单描述

G089气缸套损坏的一部分故障原因及故障表现简单描述

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