【船机帮】老龄船舶柴油机缸套异常磨损的分析

目前，许多老龄船舶在我国仍在营运。

尤其在一些地方航运企业，其购买的船舶多为旧船。

这些船舶机械老化，作为动力装置的柴油机的心脏——活塞环、缸套系统，有许多 存在磨损率偏高的问题及由此而引起的一些附带效应（如功率不能正常发挥，耗油量大等问题），给企业带来很大的经济损失。

如何降低这些船舶柴油机的活塞环——缸套摩擦系统的磨损，是值得深入探讨的问题。

缸套的磨损是一个非常复杂的过程，其典型的磨损机理可分成三大类，即腐蚀磨损、磨料磨损和粘着磨损。

在正常运转的柴油机里，这三类磨损都可能同时出现，至于某一特定时间内哪类磨损机理占主导地位，由许多因素而定，其中操作条件是最为重要的。

在一般情况下，以上三种磨损是同时存在且相互关联相互影响的；但在一定的条件下有可能以一种磨损形式为主，为了正确判断和采取有效措施，必须根据实现情况仔细分析。 

（1）粘着磨损

经过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。

在薄膜润滑（边界润滑）的条件下，摩擦面间只有一层极薄的油膜，摩擦表面的部分尖峰会刺破油膜发生直接接触，或由于润滑条件差、局部高温等造成滑动表面缺乏充足的润滑油膜，也使摩擦表面间发生金属的直接接触。

当存在压力时，两滑动表面极微小的金属直接接触摩擦时，由于强烈的塑性变形导致了局部高温，使两者熔融粘着、脱落，逐步扩大形成熔着磨损。 

（2）磨粒磨损

由于柴油机进气中夹带有坚硬的外来物质，或由燃油及润滑油中所形成的炭粒、沥青质以及其他机械杂质等硬质颗粒进入气缸套，在气缸套的摩擦面和活塞的摩擦面之间形成 磨料，磨料与两摩擦面产生挤压、滚撞，使金属从气缸及活塞表面脱落下来，成为碎粒（磨损产物）等物质，并使金属的一个表面或二个表面受到损伤，这就是磨料磨损。

在海上，虽然进气中的磨料很少或几乎没有，但有效的空气过滤器仍然是十分重要的。

以筒状活塞式柴油机来说，确保系统润滑油有完善、有效的过滤器和离心式分油机也是同等重要的，因为这些措施可以去除刮损气缸，也刮损轴承的绝大部分外来物质。

（3）腐蚀磨损

腐蚀磨损是由于燃油中所含的硫分在燃烧时生成了二氧化硫（SO₂），然后又转化为三氧化硫（SO₃）。

燃油中的氢燃烧后生成水蒸气，三氧化硫与水蒸气反应则生成了对金属有严重腐蚀的硫酸。

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氧化变成三氧化硫的活泼催化剂。

根据实验，在废气中约有 1%～15%二氧化硫经进一步氧化变成三氧化硫。

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

亚硫酸和硫酸的存在，是产生腐蚀磨损的根本原因。

硫酸比亚硫酸对铁和铁合金腐蚀性强，危害性大。 

虽然前面对活塞环与缸套之间可能产生的三种基本磨损机理是分开讨论的，但在实际中这三者是很难分开的，这一方面是因为柴油机的实际工作条件恶劣，引起这三种磨损的因素可能同时存在；另一方面是因为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，将三种基本磨损机理的相互联系和相互作用进行分析、归纳如下：

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，从而加重粘附磨损；

腐蚀磨损通过产生的表面膜而减轻粘着磨损。

图 1 三种磨损机理的相互作用图

图1可将上述相互作用简单明了地表示出来，每种基本磨损机理与另外二种均存在一定的相互作用，这就解释了为什么实际中的磨损总是由二种或三种磨损机理共同引起的和解决一种磨损的措施为什么会影响到另一种磨损的原因。 

尽管实际中的磨损总是由二种或三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。

缸套内壁油膜稀释导致擦伤

改变老龄柴油机磨损不佳的状况，采取的对策如下所述。

采用检查并调整燃烧过程中的某些技术参数是极为有效的途径之一。

其主要测调对象有：

压缩比，压缩压力，过量空气系数，供油提前角和供油量，爆发压力，排气温度等几个方面。

这些将有助于改善气缸内的燃烧工况和发挥分配的均匀程度。

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