柴油机拉缸症状、种类、原因及应对措施

拉缸是柴油机活塞组件与气缸套配合工作面相互剧烈作用(产生干摩擦)在工作表面上产生过度磨损、拉毛、划痕、擦伤、裂纹或咬死的现象。拉缸是在有润滑条件下产生的不同程度的黏着磨损。拉缸轻时,使气缸套、活塞组件受损,严重时会造成咬缸的恶性机损事故。近年来,随着柴油机增压压力和单缸功率的提高气缸套和活塞组件的热负荷和机械负荷增加,再加上柴油机燃用高黏度劣质燃油等使拉缸事故更容易发生。

(一)拉缸的主要症状

(1)柴油机运转声音不正常,发出“吭吭”声或“嗒嗒”声。

(2)柴油机转速下降乃至自动停车因为气缸内摩擦功增大。

(3)曲轴箱或扫气箱冒烟或着火—由于缸套和活塞组件温度升高,使曲轴箱或扫气箱空间加热,油或积油蒸发成油气,当活塞环黏着或断环失落时使燃气泄漏以致着火。

(4)排烟温度、冷却水温度和滑油温度均显著上升。

(5)吊缸检查可发现气缸套和活塞环、活塞工作表面呈蓝色或暗红色,有纵向拉痕;气缸套、活塞环,甚至活塞裙异常磨损,磨损量和磨损率很高,远远超过正常值)

柴油机拉缸种类

一般柴油机拉缸事故多发生在运转初期的磨合阶段和长期运转以后。根据拉缸发生的时间和损伤特点分为以下两类:

1.柴油机运转初期的磨合拉缸

这种拉缸事故发生在新造或修理后的柴油机磨合阶段损伤部位在气缸套和活塞环工作表面,严重时波及活塞裙外表面。

2.柴油机运转中的拉缸

这种拉缸事故多发生在柴油机稳定运转较长时间(数千小时)以后,拉缸使活塞裙外表面烧伤、磨损和气缸套内上止点附近壁面严重磨损及气口筋部裂纹。铸铁气缸套与铝合金活塞发生拉缸时,可使活塞材料熔化并与气缸套表面焊接。

3.拉缸的工艺原因

柴油机拉缸事故的根本原因是气缸套与活塞环工作表面间的油膜变薄或遭到破坏所致。

当油膜变薄或局部破坏失去油膜时,使气缸套和活塞环配合表面的金属直接接触,发生黏着磨损,进一步发展和恶化即形成严重的拉缸事故。

使润滑油膜变薄和破坏的因素较多,除滑油品质不佳供油不足或中断、气缸套冷却不良、缸壁过热、超负荷等因素外,柴油机制造与安装精度和使用中的精度降低也是不容忽视的重要原因。所以,还应从工艺上分析拉缸的原因。

(1)气缸套与活塞环工作表面的粗糙度不合适容易引起运转初期的磨合拉缸。气缸套和活塞环的表面粗糙度对磨合过程有很大影响。表面粗糙度等级过低,表面太粗糙难以在较短时间内完成良好的磨合;若表面初始粗糙度等级过高,表面太光洁,难以存油而使金属直接接触,造成黏着磨损。新造或经修理的气缸套内表面粗糙度一般要求:高速柴油机Ra不超过0.8μm;中速柴油机Ra不超过1.6m;低速柴油机Ra不超过3.2μm。

(2)活塞运动装置对中不良引起拉缸。新造柴油机活塞运动装置与气缸套对中性差,即安装精度低,或者由于长期运转使导板、滑块、轴承等磨损破坏了活塞运动部件在气缸中的正确位置,致使柴油机运转中活塞在气缸中往复运动时产生摆动和敲击气缸,油膜被破坏导致拉缸事故。例如某油船主机修理后试车时发生第一五缸拉缸事故,起因是活塞运动装置对中不良。表24示出第一、五缸活塞与气缸套间隙测量值。分析数据可以看出,该筒形活塞式柴油机的第一、五缸首尾方向出现零值,表明活塞在气缸中向首端倾斜。活塞与气缸之间的配合间隙反映了二者的对中情况,配合间隙过大、过小或分配不均都会导致拉缸。间隙过大,运转时燃气下窜,破坏油膜;间隙过小,金属直接接触甚至黏着,当活塞往复运动时产生拉缸;间隙分布不均,活塞运动部件在缸中倾斜,往复运动时产生摆动敲缸,破坏油膜,产生拉缸。

(三)防止拉缸的工艺措施

1.保证活塞运动装置良好的对中性

新机在船上安装时应保证安装质量,保证活塞运动部件与固定件之间要求的配合间隙符合说明书或《规范》要求,从而使其具有良好的对中性。运转中的柴油机应加强维护管理,减少导板、轴承等的磨损,加强定期检测及时发现失中现象,防止由于对中不良导致拉缸。

2.气缸套内圆表面采用波纹加工或珩磨加工

采用波纹加工或珩磨加工气缸套,不仅使其内圆表面具有合适的粗糙度,而且在表面上形成网状沟纹。这种网状沟纹的表面减少了活塞环与气缸套的接触面积,提高了单位面积压力,加速磨合;由于网状沟纹可以贮油,有利于润滑,尤其缺油时沟纹内的油可以补充,从而可以防止拉缸的产生。通常大型柴油机气缸套采用波纹加工:首先进行波纹切削,使表面呈波纹状,然后再进行珩磨,将波纹顶部磨去15%这样的表面结构磨合效果最佳,拉缸发生率大大降低。中、小型柴油机气缸套则采用珩磨加工或振动加工,以形成良好的抗拉表面。

3.气缸套内圆表面强化处理

气缸套内圆表面采用松孔镀铬、喷钼、离子氮化处理等工艺来提高表面的耐磨性、抗咬合性,以提高缸套的抗拉缸性能。

4.活塞环外表面强化处理

采用镀锡、镀锌、镀铅等工艺,在活塞环外表面上镀覆一层5~10m的金属,可加快活塞环与缸套的磨合,提高配合面的密封性,减少由于窜气破坏油膜引起的拉缸事故。活塞环外表面喷钼,可以提高抗咬合性能和提高耐磨性因为钼的熔点高达2640℃和喷钼层多孔且孔分布均匀,贮油性好。