柴油机气缸套穴蚀的预防措施

气缸套穴蚀是柴油机常见的失效形式之一,穴蚀的产生,导致气缸套的使用寿命下降,严重时造成气缸套穿孔或开裂,甚至造成发动机损坏和严重事故。

1 穴蚀现象

柴油机在运转中,缸套外表面和缸体内表面浸水的某些部位会产生不同于一般腐蚀和机械磨损的呈蜂窝状密集麻点或鱼鳞状剥落痕迹,这种现象称为“穴蚀”。穴蚀产生的主要区域分布于水套壁中上部,连杆摆动平面内活塞产生最大交变侧压力部位,有的出现在水套与缸体间最窄处、水流进口处或液流转弯处以及相应的缸体部位。

穴蚀程度有三种形式:其一为轻微穴蚀,在穴孔处不存在腐蚀痕迹与产物,表面较为洁净,呈擦亮状,与周围其它部位相比显露出较少的铁锈和杂质,呈现类似于高温氧化的红褐色;其二为剧烈穴蚀,表现为损坏层较深;形成不规则形状坑穴,形态类似于强酸静态腐蚀;另一类穴蚀为损毁性穴蚀,坑穴可能穿透气缸套,使冷却液进入气缸,或冷却水进入机油箱底壳,对柴油机造成灾难性损坏。

2 影响穴蚀的因素

2.1 冷却系统

冷却系统对湿式气缸套的穴蚀也会产生很大的影响,具体表现为以下两个方面

1)水套进水转向处存在涡流区和死水区,即冷却水流进水套,在进口和出口与水流转向处形成涡流区和死水区•o涡流区的存在使水冲击缸套,死水区的存在使该处形成高湿和产生气泡,加速穴蚀。

2)水套狭窄。水套太狭窄,使冷却水可压缩性变小,则气泡破裂产生的冲击波不易被冷却水吸收,这些冲击波不断传递,加速了缸套穴蚀。

2.2 高频振动

缸套高频振动是引起穴蚀的最主要原因,产生高频振动的原因有以下几个方面。

1)燃烧爆发产生侧压力。燃料燃烧爆发会使活塞承受较高的压力,而缸套又承受一个侧压力(活塞撞击缸壁),并且这个力的方向随着柴油机的运转不断的从缸套一侧转移到另一侧。由于缸套与活塞间存在间隙,再加活塞的倾斜,则不可避免地产生冲击,所以使缸套产生振动。

2)缸套与活塞的配合间隙不合理。活塞在往复运动的转向瞬间,使活塞在其间隙中振动,则产生了对缸套的冲击。

3)缸套壁较薄。缸套壁越薄,振动越剧烈,当振动速度大于某一数值时,将对缸套产生穴蚀。

4)活塞的长径比偏小。即活塞长度与直径之比为1.4较为合理,若比值偏小,易使活塞产生侧倾,使活塞棱边与缸套壁接触,造成对缸套的撞击。

5)缸套支承形式不尽合理。缸套是靠上止口台肩与缸体配合支撑,下止口用橡胶密封圈密封,但下止口有间隙0.1mm左右,这样的支承可看成是悬臂支承,所以当活塞往复运动撞击缸套时,缸套中下部的振幅大,穴蚀较严重。

2.3 使用因素

柴油机工作粗暴及经常处于低温下工作,也会加速穴蚀。

3 穴蚀的预防措施

3.1 改进冷却系统

1)改进冷却水的特性。为减小冷却水的表面张力使其不易产生气泡及减轻冲击力,应添加一定量的防蚀剂,如乳化剂可降低水的导电性,即可减少电化学腐蚀。

2)改进结构。为消除冷却水流程中的涡流区和死水区,水流应沿缸套外壁的切线方向流进水套,并沿缸套外壁成螺旋上升,另外水套应加宽,可减小气泡破裂时的冲击力,以减轻穴蚀。

3.2 采用抗穴蚀的材料

一般金相组织均匀、表面硬度高、且热稳定性和抗腐蚀性好的缸套材料,其抗穴蚀性较好,如球墨铸铁、可锻铸铁,以及氧化铝、氧化硅、碳化硅等陶瓷材料。另外,在缸套外壁涂敷人造树脂等涂料,可以其塑性吸收冲击波,减少缸套振动,减缓缸套穴蚀。

3.3 减轻缸套振动

为了减轻缸套振动,应采用如下措施;即提高缸套的加工精度及装配精度,如果缸套安装倾斜,将使活塞对缸套的冲击增加:活塞与缸套的配合间隙应适宜,以及缸套上下定位部分与缸体的配合间隙应尽量减少,以便减轻缸套的振动;增加缸套壁厚、下支承上移以及采用偏置活塞销,以减轻缸套振动和对缸套的冲击,另外选择合理的喷油提前角以及柴油,改善柴油机工况,使其工作柔和,也可减轻缸套振动。

3.4 使用保养

1)应坚持使用软水,以减轻电化学腐蚀,实验资料证明:使用软水与使用含盐、碱的硬水相比,穴蚀速度相差几十倍。

2)及时消除燃烧室积碳,以免增高压缩比,导致柴油机工作粗暴。

3)及时清除水套内的水垢,保证冷却水的清洁和正常温度,避免水道变窄,使局部过热产生气泡。

4)选择油品较好的柴油,改善柴油机工况,工作柔和,避免粗暴操作。

为使柴油机工作柔合,应定期对其保养和维修。为防止柴油机长期在低温下工作,应采取一定的保温措施等。

4 结束语

影响缸套穴蚀破坏的因素很多,要根据穴蚀破坏的具体情况,针对主要因素采取消除或预防措施。

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