摘要：缸套穴蝕是船舶柴油機汽缸套常見的一種損傷形式，這對船舶柴油機工作的可靠性和使用壽命有很大影響。缸套穴蝕主要形式是局部的蜂窩狀的孔穴和麻點，而缸套穴蝕的成因機制主要有電化學腐蝕、空泡腐蝕等。隨著柴油機轉速、有效壓力、比功率的提高，相應的比重量逐漸降低，其結構日益緊湊和零部件壁厚減薄，船舶柴油機缸套穴蝕破壞日益引起人們的關注。文章論述了柴油機主要部件、冷卻水系統、柴油機工況等因素對穴蝕的影響，最后指出預防穴蝕的基本措施和檢修方法。

關鍵詞：船舶柴油機 缸套穴蝕 機理 預防 檢修

1 概述

穴蝕是水力機械或機件與液體相對高速運動時在機件表面產生的一種破壞。穴蝕又稱空泡腐蝕或者氣蝕。隨著柴油機轉速、有效壓力、比功率的提高，相應的比重量逐漸降低，其結構日益緊湊和零部件壁厚減薄，船舶柴油機缸套穴蝕破壞日益引起人們的關注，不少缸套的更換的原因并不是磨損所導致而是穴蝕破壞造成的，缸套的穴蝕破壞已經成為船舶柴油機的嚴重問題，必須采取有效的預防措施，以延長缸套的使用壽命。

2 缸套穴蝕的特征分析

2.1 故障發現

在進行吊缸的過程中，發現氣缸套外困椎面左右側聚集著蜂窩狀光亮小孔群，說明缸套發生了穴蝕。

2.2 缸套穴蝕的主要形式

局部聚集的蜂窩狀的孔穴和麻點。

2.3 缸套穴蝕的部位

穴蝕是一種從零件的表面開始的局部腐蝕。通過相關資料和對所在船舶缸套的實際觀察，發現濕式氣缸套外圓表面的穴蝕，一般集中在如下的幾個區域：

a．柴油機左右側方向，特別是在承受側推力最大一側的偏上方，并沿圓柱方向成帶狀分布；

b．缸套主承推側下支撐的密封圈附近缸壁，穴孔在密封槽上沿相互連接，呈蠕蟲條溝狀凹坑；

c．冷卻水進口、水流轉向處和水腔狹窄處對應的缸壁上。

2.4 缸套穴蝕的特點

從外觀上看，腐蝕處呈現的是一種局部的蜂窩狀或者分散狀凹坑的強烈侵蝕現象。與電化學腐蝕的樣子不同，表面沒有電化學腐蝕那種典型的橙褐色的腐蝕生成物，比較干凈清潔，往往呈現類似高溫氧化的紅褐色。穴蝕的情況通常是嚴重的。根據資料顯示，一般電化學腐蝕的腐蝕速度為0.05-0.10mm/kh，而穴蝕的速度要快得多，可達1.5-5.0mm/kh，幾乎快30~50倍。

穴蝕發生主要集中在高速柴油機上，隨著功率和強化度的增加，在中速機上也常有發生。下面所給出的資料（表1）為3種國產高速柴油機缸套的穴蝕情況。

表1 3種國產高速柴油機缸套的穴蝕情況

3 缸套穴蝕的機理分析

缸套外表面冷卻壁上通常可能產生空泡腐蝕、電化學腐蝕等，但是主要還是以空泡腐蝕為主。其現象往往是各種腐蝕綜合產生的結果。

3.1 缸套穴蝕的外因—高頻振動

氣缸套的穴蝕易發生在筒狀活塞式柴油機的冷卻壁面上，以及支承密封配合凸肩處和進水及水流急轉處的壁面上。

引起缸套穴蝕的主要原因是由于活塞在作往復運動的同時，還要受到側推力的作用，活塞在側推力作用下不斷沖擊缸壁的左右側，使汽缸產生高頻振動?；钊c缸套在橫向的貼合面的不斷變化，造成活塞撞擊缸壁并引起缸壁的振動。在活塞到達上止點并繼續形成膨脹的同時，側推力的方向也隨即變化，并以極高的速度和能量撞擊缸壁，引起橫向振動。在活塞的撞擊下，缸壁先向外彎曲后又朝里回振。氣缸套在向外彎曲時，對周圍的冷卻水產生一個壓力波；當氣缸套朝里回振時，缸套外壁附近冷卻水的壓力急劇降低，壓力的降低會引起冷卻水中的氣體析出形成氣泡，若壓力降低到該冷卻水溫度所對應的飽和蒸汽壓時，也會引起冷卻水汽化沸騰產生大量氣泡附著在缸套表面。當氣缸套壁再次向外彎曲時，新形成的壓力波將擊破小汽泡，并使部分汽泡又冷凝為水，當汽泡受到高壓沖擊而爆破時，就在破裂區附近產生高壓波，從而產生局部的液壓沖擊，使局部壓力和溫度急劇升高。理論和實踐證明，在微小氣泡的中心區壓力可高達幾十兆帕，由于產生絕熱壓縮，其溫度可高達幾百度。這種高壓波以極短的時間作用于很小的范圍內，就對缸壁產生強烈的破壞能力。這樣持續反復作用，促使材料疲勞，材料顆粒從缸套表面剝落下來，使缸套表面變得粗糙，接著出現蜂窩狀的小孔群，即為穴蝕。

3.2 缸套穴蝕的主要內因—缸套材質

缸套一般由鐵和石墨組成的鑄鋼制成，石墨的機械性能很差，在鑄鋼中布滿了裂縫和空洞。在拉伸載荷的作用下，石墨夾雜的兩端容易產生應力集中，致使裂縫擴大。當沖擊力很大的時候，缸套表面微小局部金屬發生塑性變形，不斷地作用使金屬疲勞而剝落。此外，與液體問摩擦和空泡破裂時，使缸套表面局部產生幾乎使金屬達到融化狀態的高溫，又在高壓作用下，更易造成金屬破壞，剝落后形成針孔。

3.3 電化學腐蝕

金屬被電化學腐蝕的條件：一是處于電解質溶液中；二是各部分存在著電位差。柴油機缸套外表面與冷卻水直接接觸，海水是當然的電解溶液，而淡水中也難免含有一些雜物、氧氣、氫氣及滲漏入水腔中的燃氣等。因此，缸套正處于電化學腐蝕的條件下，受到電解液的強烈的腐蝕作用。

3.4 其它腐蝕

導致缸套穴蝕破壞的第四個因素就是其它腐蝕，包括化學腐蝕、熱化學腐蝕（氧擴散）和沖刷腐蝕。冷卻水中不可避免的含有硫化氫、氧氣、二氧化硫、二氧化碳等氣體，這些物質都會和缸套金屬發生化學反應，使金屬發生化學腐蝕。

4 影響缸套穴蝕的其它因素

4.1 活塞結構的影響

首先活塞的長度對缸套的振動有較大的影響?；钊介L，那么它在缸套中的傾斜量就越小，與缸套的接觸面積越大，并且較長的活塞可以對缸套的振動起到衰減的作用。所以，增大活塞長度能減輕缸套的變形，降低缸套的振動頻率。但在增大長度的同時，活塞本身的重量和慣性力也隨之增大。顯然，活塞的長度要適當。

4.2 缸套結構的影響

從減輕穴蝕腐蝕角度出發，減小缸套在工作時的振動，一個有效的方法是增加缸套的厚度。缸套厚度的增加預示著自振頻率的增加，但是由于缸套剛度增大的效益更大，其結果是振動強度隨缸套壁厚的增大而明顯下降。缸套壁厚增大，則缸套不易發生穴蝕。但是隨之產生的負面影響也很大，比如由此帶來的笨重、散熱差、機械性能下降等。

4.3 活塞與缸套配合間隙的影響

活塞與缸套間存在的間隙使活塞在橫擺的時候對缸套產生沖擊，這種沖擊的大小是由活塞橫擺產生的速度和自身質量決定的。也就是說，速度越大、自身重量越大，那么，活塞對缸壁的沖擊就越大。所以，間隙越大，缸套受活塞的沖擊就越大，振動也就越大，越容易發生穴蝕?？s小活塞與缸套的間隙是降低缸套振動的有效途徑。

4.4 冷卻水系統對穴蝕的影響

柴油機冷卻水系統影響缸套穴蝕的因素包括：冷卻水溫度、冷卻方式、冷卻水腔結構和布置以及冷卻水的水質等，但影響的程度并不相同。

4.5 冷卻方式的影響

柴油機的冷卻方式分為開式冷卻系統和閉式冷卻系統兩種。開式冷卻系統直接用海水作為冷卻介質，為避免海水中的鹽類物質受熱沉淀后結垢，冷卻水溫度一般控制在50~55℃范圍內。而且含有大量鹽的海水又是強電解液，勢必加劇缸套的電化學腐蝕。因此，采用開式冷卻水方式，缸套穴蝕最易發生。在閉式冷卻水系統中，能夠提高并保持較高的冷卻水溫度和壓力。一般控制溫度在80~90℃，壓力在（1~1.2）×105Pa左右。使用閉式冷卻可以使用經過軟化、凈化后的冷卻水，可以較長時間不換水，還可以加入防止穴蝕腐蝕的添加劑。因此，采用閉式冷卻方式，可以有效地減少缸套穴蝕的發生和發展。

4.6 冷卻水腔容量和布置的影響

冷卻水腔夾層太窄的話，易產生空泡，如果溫度較高，并且空泡破裂所產生的沖擊波反復傳遞，這些都將加速缸套的穴蝕。所以冷卻水腔設計不良而造成的冷卻水腔狹窄，會產生局部渦流區或死水區，效果不良，易局部高溫，從而發生穴蝕。

4.7 柴油機負荷的影響

柴油機負荷的變化，將會引起缸內氣體壓力、側推力、溫度、活塞間隙等諸多因素的變化，而這些因素將從不同的方面影響缸套的振動。所以說柴油機的負荷對缸套的穴蝕程度的影響是復雜的。測試時，讓柴油機在額定轉速下滿負荷工作，結果發生的穴蝕是正常。當低負荷（30%負荷以下）運轉時，缸套的振動隨負荷增大而減?。怀摵蛇\轉時，缸套的振動又隨著負荷增大而增大。

4.8 柴油機轉速的影響

運動部件的慣性力隨柴油機轉速的升高而增大。增加轉速也就是增加活塞撞擊缸套的頻率。因此，會使穴蝕加劇。

5 預防缸套穴蝕的措施

5.1 缸套外圓表面覆蓋保護層或強化層

采用鍍銘、滲碳、噴陶瓷、涂環氧樹脂等工藝，使缸套外圓表面與冷卻水隔離，或者使外圓表面得到強化，可以有效地防止缸套的穴蝕。

5.2 適當增加缸套壁厚

根據前面所闡述的缸套壁厚對穴蝕的影響，我們可以根據具體的情況增加缸套的局部厚度，從而提高缸套自身的剛度，改變其固有頻率，避免發生共振現象。在減少振動的同時，也可以保證冷卻水道的狹窄程度，使冷卻均勻，盡量減少氣泡的產生。

5.3 在冷卻水腔內安裝鋅塊

在冷卻水腔中安裝鋅塊的目的是為了實施陰極保護，防止電化學腐蝕。這種方法可操作性強，經濟方便，堅持定期更換能取得良好的效果。

5.4 在冷卻水中添加適當的NL乳化防銹油

在缸套的外表上涂乳化防銹油能形成一層很薄的保護膜，不但可以防止電化學腐蝕，而且可以減弱空泡破裂時的沖擊波對缸套表面的沖擊作用，從而減輕穴蝕。通常我們添加的量采用淡水質量的0.75%。

5.5 正確調整噴油定時

在日常的輪機管理中，正確調整噴油定時是十分必要的。目的是防止最高爆發壓力過高而產生振動加劇。

5.6 膨脹水柜加蓋

防止空氣的進入也就是防止氣泡的產生，對防止空泡腐蝕有好處。

5.7 提高裝配質量

盡量保證缸套不在缸內歪斜，活塞不在氣缸中偏缸，以保證活塞缸套的配合間隙，減小活塞對缸套的沖擊，減小缸套的振動從而防止缸套的穴蝕。

6 檢修處理

針對已經發生的穴蝕情況，具體采用如下的幾種方法：

6.1 當缸套穴蝕深度未超過說明書所示極限時，通?？砂殉惺軅韧屏Φ姆较蜣D90°安裝繼續使用，以改變穴孔所在的位置。

6.2 注意是否按活塞與缸套規定的配合間隙下限裝配，盡可能減少活塞與缸套的配合間隙，保持缸套的支撐剛度。

6.3 定期徹底清理缸體與缸套的冷卻水通道。

6.4 提高檢修質量，保證垂直于連桿擺動平面的曲柄與活塞銷軸線的平行線。

6.5 對于已經破損或修補缸套的空泡腐蝕破壞，可在缸套外表面涂敷熱塑性或熱固性塑料及陶瓷等。

7 結束語

總之，在具體操作的過程中要依據具體機型、結構以及產生的原因，對穴蝕進行必要的檢修，方能收到良好的效果。

參考文獻

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作者：劉文貴  來源：天津航海