为什么使用短油嘴时 会导致主机气缸盖裂缝 ？
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使用短油嘴时，部分雾化的油束会喷射到气缸盖内壁表面上，引起缸盖产生过大的热负荷，导致主机气缸盖裂缝的故障案例
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缸盖生产车间图 (196)
故障现象：
某轮是一艘集装箱船,
可装载3800只的标准箱，
于1994年在日本川崎船厂制造，
MANB&W10L80MC机型的主机，
10只缸，缸径为800mm
冲程为2592mm，
额定功率为46700kW
营运转速为89r/min，
最大爆炸压力为137MPa。
在运行四万小时左右，
气缸盖在几个月时间里,
先后有四只气缸盖产生裂缝。
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缸盖生产车间图 (219)
故障处理过程：
1999年11月某日该轮停靠在青岛港，
预计停靠几个小时。
完车后，
值班轮机员按轮机长的交代,
把主机的示功考克和扫气箱放残阀打开,
并给主机暖缸,
其他处于备车状态。
完车大约几个小时后，
主机扫气箱放残收集柜(2.5m)高位报警，
但没有引起值班人员重视
只是通知主管轮机员
扫气箱的污油柜已满，
开航时要驳掉。
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在开航备车时,
主机进行冲车,
发现5*缸的示功考克有水气冲出,
以为是空气中的水分,
而且主机在运行中(转速为88r/min)
除了缸套冷却水压力(0.3MPa)有点波动，
其他的参数正常。
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三天后抵靠香港,
轮机长督促大管轮
对主机扫气箱进行检查,
大管轮在检查扫气箱时,
发现5*缸扫气口有水流出,
仔细检查,
气缸里如下小雨一样
(活塞正好在下死点)，
这意味着缸套或是气缸盖裂缝漏水。
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轮机长得知情况后，
下机舱检查确认，
但一时判断不出是哪一个部件漏水。
由于在香港停靠时间短,
即向公司安技科汇报,
要求修船厂上船协助查找
并更换损坏部件。
...
公司安技科安排香港合兴船厂上船，
对5*缸进行吊缸检查。
气缸盖吊出后。
发现气缸前半壁中下部有黄水
和锈斑痕迹,
而气缸盖燃烧室表面一层炭黑
看不出有裂缝漏水的痕迹。
所以起初怀疑是气缸套裂缝，
但又一时找不到裂缝的位置，
倘若更换缸套将要花几个小时
而影响开船时间。
因而船上与修理厂商讨,
以先易后难逐一排除的办法,
先用两个小时左右时间更换气缸盖，
按时离泊，
如果还是漏水的话,
到锚地再更换缸套也不迟。
...
经过两个多小时的拆装,
5#缸的气缸盖更换完毕,
开始压水试验检查不漏，
说明是气缸盖裂缝漏水
(并喷射到缸套前半壁形成黄水锈斑的假象)。
那么,
气缸盖的裂缝部位在什么位置呢?
船离开香港正常航行后,
轮机人员准备用水压查漏，
但由于气缸盖有四个进水口
排气阀冷却水腔和出水口,
另一方面气缸盖很大，
不容易把水口闷住。
因而轮机人员索性把
气缸盖所有的附件拆除,
把气缸盖「底朝天」,
燃烧室表面用钢丝刷彻底清洁，
发现在两只油头的喷雾方向,
有两只呈扇形状的凹坑,
面积大约为100x200mm,
再仔细检查后一只的凹坑,
有一条约20mm的裂缝。
这种情况先后在3#、8*、9*缸
发生同样情况(气缸盖裂缝漏水),
影响船舶安全航行。
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①原因分析
从气缸盖呈扇形的凹坑情况来看,
裸露的金属表面是比较光滑，
而且成有规则的波浪形,
凹坑的状态犹如「滴水穿石」的现象,
裂缝在波谷最深处。
从清洁下来的燃烧产物和腐蚀产物看
是高温腐蚀的症状。
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那么，
这种呈扇形的凹坑
如「滴水穿石」的高温烧蚀
是如何引起的呢?
该机型喷油器喷油嘴的下部分
(喷油嘴孔)是伸进在气缸盖的燃烧室里,
伸进燃烧室部分的大小就直接影响
雾化的油束与气缸盖表面的距离，
如果该部分过小，
那么部分雾化的油束就
会喷射到气缸盖内壁顶部,
这部分燃油不是雾化状态,
而形成线条状。
由于雾化的油束压力高达32~35MPa,
喷射速度快,
一方面会使喷到气缸盖内壁顶部区域的
燃油燃烧温度突然升高,
使之承受超大应力和热负荷;
另一方面燃烧产物中所含五氧化二钒
很容易造成高温腐蚀，
那么时间一长,
就在气缸盖上沿着燃油雾化的油束方向
(燃油喷射到气缸盖内壁顶部上)
产生凹坑。
当这个凹坑深度达到一定时，
气缸盖的局部承载强度就大大地减弱,
在大负荷高爆压(13.7MPa)情况下
(该高压油泵是采用VIT机构,
在高负荷时,
供油提前角随油门变化而变化，
保持最高爆压恒定)，
承受热应力和机械应力而产生疲劳裂缝。
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一般来说，
每一种机型的气缸盖可允许烧蚀凹坑，
在一定的程度内不影响安全运行。
MANB&W10L80MC机型的气缸盖凹坑，
可允许使用极限深度在8mm以内。
但从该轮有裂缝的气缸盖，
经测量凹坑最深度已达12mm，
那么在凹坑的波谷深处产生裂缝就毫无疑问了。
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从该轮的油嘴使用情况来看,
在备件中油嘴的长度共有长、短两种,
长的油嘴规格有三种:
a.7.0x140L=64.5 mm;
b.6.0x140L=64.5 mm;
c.6.1x140L=64.5mm
(标号53AD9605--14292)。
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短的油嘴规格有两种:
a.6.0x140L=57mm;
b.6.1x140L=57 mm
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经查长油嘴64.5mm
是最近两年订购来的备件，
而装机上使用的油嘴大多是
短油嘴57mm,
长油嘴与短油嘴长度相差7.5mm。
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另外,
据原机出厂时,
配用的油嘴只有L=52mm。
实践证明使用短油嘴时，
部分雾化的油束会喷射到
气缸盖内壁表面上，
而长油嘴就没有此现象，
说明制造厂已发现该油嘴设计上有缺陷
(过短52mm),
进行了逐步改进加长到64.5mm。
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比如,
一艘该轮的姐妹船，
在1997年开始使用长油嘴
(以前也是使用短油嘴57mm),
经吊缸检查,
气缸盖上虽然也有凹坑,
使其深度只有5mm左右未到极限，
至今还未发现气缸盖裂缝。
此外，
油头若是长时间未拆出清洁、
泵压检查或者是油头雾化不好滴油时,
那么在运行中,
油嘴容易结炭而影响燃油雾化的方向，
同样有一部分油雾也会直接喷射到
气缸盖内壁上，
也会造成高温腐蚀产生凹坑。
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后来该轮主机进行逐步吊缸检查,
各个气缸盖都有雷同情况，
凹坑深度达到8mm以上,
因而该轮就难免在几个月时间里,
相继有四只缸气缸盖产生裂缝，
而且其他六只缸也要进厂补焊修理解决。
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②应急措施
船上常规备用一只主机气缸盖,
如果只有一只气缸盖产生裂缝的话，
就更换备用没有什么问题。
但该轮5#气缸盖产生裂缝
更换备用的气缸盖后，
没有多长时间(一个月左右)，
3#缸又发生裂缝。
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订购的备件未送船和
换下来的气缸盖还没有送修理厂补焊，
那么只能由船上采取临时应急措施，
补焊解决，
做法如下:
先把有裂缝的气缸盖附件拆除，
而后用行车把气缸盖翻身「底朝天」,
对凹坑四周用钢丝刷、
砂纸彻底清洁干净，
然后用小砂轮把凹坑的波浪打掉磨平,
尽量在裂缝处
用砂轮磨出一条小「V」形槽，
按照主机缸头焊补工艺的要求
准备好气焊枪
进行预热和应力处理,
而后用耐腐蚀合金钢焊条
(船上一般没有，
就临时用不锈钢或者是普通的焊条)
直径选大一些(3~5mm左右)，
起初用120A左右的电流
对裂缝「V」槽进行补焊,
去除焊渣并用小砂轮磨平,
随后用更大的电流进行逐层补焊,
直到把凹坑补满,
去除焊渣,
并磨平和应力消除(保温一退火),
装复后投入使用。
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该轮经过船上自行补焊气缸盖的裂缝，
可以维持正常使用两千多小时没有问题。
只有这样临时补焊的应急措施，
后来才能把裂缝的气缸盖
逐步送厂修理解决，
不影响主机正常航行。
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③日常管理
该轮的主机气缸盖的裂缝
除了与油头上的油嘴长度直接有关外,
还与油头的雾化质量
以及燃油的质量有关。
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缸盖生产车间图 (230)
因而,
在日常维护管理中,
对油头的雾化质量要定期地检查，
虽然MANB&W10L80MO
机型说明书的要求，
对喷油器保养周期在6000小时左右，
但在具体运行中，
随着燃油的质量日益变差
每次在3500小时左右拆检油头时，
油嘴结炭比较严重，
何况以前在5500小时左右拆检油头。
另一方面随着主机的运行，
缸套磨损量的变大,
对油头的雾化质量也就要求越高，
因此要缩短油头的拆检周期，
建议在3000小时左右拆检，
至少可以把油嘴的结炭去除掉。
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其次，
是燃油的加热温度。
该机型主机燃用IF380CST的油品，
但经查该轮的燃油进机温度
在126~130℃，
根据燃油温黏特性可查到，
要把燃油进机的黏度控制在12CST左右，
燃油温度必须加热到138℃以上
况且如今燃油IF380CST的质量比较差，
因而要保持燃油加热温度，
在进机时至少在135℃以上，
才能使燃油雾化的质量提高，
减少油嘴的结炭。
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此外，
上述的长油嘴64.5mm有三种规格,
主要是油孔的直径不一样,
但在实际使用中,
主机在低速或更新油嘴使用一段时间
温差较大(80℃)外，
高速时温差很小，
一般在20℃以内，
所以三种规格的长油嘴都可以用
(但力求使用同一种规格的油嘴)，
避免再使用短的油嘴。
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在每次主机吊缸时,
装复气缸盖之前，
不应仅把气缸盖
与缸套接触表面清洁一下，
而忽视了气缸盖燃烧室表面的清洁，
以至于表面烧蚀和高温腐蚀产生的凹坑
被炭灰掩盖就很难发现
待到气缸盖裂缝漏水才发现，
那未免太迟了。
因而缸盖的燃烧室表面也要一道清洁
仔细检查,
尤其是油嘴孔和其他附件孔的周围,
如果发现有烧损凹坑,
要进行修理，
烧损凹坑较浅，
但有波浪或者有尖锐边缘
要把波浪形磨平或者
把尖锐边缘磨成弧度
(大于4mm半径弧度),
应该对烧损进行修整，
防止出现裂痕。
该轮的主机缸盖裂缝的情况
就是很好的事例。
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缸盖生产车间图 (239)
故障原因分析：
使用短油嘴时，
部分雾化的油束会喷射到
气缸盖内壁表面上，
引起缸盖产生过大的热负荷，
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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
AL0817-喷油器有问题可能会观察到的多个故障现象
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故障现象千奇百怪，
故障原因简单，也复杂，
请在评论或者私信中补充更多的相关
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都看到这里了，
顺手点个赞吧,
送给在现场维修并把维修过程讲述出来的大师傅们，
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