案例分析：B&W 6S70MC主机缸套裂纹原因分析

B&W 6S70MC某轮主机缸套裂纹原因分析

某轮是好望角型船舶，载重吨 149 135t，主机型号为B&W 6S70MC,大连船用柴油机厂制造，六缸机，功率 14300Kw，额定转速 85RPM。 2005年7月,该轮航行期间，主机所有缸缸套均发生程度不一的裂纹，经过安排临时修理维持航行，并紧急定购备件陆续供船，至9 月底,所有缸缸套换新。

期间几经曲折、反复，无论是从技术角度还是从组织运作都留下了许多的经验、教训值得我们认真全面、深人地总结。

1 故障及处理经过

7月16日，该轮71 航次从南非 Richard Bay 到荷兰Rotterdam 的航行途中，2357L 主机 No.5缸扫气箱高温报警,主机自动降速，值班轮机员立即现场触摸各缸盘根箱道门温度，感光无明显异常，以为是温度传感器故障，遂将该警报 SKIP 复位后，主机开始自动加速程序。17 日 0011 L,当主机自动加速到71RPM 时，忽听一声爆响，同时空冷器冷却水低压报警(001104L）、主机缸套水低压报警(001109L)、缸套水备用泵自动启动(001117 L)，透平发出一出嘴振,主机后部透平附近有黑烟，并有嗤嗤的漏气声，主机再一次自动降速。

值班轮机员立即通知老轨、二轨，同时通知驾驶台停车。老轨、二轨下机舱检查至 No.5 缸后部时，发现大量水从缸套部位流出，水被气流吹成水雾，此时由于惯性，主机还没有完全停下来，尚看不清具体的破漏处，船上判断为缸套的冷却水套裂，待主机转速进一步下降、气流减小后，发现冷却水套有一道约10mm 宽、自上而下的贯通裂纹，水从裂纹处流出。

再进一步检查：发现 No.5 缸缸套在透平侧自缸套上沿始有大约 100cm 长纵向裂纹，在纵向裂纹的两侧有三道横向裂纹。进一步检查其它红情况，均有不同程度的裂纹。

公司接到船上报告后，紧急安排在拉斯帕尔马斯港更换了 N0.5 缸套，同时紧急订购其它缸备件并计划在荷兰、比利时供船。7月30日，该轮先后抵达鹿特丹和安特卫普两港，由于时间原因(缸套备件没有现货），只好在第一港安排 METALOCK 服务工程师上船，对己裂纹的 N0.1、2、3、4、6主机缸套进行临时性修理。

9月11日，该轮抵 AMSTERDAM 港，公司紧急定购4 只缸套备件供船，另一只仍在韩国加工，计划安排在加拿大供船。同时安排汉远修理机舱天车，指导船舶用 10 吨萌芦换新 NO.1、N0.3 缸套，因船期原因，无法完成全部缸套换新。9月18 日开航，航

行期间将主机转速控制在 70RPM 左右，工况基本正常，期间公司进行了24h 全程跟踪。29 日，该轮抵加拿大 SEVEN ISLANDS 港。公司紧急安排剩余 1只缸套以及天车备件供船，在当地完成了剩下 3只损坏缸套的更换。至此，该轮主机缸套裂纹故障得到最终解决，完全恢复了主机的正常工况。

2原因分析

2.1 技术分析：局部热疲劳是此次裂纹的直接原因柴油机工作中，气缸套在燃烧压力、内外温差、气缸盖螺栓项紧力的作用下，产生机械应力和热应力。分类如下：

1）高频机械应力：由于周期性变化的气体压力,缸套承受高频机械应力；

(2）高频热应力：随着周期性气体温度的变化，缸套承受高频热应力；

(3）低频热应力：随着柴油机使用中的起停，缸套承受低频热应力。

众所周知，MAN B&W 是一个成熱型机械制造厂,已生产出千台同样类型 的主机，从设计和材料使用上,不会不考感机械应力，高频热应力和低频热应力。为了排除这些应力的可能，故障发生后，我们查阅了大最技术资料，并通过定量的计算，己经证明不是上述 三种应力产生的裂纹。

基于以上受力分析，船用气缸套大多采用耐热耐磨合金铸铁，为了提高耐磨、耐蚀、耐热等性能，加人了硅、磷、硼、锰、镕、钼等元素。

为了耐磨，缸套内侧采用松孔镀铬。为了磨合，进行磷化处理,内表面波纹加工、粗珩油纹。缸套上部做出凸肩，用气缸盖螺栓将缸益、缸套凸肩和缸体紧固在一起。缸套只有上部固定，下部可以因受热自由膨胀。缸套上部受到燃气高温、高压作用以及气缸盖螺栓紧固力的作用。当前船舶所使用的柴油机，全部为高增压。长冲程或超长冲程柴油机，缸套上部因组成燃烧室，所受到的热负荷和机械负荷很大。为了减少缸套上部的机械应力和热应力。降低缸套上部的温度，把缸套上部的凸肩做厚、做高，并在凸肩中钻孔冷却。钻孔是倾斜的，孔与缸套内表面的距商既要保证活塞环工作区有足够的低温以利润滑，又要防止温度过低因燃烧重油产生较重的腐蚀。

仔细观察分析裂纹种类与分布，其具有一定的规律性，即裂纹都在同一个方向且大约同一个位置出现，且位于缸套的前左和右后位置,并呈对角分布。该型主机设计为两油头，裂纹的位置则正好被对面油头油嘴所指向。并沿缸套顶部径向和缸套内壁纵向发展，裂纹在不断地发展，其速度较快。损坏的5 缸缸套顶部凸缘裂纹沿径向贯穿,所有裂纹都是从缸沿直角处开始然后向纵深发展。

根据以上规律，可以基本得出结论，即缸套的裂纹源于缸套局部热疲劳，而缸套的局部热疲劳是燃油长期喷溅燃烧产生的局部高温的结果。

产生局部热疲劳,必须有两个条件,热源和冷却,这就需要检查油头的穿化和红套的冷却。根据裂纹规律，可以确定的是同时在相同位置产生的局部热疲劳和烧蚀是因为燃油喷在上面的结果。

推测的具体过程是：由于油头雾化不良，产生油雾和油滴，油滴穿透压缩空气，飞溅到缸壁和缸益产生局部过热。

通过现场的油头雾化试验，6个缸的油头喷射角度相同，油滴飞溅到缸头和缸壁的位置相同，所以6个缸都有不同程度的裂纹。对此，在船轮机长曾做过如下试验，即将油头装在备用缸头上，用油头试压泵(使用轻油）在常压下(不考感实际气缸内的压缩空气的阻力）进行泵压试验，发现燃油直接喷在斜向对面的缸头圆弧和缸头下沿，位置正好与缸套裂纹的位置基本吻合。正常情况下燃油经油嘴喷射后会受到汽缸内压缩空气的阻力和气流的扰动不会直接喷在缸套和缸头上的，但足非正常情况下的不正常喷射就会发生上述情况。产生燃油喷溅则与燃油质量、油头本身状况及油头安装位置有关。

2.1.1 燃油的质量

在鹿特丹和安特卫普两港检查裂纹时，发现N0.4 缸缸沿壁上有大量的未燃烧的重油，其他缸有厚而坚硬的积碳，在缸套裂纹处则非常明显。其原理是如果燃油比重、杂质和其他有害成份多的话，就会使油头雾化不好，工作失常，而且细小的燃油颗粒带着燃油形成油柱不但不能雾化,而且由于其比重大会穿透压缩空气的阻力(380— 400BAR 油头启发

压力与汽缸内压缩空气压力 60--85BAR 之比)到达缸套上沿在那里附者、燃烧。

另外，由于燃油杂质多，不但影响雾化还容易堵塞油嘴喷孔，检查中发现油嘴上有坚硬的积碳在喷孔周围堆起，用榔头才能敲下。由于在油嘴喷孔周国堆起的坚硬的积碳改变了喷孔的方向，使燃油喷在缸头上再折射到红套上，其方向也与缸套裂纹的位置相吻合。燃油喷在缸头上造成缸头产生波浪型烧蚀，个别油嘴喷孔堵塞，使缸头冲刷烧蚀成沟槽。

2.1.2 油头的工况

由于油头各部件的磨损造成漏泄也会在油头喷孔周围产生坚硬的积碳，从而改变喷孔的方向。同时也会造成启阀压力低，雾化不好使燃油喷在缸头上,进而导致与燃油质量问题相同的结果。经查，目前船上的备用油头状态不好，在试验中发现启阀压力一般都能达到，但关闭时有燃油拖尾现象，关闭时不干净利素。

2.1.3 油头的安装位置

油头安装位置有偏差，同时会产生上述的情况进而导致相同的结果。主机 N0.4 缸缸壁残存油垢和缸头背面烧蚀，也说明油头的安裝问题。而油头安装的位置偏差则与制造时的工艺及人员的操作有关。有些船员在安装油头时，加过铜垫，而这是不允许的，加过铜垫后，油头位置提高，更接近缸头，如果雾化质量不好，更加容易将燃油滴流到血头和缸壁上，出现过热源。

2.2 管理分析：船员日常操作、保养、检查不到位，发生故障后的应对、处理失当，加之船岸信息沟通不力，致使故障扩大，损失加剧。

该轮此次故障，造成6个缸缸套全损的巨大经济损失同时也耽误了一定的船期。冷静、仔细地回顾和分析我们处理过程的每一步，我们认为，如果检查及时，处理得当，该轮故障是可以避免的，至少可以控制在局部。

首先,该轮在南非 RICHARDBAY 进行了主机No.5缸吊缸，当时已经发现红套已磨损 3.23mm,已超过最低极限 2.8mm，同时发现了三处裂纹。但船上没有及时换新缸套也没有汇报公司，继线装复使用，留下了故障的隐患。此次是有前车之鉴的，某公司曾有条船发现一个缸套裂纹漏水，没有及时换新，开航7天后，结果又造成二个红套裂纹，最终致使船

舶漂航。

其次，7 月16日2357L，当主机 No.5缸扫气箱高温报警并自动降速时，值班轮机员立即到现场触摸各缸盘根箱道门温度，并感觉无明显异常，以为是

温度传感器故障，没有报告轮机长，自行將该警报SKIP 复位,主机开始自动加速程序。十几分钟后，当主机自动加速到71RPM 时，发出一由爆响，致使所有缸套裂损。

警报系统确实有误报警的可能，但作为值斑轮机员，一定要对警报进行核实，不能凭感觉凭经验，事实证明报警并非误报，因为即使警报报警，盘根箱壁也不可能马上升温，只是用手触摸外壁是不可能得以核实的。

2.2.1 接船时气缸油调整不当,导致 No.5 缸过度磨损

经查，该轮刚刚接船第一个航次，由于气缸油调整不当,活塞令和缸套磨损严重，一个月的时间，活塞令被磨损 1mm，初期磨合不当，为以后的管理增加了难度。45 000h No.5 缸套磨损 3.23mm，也与当初的磨合有关系。

2.2.2 船员在油头安装上存在错误做法，容易产生过热源

有些轮机员在安裝油头时加过铜垫，这是不科学的，因为加过铜垫后，油头位置提高，更接近红头，如果雾化质量不好，更加容易将燃油滴流到缸头和缸壁上，出现过热源。

2.2.3 没有做好扫气箱清洁，导致多缸活塞令卡死

在该轮连续几年的营运中，活塞令卡死现象时有发生。本次机损吊缸，No.4 缸第1、2 两道令卡死,在RICHARD BAY 主机 No.5 吊缸时，也发现活塞令卡死现象，第3、4 道活塞令槽天地间隙达到 59丝。主要原因仍是扫气箱过脏所致。

2.2.4 油头拆检、试验方法不规范，雾化效果无保障

据在船船员反映，在停泊期间，手摸回油管接头，有余温，但不烫手，这种现象不正常。说明油头的滑阀没有开启或不到位，这必然影响燃油的雾化。

油头拆检、试压是基本的保养工作，对于 MANB&R机型，厂家已有明确的通函要求，不能按传统的“噗噗”喷雾的方式检验油头好坏。正确的方法是检查油头两只弹簧螺帽，指示销不能交形(松驰位、销子在上位、压紧位、销子在下位）。

油压低于 10Pa 时，由于滑阀开启，从回油管可见回油;密封试验：慢

慢增加油压，大于10Pa时，小于 250Pa，这是油头的密封试验。这时的回油管和油头不能有渗油;开启试验：慢慢增加油压，直到油嘴滋出油流，这时的压力

就为油头的开启压力。

注意：是滋出油流，并不是“噗噗”喷雾。按通函要求：由于正常营运中，高压

油泵的压力远大于试验压力，上述的泵压试验就可以满足使用要求。这一点，许多船员产生误解。也确实,油头是否真正雾化，试验台上没有看到;滑阀动作试验:慢慢降油压，接近 10Pa，时，油压迅速降到O Pa，回油管有回油。说明滑阀开启，动作正常；滑阀密封试验:将回油管盲死，保持油压到 100P日 左右,稍松回油管闷头，如果有油持续流出，说明滑阀

关闭不严。如果油嘴的定位销渗油，说明下部0型密封图失效，如果油头锁紧大螺帽渗油，则大螺帽0令失效。

3总结与反思

现代柴油机技术融汇了多项新技术新材料新工艺的应用技术，为了达到紧凑、高效、低耗的效果，其对材料的应用己经达到了极限。也对船员的操作和保养提出了新的更高的要求，为此,厂家也发布过多项技术通西对这些要求进行了明确详细的閘述和说明，如对于主轴瓦、甩瓦、十字头瓦发现龟裂，即使是细小的裂纹也要换新。对于这种长冲程、超增压的

柴油机，缸套的细小裂纹，要么使用“切销'(CHAMFERING)，将裂纹切销掉，要么换新等等。

另外，通过前面的分析可以看出，如果在事发初期,船上发现缺陷能及时汇报，在故障发生时船员能正确得当地应对、处理，如此大范围的故障和损失是完全可以得到控制甚至避免的。所以，船员在日常检查和保养过程中，发现设备运转中报替、或过度的或不正常的损坏、磨损，如红套产生的裂纹、活塞令的异常磨损等，在原因不明确，实施解决办法又没把握时，当事人一定要汇报轮机长，轮机长要及时如实地向公司汇报，公司將根据船上汇报给予相应的技术指导和岸基支持，任何形式的隐購不报、不了了之,將极有可能导致故障加剧，损失扩大。