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摘要：主机小水套裂纹产生的原因主要有三个方面：材料质量差、设计制造有缺陷以及管理操作不当。实际损坏案例往往是多个因素共同作用造成的。本文试图深入分析裂纹发生的原因，拨开层层迷雾，找到导致小水套发生裂纹损坏的原因，通过强化船舶的安全管理，以期达到提高水套安全系数，减少裂纹发生的目的。 1.主机小水套裂纹故障案例介绍 本文列举了8个小水套裂纹案例，涉及多个机型。这些小水套裂纹集中在两个区域：小水套固定螺栓开孔处、冷却水进口处（厚薄过度地带），特征明显。 案例1.定位螺栓处裂纹 某轮主机型号MAN B&W 5S60-MC,2015年韩国现代三湖重工建造。8月30日2240离码头驶往南方某港，31日0点出航道。主机定速航行，0139主机NO.5缸“小水套”发现漏水，船舶驶离主航道停船修理主机。0720故障修理完毕，船舶恢复正常航行。 图1T轮历史轨迹。
图2NO.5主机小水套漏水照片
图3N0.5缸小水套裂纹
案例2.k轮主机型号为MAN B&W 6S42MC7,韩国现代重工建造。主机定速航行不久后小水套崩裂，停航修理，损失船期7个小时。 图4裂纹处位于进水口处（厚薄不一）
案例3.图5进水管附近裂纹
案例4.固定螺栓孔处裂纹
案例5.图7进水管处裂纹
案例6.定位螺丝孔处裂纹
案例7：图9定位螺丝孔处裂纹
2.案例分析 2.1主机淡水冷却系统部分介绍 以MAN B&W S60 MC-C8图纸为例，简述一下柴油机冷却系统结构。“ 小水套”学名Cooling jacket,备件号P90101-0167-138。“小水套” 与气缸盖底部构成一个冷却水腔（138，067）。缸套冷却水通过冷却水套（俗称大水套，备件号P90302-0203-058）上的四个连接管（备件号129）进入“小水套” 的冷却水腔，而后进入钻孔冷却气缸盖、排气阀和阀座，最后再流入排气阀壳的上部冷却腔，后排至冷却水出口管。 图10.小水套结构图
067.气缸盖（Cylinder cover);114.定位螺栓（screw）；138小水套（Cooling jacket);129连接管(connection pipe);126 O令（O ring)。 2.2故障原因分析 小水套裂纹产生的原因主要有三个方面：材料质量差、设计制造有缺陷以及管理操作不当。实际损坏往往是多个因素共同作用造成的。本文试图深入分析裂纹发生的根本原因，拨开层层迷雾，找到导致小水套发生裂纹损坏的原因，通过强化船舶的安全管理，以期达到提高小水套安全系数，减少裂纹发生的目的。 小水套主要受到以下几个力：缸套水压力，热应力，O令的挤压力，连接管拉压力(因锈蚀不能自由活动)，定位螺栓束缚及因气缸盖伸缩变形产生的交变受力等，合力一旦超过小水套能承受的强度，就会在水套薄弱处产生裂纹，而后迅速扩展，最终导致完全破裂。 （1）材质方面 柴油机气缸盖是锻钢制造，气缸套为铸钢制造，而 “小水套“是由铸铁铸造而成。有的船舶在发生了水套裂纹，在备件申请单上特意注明小水套材质为铸钢。遗憾的是市场上还未见铸钢小水套，主要原因是性价比不高。小水套裂纹属小概率事件，虽然时有发生，但在船舶故障中总的占比不高。主机水套发生裂纹漏水后，船还可以继续航行一会，带来的损失也不大。故主机制造厂对这个故障都未予以足够重视。 （2）设计和制造方面 MAN B&W 主机小水套固定方式有两种：A水套通过4个定位螺栓”挂“在气缸盖上。收集到故障案例都是挂在气缸盖上的小水套。多数机型采用此种设计，制造简单，加工安装容易。
B水套通过两个螺栓”吊“在气缸盖上。部分MAN L系列主机及某些工厂造的S35MC机型。水套通过定位销来定位，加工麻烦，安装费劲。
小水套裂纹这个问题很好理解：小水套钻了四个孔，这四处是水套受力薄弱点，裂纹多是从这里开始的。另一处裂纹易发处是厚薄交界处，厚薄不均，热应力大。若是连接管锈死，连接水管把小水套顶裂的可能性也是有的。厂家设计时应在应力集中的地方要采取有效措施减小应力集中。铸铁材料还可能存在砂眼等局部缺陷， 导致疲劳强度等降低，这也会加大产生裂纹以及断裂的可能性。 （3）管理方面 A.“小水套”与缸套之间的间隙值一般为0.8～1.0mm，具体参数因机型不同而有所不同。MAN B&W在“小水套“在设计、制造时充分考虑了不同材质的热涨问题。即使在主机全负荷时，缸头与水套也不应出现硬碰硬接触。关键问题出现在二者之间的O令上。根据相关参考资料，正常的O令的压缩率为8%-25%,这样即可以保证良好密封又不至于“涨裂”缸套。如果O令品质差，老化失去弹性变塑性，胀死在令槽，并挤出飞边，缸套能不受力吗？
O令这种情况的主机，在停机时会发生水套漏水。主机定速后不漏水但有小水套破裂风险。漏水是更大事故的前兆，主机停机漏水说明O令不行了，宜尽早更换O令。 B.柴油机加速过快，容易造成柴油机燃烧室部件热负荷升高过快，此时缸套冷却水温度的自动调节会有相应的滞后，使得气缸盖实际温度高于正常运行时的温度，再加上气缸盖、和“小 水套“所用材料的热膨胀系数不同，导致气缸盖与“小水套”的膨胀程度不同而出现了气缸盖”大“而小水套“小”的现象。小水套因受力过大而涨裂，此种情况多发生在船舶起锚进港时。 C.船舶离港定速不久，主机还在不都断加速过程中，此时主机热负荷最大。主机从港内全速（FULL)到海速(N FULL),通常有四十多分钟。大型船舶所需时间更长。这个过程中主机各部件充分膨胀，达到最大值后下降而后维持相对稳定。多数裂纹发生在主机定速不久（此时主机还在加速过程中），这就好理解了为什么此时小水套发生裂纹。 D.柴油机冷却水处理不当，长期不投药或者投药不足。会导致气缸盖和水套腐蚀生锈。这些锈渣在柴油机反复拉伸运动中不断脱落，沉积在气缸盖和水套之间。冷却水腔发生结垢，在影响柴油机部件冷却效果的同时，还会减小相应的配合间隙。 E.这里重点说一下被大家平时忽视的定位螺栓。这个定位螺栓与普通螺丝不同，一头粗一头细。不存在安装用力过大导致水套受力不均的问题。水套四个定位孔没有螺纹，小水套是挂在气缸盖上的。主机运行时水套下部分随着缸套（拉压）一起上下运动。定位螺栓空余间隙允许小水套向外自由膨胀。 正确使用柴油机冷却“小水套“的定位螺栓，拧紧之后螺丝尾部跟小水套外壁之间还要留有一定的间 隙，给“小水套“膨胀留出余地。正确的安装图见图16
如果你在主机吊缸时不注意，把这个特殊的定位螺丝弄丢了，而用了一个普通的螺丝。安装时还用了力，后果可想而知。如下图所示，不裂就不正常了。
有的船对这个定位螺栓理解不透，只对角用力上紧两个（普通螺丝）螺丝。自然是另两处没上定位螺栓孔处裂了。这在T轮上得到了验证。
F.保持冷却水温相对恒定（80℃），对于缸套水温调温阀自动运行，水温波动大的船舶，缸套水温控制应由自动改为手动。不同机型淡水温度要求不一，以厂家具体说明书为准。主机动车前要确保主机各部件进行了充分的预热。 G.主机淡水系统定期投药化验，水质达标可以减缓冷却腔腐蚀，穴蚀。水中含氧低还可以减缓O令老化速度。淡水系统水压保持稳定（有的船舶设置有暖泵，靠港时只转暖缸泵而停缸套水泵，这种设计其实不太好）。启动淡水泵时会造成大量“冷水”进入主机。 H.避免主机长时间超负荷运转，导致燃烧室过热。热负荷大，各部件受力大，排烟温度过高同时会加速O令老化速度。主机平时都是正常负荷，突然加大负荷可能会导致某些部件损坏。 I.主机两此吊缸吊缸中间时间，拆下冷却水连接管，密封O令换新。防止时间久了，因连接管不能自由运动而导致小水套进水口处额外受力。 3.应急处理 采购高品质备件(O令），稳定的水温、水质控制，及时正确的维护保养、良好的船艺（船舶操纵）可以有效控制水套破裂风险，防患于未然。 |
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