船机故障心莫慌，遇事不决船机帮
导读
K6SZ70/150C型柴油机是MAN公司设计的KSZ系列船用低速柴油机。
缸径为700mm，冲程为1500mm，主机最大持续功率为9900kW,转速为132 r/min,平均有效压力1.3 MPa。
该机作为远洋集装箱货轮汾河号的主机投入营运以来由于其先天的设计缺陷，一直存在着缸套早期损坏的问题，8年期间主机缸套损坏22个，给船舶的安全航行和营运效率带来了严重的影响。
该型系列柴油机是30年前主力机型，虽然机型较老，但作为技术交流，依然具有参考价值。
一、MAN K6SZ70/150C型
缸套损坏规律及裂纹形状
MAN K6SZ70/150C型柴油机作为船舶主机投入运行以来，缸套和活塞环的磨损率高和缸套裂纹损坏一直是很突出的问题。
根据分析，该机缸套的平均磨损率为0.15 mm/1000 h,活塞环（第一、第二道环）的平均磨损率为0.5～0.6 mm/1000h，最严重时达1.0 mm/1000h，远远高于一般缸套和活塞环的磨损率，比老一代KSZ系列机型缸套的使用寿命周期几乎缩短了一半。
因而吊缸的平均周期维持不到4000h，只有原来设计指标的1/3左右。
在缸套的圆柱度误差度不超过1mm、扁圆度误差不超过0.5mm时，第一道环的磨损率大致在0.3～0.35 mm/1000h，这时的活塞维修周期一般在7000 h左右。
如果圆柱度误差超过2.5mm，扁圆度误差超过1.0mm时，活塞的维修期很少能达到5000h.每当活塞环的厚度从标准尺寸22 mm减小到19mm以下时，第一、二道环的断裂大大增加，而且活塞在气缸中不能保持良好的气密性。
如果继续在高负荷下运转，高压、高温燃气的泄露使缸套表面热负荷在漏气部位迅速增加，运动表面的润滑被破坏，更加剧磨损，这成为该机屡屡发生缸套损坏的主要因素之一。
另一方面，裂纹问题也是K6SZ70/150C型柴油机缸套损坏的主要因素。
这些裂纹的分布有如下规律：
1) 在气缸套顶部至活塞上止点时第二道活塞环槽以上的燃烧室一侧缸壁上有多条长短不一的轴向裂纹，从缸壁表面开始向纵深延伸.据了解MAN K6SZ70/150C型机的大多数缸套的损坏都是由这种裂纹引起的。
2) 裂纹发生在冷却水溢流孔侧向，向上延伸至与缸盖接触的凸缘面，这类裂纹一般都是先从出水孔圆周的内部顶部出现比发丝还细的裂纹，慢慢向上延伸至缸套上部凸肩口为止，这类裂纹一般不危及安全运行。
3) 裂纹发生在缸套气口中部呈周向，裂口较大，长度横扫气口可达整个圆周的1/3。
这种裂纹出现必然会导致产生拉缸和咬缸现象，而且活塞裙不是碎裂就是严重拉伤。
这种裂纹多发生在缸套磨损超过极限或扁圆度误差过大时，出现这种裂纹对主机的影响
较大。
二、MANK 6SZ70/150C
柴油机缸套损坏的原因分析
1、缸套本身的设计和材质问题
MAN K6SZ70/150C型柴油机由于其在设计、材质和高技术指标之间存在先天的差距，因而屡屡发生缸套损坏事故。
这些缺陷具体表现在：
1) 气缸头部冷却腔的设计不能满足气缸套在高热负荷下的冷却要求。
2) 气缸套和活塞环材料的相互磨损较大，导致缸套的寿命低下。
3) 在高的热负荷及变应力作用下，气缸套材料不能满足强度要求。
2、缸套和活塞环的非正常磨损问题
当气缸套和运动机件制造安装不正确，润滑不良，腐蚀磨损和磨料磨损严重时，气缸套的磨损量会远远超过正常磨损量.具体的原因如下：
1) 活塞在气缸中对中偏差太大使活塞和气缸套产生偏磨损.当十字头滑块和导板磨损过大，连杆大小端轴承和主轴承偏磨时，活塞在气缸中偏置或倾斜，产生敲击或拉缸等。
2) 气缸套上润滑油膜的破坏。
3) 在润滑油中混进了泥沙和焊接的飞溅物；或在进气中混入灰砂、焊接飞溅物，从而造成磨料磨损，这种磨料磨损本身可能就比较严重，甚至导致拉缸。
4) 由于活塞环区域的温度太高，燃油和滑油添加剂的性质不良，在活塞环槽中产生积炭或沉淀物。
活塞环背后的沉淀物把环顶在壁上，活塞环天地间隙的沉淀物阻碍了环在槽中的运动，使环与缸壁间的磨损加重。
燃油和滑油燃烧后与添加剂生成的灰被油膜吸收形成磨料都可使磨损大大加剧。
5) 由于气缸的过度冷却，使缸壁上产生大量的酸性物质，润滑油周向分布不均匀，使气缸套局部表面上的酸性物质得不到中和引起腐蚀磨损。
6) 气缸套活塞由于冷却不均，高温、高压等原因产生不规则变形从而发生擦伤或烧伤。
以上所述几点是MAN K6SZ70/150C型柴油机在工作过程中出现气缸套和活塞环过度磨损的主要原因。
此外，在每一次吊缸后都会有换活塞环问题，这会加剧气缸套的磨损。
气缸套在装配中由于预紧力过大或受力不均，会产生偏压或缸套中心线偏斜，在高温、高压周期性气体爆发压力作用下这些部位很容易产生疲劳裂纹。
大型低速船用柴油机的管理运行有非常严格的规定.船用柴油机在运行中保持正确的操作管理和定时的维修保养是非常重要的。
MAN K6SZ70/150C机过高的技术指标与其内在质量和管理水平间存在较大的矛盾而导致了缸套的低寿命。
因而在运动中的技术管理上可以通过适当的控制某些技术指标，提高维护保养水平来降低气缸和其它零部件的热负荷和机械负荷，延长其使用寿命。
三、MAN K6SZ70/150C
机缸套的改进措施研究
缸套的活塞环的过度磨损是MAN K6SZ70/150C机缸套损坏的主要原因。
因而减少缸套和活塞环的过度磨损是解决缸套损坏的有效方法，具体有以下改进措施：
1、适当降低主机运动技术指标
1) 修改高压油泵柱塞控油制造几何型线，降低部分负荷时的爆压，使在85%额定负荷下的爆压下降(6～8)×105Pa，但这个措施将会增加燃油消耗1.5 kg/(kW.h)。
2) 改善头部的冷却，加强头部的润滑以降低头部的热负荷。
在缸套上部冷却水通道口处加装一只节流圈，以控制冷却水流量，使冷却水通往缸套上部去的冷却水量增加，降低这部分的热负荷。
3) 控制缸套出水口的温度，尽量使其保持在78℃左右，以减少内外温差以降低热负荷。
4) 改善扫、排气口处的裂纹，应尽量保证扫气口处冷却水的畅通。
2、避免缸套由于装配问题而产生裂纹
1) 对于气缸套、活塞环和活塞的装配必须严格按照说明书的要求去做，以避免缸套的偏压和中心线偏斜。
2) 除了活塞环第一道继续采用13mm的等离子镀膜PM3-PM4外，其余用RAK型，第三道环也改用气密环，各环的切口改为左切口和右切口间隔安装，以达到改善活塞的漏气情况和保证缸套表面的润滑。
3) 每次吊缸后，换新活塞环虽然能改善气缸的密封条件，但同时也使气缸套的磨损加剧。
因而，为兼顾这两个方面，可采用以下的措施：
a.每次吊缸时，No.1和No.2环须予以更新，其他环则维持不变.根据实际使用结果的统计分析，每使用6000 h，No.1环的径向宽度会减小2.7～3.mm，No.2环会减小1.0～1.5mm，而No.3,4,5环约磨损0～0.8 mm，尤其是No.4环几乎没什么磨损。
b.若No.3,4,5环径向宽度≤20 mm时，则必须更新。
4) 对于缸套，活塞和活塞环的磨合应严格按照说明书的要求完成。
在磨合过程中，应通过对气缸油注油器上每个注油点的微调螺钉调到最大位置。
为了确切起见，应选定一个较低的磨合转速，测出当微调螺钉处在最大位置时的气缸注油量。
这个量应大于正常量的1倍以上，如测得的结果达不到这个量，则第一种方法是调节单缸的传动连接杆；
另一种方法是每隔20min人工摇一次注油器，以后500h内逐渐将气缸油减至正常供油量。
同时，加速的过程绝对不能太快，不足的气缸油和过快的加速操作是导致磨合期间拉缸和咬缸的两大致命伤，必须提到一个十分重要的高度来认识。
5) 改善缸套在凸肩面由于受到周期性的高温、高压的燃气作用而引起的高负荷可采用如下措施：
在缸盖和缸套接触平面之间增加一根软铁密封圈使缸套外缘在缸盖受热膨胀时增加正切向压强，同时考虑在新提供的缸套溢流孔内加一只螺纹的内衬套以增加强度。
3、改善主机的运行管理控制
1) 适当的降低主机的技术指标来减少缸套的损坏，降低技术指标主要通过对输出功率的控制，船舶航行中在一般情况下不会超过额定功率，但在下列情况出现时，很容易发生柴油机高负荷或超负荷功率输出，应特别引起注意和及时进行控制：顶风、逆风或大风浪中航行，进入浅水区或狭水道航行，静止状态或机动操作时加速过快，全速航行中大舵角转向，紧急换向后退，船壳严重污染或螺旋浆卷边及绕上绳网等。
2) 在运动过程中应尽量避免缸套、缸盖、活塞等部件产生急剧的热变应力，因此要注意以下几点：
a.机器等泊期间要保持暖缸状态，冷却水温不低于50 ℃，开航前至少要提高到60℃以上。
b.机器运行后刚停下，为它服务的冷却泵应继续服务一小时，水温要缓慢下降。
c.从机动操纵开始到全功率运动要有足够的时间，一般大功率柴油机应不少于2h，同时功率的递增要缓慢。
d.对缸套冷却水若用防锈油（Shell Dromus B）作处理剂时，水中防锈油的浓度应控制在0.5%～1.0%，过高会影响缸套的传热。
3) 保证气缸内运动部件有足够的润滑
a.MAN K6SZ70/150C机规定气缸油量为0.952~1.620 g/(kW.h)，从实际运转中看是较低的，为保证有足够的气缸油建议以1.497～1.701 g/(kW.h)为宜。
b.注油量的分布，应考虑到该机型在运转中缸体的膨胀规律，活塞中心线会向排气侧位移的特点，左右方向应比前后方向略多一些，特别是活塞裙部受扫气口气压影响偏向排气侧，而排气口处温度较高，润滑情况差，所以裙部处的气缸油量在排气侧处也应增加。
c.可以考虑采用高粘度的特种气缸油以保证第一、第二道环的润滑、减少其磨损，但该油价格高，经济上要论证。
4) 及时的检查及维修。
缸套的损坏与其磨损程度和活塞环能否在运转中保持气密性有密切的关系，因此在管理中加强检查和及时维修将可延长缸套寿命和降低损坏率。
a.对已运转超过3000h的气缸，每间隔950～1000 h应打开其缸体检查孔盖，仔细检查缸套和活塞环的工作表面，如有异状应及时维修。
b.在运转中，每500～750 h至少测量各缸的压缩压力一次，发现压缩压力明显降低的气缸应及时找原因或及时吊缸更换活塞环。
c.对慢车时有明显漏气声的气缸及时增加气缸油量并在运转中注意以其工况和热工参数的变化。
四、结 束 语
综上所述，MAN K6SZ70/150C型柴油机由于在高技术指标和材料、设计等方面的矛盾导致了过高的热负荷和机械负荷，高负荷首先造成了缸套和活塞环的过度磨损并进一步引起润滑不良，冷却不均等问题，使得该机不断出现缸套裂纹和早期损坏等事故。
因而对于管理者来说，可以根据以上提到的几点预防和改进措施，从降低缸套的热负荷及减少缸套与活塞环的过度磨损着手来解决缸套损坏的问题。
本文原创作者系：
天津内燃机研究所 张殿昌
天津大学 张俊红
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