船用中速柴油机气缸盖的渗漏及防治举措研究

张鹏飞、肖雄兵

（陕西柴油机重工有限公司，陕西咸阳 713100）

0 引言

站在实际情况的角度上来看，由于各大造船系统当中所采用的设备基本一致，这也使得气缸盖的整体报废率处在较高的水平上，不利于柴油机后续的生产发展。而引发报废问题出现的主要原因就在于气缸盖在进行水压试验的过程中出现了渗漏问题。由此可以看出，为了更好地解决气缸盖所产生的渗漏问题，相关的工厂以及研究单位必须开展有针对性的分析工作，对零件结构进行改进优化，合理地选择符合实际情况的材料，制定出更加优异的制造工艺。所以，为了更好地帮助造船行业提升气缸盖的整体质量，大幅度降低废品率，就必须找出引发渗漏问题出现的主要原因，并进一步研究出具体防治措施，以此来促进后续各类工作的顺利开展。

1 船用中速柴油机气缸盖渗漏的主要原因

1.1 结构缩松所引发的渗漏问题

船用中速柴油机气缸盖的内部结构相对复杂，在壁厚方面的差异也比较悬殊，而在后续铸造凝固收缩的过程中，由于工艺方面考虑不够全面，就会使得热节部位出现缩松情况，这一点也属于引发渗漏问题出现的主要原因。在针对气缸盖进行解剖过后，可以在断面部位看出，凡是出现了漏水问题的部位，其大多数情况下都存在缩松问题，特别是在启动阀孔部位的缩松问题最为严重，而在缺陷部位的断面可以用肉眼看出比较深的褐黑色斑点，在利用显微镜进行观察过后可以看出，这种斑点就是那些断断续续贯穿在整体断面当中的孔洞。同时，孔洞的外形也不够规则，可以得出船用中速柴油机气缸盖产生渗漏问题的原因就在于凝固期收缩时对缺陷部位没有进行必要收缩。而如果其中合金的结晶间隙比较小，分散性的缩孔数量就比较少，但如果结晶的间隙较大，就会出现较为严重的缩松问题，合金的致密性也会受到较为严重的影响。铸铁件产生的缩松问题，通常是因遵循结晶间隙增大而不断提升的规律，所以很难对铸铁结晶间隙进行调整，而获取到无缩松较致密铸件。因此，这就需要以此为基础来采取一些针对性措施来促进冷却速度的提升，通过降低过热温度以及炉前处理等多种方式来进行解决。

1.2 铸铁材质致密性较差

结合相关研究内容可以明显看出，引发船用中速柴油机气缸盖出现泄露问题的主要原因就在于共晶石墨量较多，而在针对渗漏件以及合格件进行充分对比分析过后可以看出，两者之间在基本组织上并没有较为显著的差异，但在石墨的长度及数量方面则并不相同，渗漏件的石墨相对较长，并且断面的晶粒也比较粗。而那些没有出现渗漏问题的气缸盖，内部的石墨长度比较稳定，在断面晶粒方面也比较细。铸铁件出现渗漏问题的主要原因则是在高压液体的影响下，其中出现了一定程度的问题，而在铸铁碳量逐步提升的背景下，其中也会析出片状较为粗大的石墨，导致铸件的断面过于粗糙，也会强化石墨对于各种基体的割裂作用，这样就会在颞部形成石墨型通道，从而引发渗漏问题出现。除此之外，在实际生产过程中，船用中速柴油机气缸盖渗漏问题也可能会由于其他铸造缺陷引发，比如气孔、夹渣及裂纹等问题。气缸盖铸件在基本结构上比较复杂，型芯数量也比较多，如果在操作方面出现了失误，型芯排气在不够顺畅时就会在铸件当中产生气孔，或在那些壁厚不均匀的部位出现裂纹。而如果在浇筑阶段中卷入了一些渣子或砂子，也会使得铸件出现夹渣，在后续水压试验阶段中就会导致缺陷部位出现渗漏问题[1]。

1.3 冷却介质方面存在的问题

冷却介质自身所具备的性质，比如温度、清洁度以及压力等内容，这些都会对船用中速柴油机气缸盖产生较为严重的影响。首先，温度因素，结合相关研究可以看出，淡水温度处在50～60℃的情况下，气缸盖出现的穴蚀问题较为严重，而随着水温的逐步提升，穴蚀的程度与会逐步降低，这样就可以保证柴油机的性能处在较为稳定的状态，并降低穴蚀问题的发生概率，其中冷却水腔的淡水温度控制在80～90℃左右最好。其次，压力，高温冷却水的压力如果比较低，就会导致水出现气化等问题，空气的溶解度也会逐步降低，从而引发溢出问题出现，这样就会产生气泡。最后，流速，高温冷却水如果整体流速比较低，就会导致冷却水吸收较多的热量而产生汽化问题，但流速也不能过快，如果过快就会降低其抵抗分离的能力。而在冷却结构方面，在部分中速柴油机气缸盖当中所采用的主要为进气座圈水冷结构及排气座圈水冷结构，但其中气缸盖的本体部位与气门座圈之间所构成的环状冷却水腔，在上部存在部分狭窄区域，在下部很容易会产生死水区，再加上水道的结构上较为复杂，流道的界面变化也比较大，这样就会产生较为严重的压力波动，并形成气泡。由此可以看出，如果冷却水腔的结构设计缺乏合理性，就很容易产生穴蚀故障等问题[2]。

2 船用中速柴油机气缸盖渗漏的具体防治措施

2.1 传统解决措施

在原本合金铸铁的基础上，应当进一步采取加大冒口的方式，确保铸件可以形成有向式的凝固，并在其中适当地增添补缩作用，这样就可以避免其出现缩松问题。同时，还要加快冷却速度，采用冷铁来更好的消除厚壁不均匀部位所出现的热节，以此来降低渗漏问题的发生概率，后续还要针对浇注系统进行改进优化，通过过滤网浇口来防止其中出现夹渣缺陷。同时还应当适当的提升整体熔化温度，逐步减少碳当量，要在其中采取炉前孕育处理的方式来对晶粒进行细化处理，保证内部可以析出一些比较小的石墨，进一步提升铸件断面的致密度，保证缸盖的耐压性在根本上得到提高。而在对设计内容进行改进的过程中，也要对壁厚进行适当地调整，稳步提升整体壁厚的均匀性，还要对零件铸造的工艺性进行完善，消除局部过热的问题。这些都属于避免缩松，并提升水压合格率的主要措施。以上所采用的各种传统的方式，对避免船用中速柴油机气缸盖渗漏问题出现起到了十分重要的作用，虽然这种方式能够消除其中存在的缩松缺陷，但在质量方面的稳定性比较低，使得气缸盖出现了较大的质量波动，渗漏问题也没有在根本上得到解决[3]。

2.2 加大对柴油机吊缸的检查力度

应当针对船用中速柴油机的气缸盖定期展开吊缸检查，在吊缸过程中，还要对燃烧室的部件展开更加彻底的清洁，并开展一系列的测量工作，这样就可以在其中获取到磨损及间隙的准确数据信息，从而针对内部出现的各种问题进行更加及时的调整与改进。而在针对柴油机气缸盖进行定期吊缸检查的过程中，还要合理地拉出内部的缸套，针对水腔内部出现的结垢情况进行必要的检查，并及时对水垢进行清除，保证流道具备着更高的畅通性，防止由于结垢使得整体流道逐步变窄，从而引发渗漏问题出现。在后续更换气缸套以及活塞环的实际过程中，也要按照规定程序来做好对应的磨合工作，及时更换内部所采用的配件。更换过程中也要始终遵循原厂配件的基本原则，这样就可以确保配件质量更加稳定，并提升装配精度。如果在气缸盖中出现的问题并不严重，就可以将其按照原本受测推力的方向转90°，在后续安装过后正式使用，这样能够对穴位的分布位置进行改变[4]。

2.3 提升对于冷却水的处理力度

在船用中速柴油机的冷却水当中，其整体水质对气缸盖产生的破坏较为严重，通常引发气缸盖壁面腐蚀问题的杂质及元素主要就是冷却水当中存在的盐类物质、氧气以及氯离子等。而针对硬性盐类物质以及氯离子所产生的电化学腐蚀问题，通常可以采用水溶性添加剂的方式进行抑制，尽管这部分添加剂在硬水所产生的影响下会出现分离破坏，但只需要遵循柴油机运转过程中对冷却水质的基本需求，就可以取得较为优异的效果。目前国内的各大内燃机冷却水当中，所采用的缓蚀剂主要就是重铬酸盐、NL 防锈油等物质，并且取得了较为显著的效果。结合对应的研究内容可以看出，气泡的形成与冷却水的压力、温度以及流动情况有着较为紧密的联系，随着水压的逐步提升也有利于对水中气体的析出进行抑制，如果水温比较高，就可以避免内部产生蒸汽气泡，还可以大幅度降低水中空气的蕴含量，很容易就会形成蒸汽，在气泡的破裂方面也会产生机械阻尼作用。所以，随着水压以及水温的提升，其都可以有效降低渗漏问题的发生概率，而冷却水的温度如果处在较高的水平上，就会加速整体的腐蚀过程，但水温也不能处在较低的水平上，结合对应的试验内容可以看出，钢铁以及铝等金属材料，其在淡水温度为50～60℃的情况下所产生的渗漏问题比较严重，而随着温度的不断提升，出现的破坏也会逐步降低。站在船用中速柴油机基本效能的角度上来看，为了降低腐蚀问题的发生概率，就应将冷却水的淡水温度稳定控制在80～90℃左右。所以在柴油机处在低负荷运转的状态下，就必须对冷却水的水温展开稳定控制，也要在柴油机的日常运行与管理阶段中逐步提升冷却水的压力，保证其可以处在比较稳定运转状态中，水温方面也要维持在需要允许的范围当中。

2.4 明确具体工况所产生的影响

由于不同船用中速柴油机的负荷并不相同，使得气缸盖与活塞之间的配合间隙以及侧推力的大小都会出现变化，针对那些已经确定的柴油机来说，其处在转速不变的情况下，随着负荷的逐步提高也会使得侧推力随之提升，活塞对于缸壁所产生的冲击以及振动也会越来越剧烈，严重情况下还会使得缸套出现较为强烈的反弹回撞，这就需要避免柴油机处在超负荷的工作状态。同时，随着转速的逐步提升，也会由于单位时间当中活塞撞击缸壁次数的逐步提高而导致气缸盖出现较为强烈的振动问题，所以，这就需要在运转过程中针对柴油机的转速进行稳定控制，不能超过标准转速。在保证经济性与动力性的基本前提下，有效降低中速柴油机在实际工作过程中的粗暴程度，逐步减少活塞的侧向撞击力，以此来保证柴油机能处在一种平稳的运转状态，并降低冷却水的流动速度以及水压方面所出现的反复变化，这样就可以在减少气泡产生概率的同时，避免其中出现渗漏问题。除此之外，还要对气缸盖负荷的均匀性进行适当的调整优化，稳步提高运转的平稳性，在运行管理阶段中也要注意不能出现活塞或是气缸盖过热的情况，明确活塞环是否处在正常的工作状态，并强化对于气缸润滑的日常管理力度，在保证所选的润滑油品质能够达到标准的基础上展开净化处理，以此来保证柴油机可以处在稳定的运转状态中[5]。

3 结语

综上所述，在目前的社会发展进程中，船用柴油机属于船舶的心脏，可以为船舶的海上航行工作提供出必要的能量及动力，而柴油机的汽缸盖则属于影响柴油机使用寿命的主要构件，在实际应用过程中如果汽缸盖出现了渗漏等严重问题，就会导致船用的柴油机逐步失效，也会对后续柴油机工作的稳定性产生较为严重的影响。因此，这就需要相关的管理人员在船用中速柴油机维护管理阶段中采取针对性措施，大幅度降低渗漏问题的发生概率，从而进一步延长柴油机的使用寿命。