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上海海事大学船用电喷柴油机培训课题组
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柴油机的缸盖是柴油机燃烧室部件中非常重要的组成部分，它与缸体组成封闭的燃烧室空间，通过吸入新鲜空气和喷油器燃油的喷入形成的混合气体在燃烧室中燃烧，产生推动力来推动活塞连杆运动，从而带动曲轴和螺旋桨转动，使船舶产生推进性能。因为缸盖经常与高温高压的燃气直接接触，所以它在工作中承受着较大的热负荷和机械负荷。柴油机多是通过水的循环来冷却燃烧室产生的高温。本文介绍了某船主机在航行中发生的多缸缸盖裂纹的故障现象，通过细致的分析各方面因素对故障的影响，结合本船实际情况，最终判断出故障原因，进而解决故障，保证了设备的正常运行。
1 设备概况
某船主机，厂家和型号为:DOOSAN MAN-B&W 6S50MC-C,额定功率:9840KW，额定转速:127RPM，总运行时间大约32540小时。此前船东是把船舶交给其他船管公司管理，人员也是由船管公司派员，本航次是由船东收回管理，是在船厂完成全部船员换班后的第一个航次，接班时查看了船舶的相关维护保养记录，主机各缸各部件都在维护保养周期内，相关冷却水化验和投药记录也完整正常，维护保养记录上没有发现故障记录。
2 故障现象
船舶在印度洋某海域正常航行时，主机一直保持在经济转速105RPM运行，凌晨两点十五分左右，值班的二管轮突然发现主机N0.3缸缸盖与缸套相连接位置从上部有少量水珠渗出，水珠量很少，大约为一分钟两滴左右，二管轮迅速把情况报告给了轮机长，轮机长检查后凭借经验判断认为是缸盖与冷却水套之间的密封圈密封不良造成的渗漏，看渗漏位置，应该是两道密封圈中的下部密封圈密封不良。考虑到船舶正在航行，渗水量又不大，所以轮机长决定暂不采取修理措施，等船舶十几天后靠南非Cape town港时再更换密封圈。这期间加强检查并准备好更换所需要的相关备件和拆卸工具。在随后几天的检查中发现，漏水量逐渐加大，由发现最初的一分钟两滴的渗水量逐渐加大，到最后漏水量达到每天一顿水左右，已经从渗漏变成持续泄漏。轮机长在与船长协商后决定在海上停车更换密封圈。在拆开缸盖与水套后发现冷却水腔有很多水锈，清洁后发现缸盖和水套的冷却水接触面腐蚀很严重，有很多麻点小坑，密封圈处的环槽也有很多水锈并腐蚀严重，所以判断应该是水锈和腐蚀造成的密封圈工作位置密封不良造成的漏水，在仔细清洁和处理了相关密封面并更换了新密封圈后装复缸盖，主机在启动和在Dead slow转速运行时，未发现漏水现象，正当大家以为故障原因找到，问题已经解决时，随着主机继续加速，在转速slow运行时，又发现相同区域开始漏水，而且漏水量随着主机转速的加大，漏水量也逐渐加大。在这种情况下轮机长决定更换船上唯一的一套备用缸盖和水套，在更换了新备件后，主机恢复正常工作。大家对换下的缸盖和水套等做了仔细的清洁和检查，终于发现缸盖上有一处很不明显的裂纹，裂纹从缸盖外表面冷却水接触面一处腐蚀点开始。-直延伸到缸盖下边缘，这才是漏水的原因。正当大家对裂纹产生的原因疑惑时，主机NO.2缸和主机NO.6缸又几平同时发生类似的漏水故障，由于船上已经没有新的缸盖备件，缸盖的材质是铸钢，船上又没有条件对铸钢缸盖裂纹进行焊补修理，所以只能降速航行并紧急要求船东订购新的缸盖备件，尽快送船。
3 故障可能的原因初步分析
根据相关原理分析可能造成缸盖产生裂纹的原因有如下几点:
3.1 机械应力
在日常的维护保养中，如果缸盖安装时缸头螺栓的预紧力大小不合适，预紧力不均或是安装时没有按照正常的顺序上紧缸头螺栓，会造成缸盖内产生局部应力，引起缸盖的变形。再加上燃烧时产生的机械应力，会造成缸盖工作时承受的切向拉应力超过缸盖材料的屈服极限，就会产生裂纹等损坏情况，但经检查发现缸盖缸头螺栓的预紧力与说明书规定的预紧力大小一致，裂纹的位置也不是从缸盖上的螺栓孔等机械应力集中的位置开始的，所以判断机械应力不是产生此次裂纹故障的原因。
3.2 燃烧室内的燃烧情况
如果喷油量或是喷油压力不合适，喷油时间过早或是过晚，都会影响燃烧室内的燃烧状况，有可能使缸盖触火面温度过高，内外温差增大，在热应力的作用下就可能导致裂纹或变形，另外当主机长时间超负运转时，也会造成缸盖材料的机械疲劳和热疲劳，从而产生裂纹。经检查主机各缸运行稳定，从主机各缸示功图和排烟温度等参数判断各缸工作状况正常，所以这也不是产生本次故障的原因。
3.3 冷却水量的影响
如果冷却水压力变小或是冷却水流量不足，都会使缸盖冷却不良，工作中产生的高温无法被正常冷却，会使缸盖长时间处于很高的热负荷下，由此产生的热应力超过了材料能承受的极限，就会产生裂纹等问题。但通过对主机各缸冷却水温度的检查，发现冷却水温度在正常范围内，没有不正常的升高现象，主机高低温冷却水泵出口压力稳定，所以可以排除冷却水压力低或流量不足对缸盖的裂纹的影响。
3.4 冷却水温度变化幅度过大的影响
在主机加速或是降速过程中，如果加速或是降速过快，会造成冷却水温度波动很大，从而使缸盖等部件承受较大的热应力变化容易产生裂纹的情况。在主机的正常运行时，如果冷却水温度波动太大，也会发生类似的情况。本船主机冷却水系统是由高温冷却水和低温冷却水两部分组成，工作中高温冷却水和低温冷却水的温度都是由可自动调节的温控阀按照比例积分微分的原理自动调节的,温控阀是由温度传感器，执行机构，控制器组成，以高温水温度调节为例，当检测点水温超过设定值时，自动调节的温控阀执行机构会改变阀的开度，增大低温水部分的流量，减小高温水部分的流量，从而使温控阀后的温度继续保持在接近设定值，而当检测点温度低时，相应的自动控制阀会加大高温水部分的流量，减少低温水部分的流量，从而保证阀后温度也无限接近设定值。经检查发现温控阀工作正常，主机在正常运转时高温冷却水的温度能一直稳定的保持在78℃左右。冷却水温度没有大幅度的变化，所以这也不是产生裂纹的原因。
3.5 冷却水质量的原因
主机所使用的冷却水是经过处理过的淡水，因为未经处理的淡水会含有很多溶解物，这些溶解物在高温的环境下会产生一定的化学反应，会产生一些新的物质，从而影响机器的冷却效果和正常运行。在日常的设备管理中，要定期进行主机冷却水的取样化验，并根据化验结果来投放化学药品，来使冷却水满足一定的碱度等相应的指标，从而保证主机的正常工作。另外有效的化学药品还有清除水垢，减少铁锈等杂质，防止腐蚀等作用。
本船发生裂纹的几个缸盖在拆检时发现，在缸盖与水套之间的冷却水腔有大量的锈蚀情况，锈蚀部位清洁后发现有很多腐蚀的麻点和小坑，明显是发生了电化学腐蚀造成的，由于与之前管理公司的船员是在船厂全员完成交接的，而在船厂时主机由于工作需要放掉了所有冷却水，所以接班后对冷却水已经重新进行了化验并根据结果投放了相关的化学药品，所以目前水质是没问题的，但是不能保证之前的水质没有问题，从以前的保养记录和相关化学品消耗记录来看，以前的船员应该也是按照正常的操作进行的，但是在核对了近一年以来化学品供船清单和实际化学品船存数量后发现，真实的情况是冷却水处理所需要的化学品基本没有消耗，这就说明以前船员是在做假的记录而实际的化验投药工作并没有做。也就是说在至少近一年的时间里，主机冷却水并没有按照要求化验并完成相关投药处理，主机所用的冷却水是不合格的，这也就说明了为什么主机缸盖和水套间的冷却水腔有如此多的水锈，和缸盖，水套的这些不正常腐蚀情况。再结合主机这几个缸盖裂纹的位置分析，判断冷却水质不达标，造成了缸盖冷却水侧不正常的腐蚀，缸盖在工作中局部应力发生了变化，所以在腐蚀严重处产生径向应力造成了裂纹，这是本船主机几个缸盖裂纹的主要原因。
3.6 备件质量问题
故障发生以后，通过与主机厂家DOOSAN的沟通得知，本船主机缸盖的实际生产厂家是HANSCO,这一类型的缸盖还有另一个生产厂家是SAMYOUNG，两家所生产的这几个批次的缸盖在运行到一定的时间后，都有过类似的问题出现，所以缸盖的质量问题也是产生此次裂纹故障的一个重要原因。
4 故障解决
找到故障原因后，船东及时在南非Cape town港安排了5个新的缸盖备件上船，在船员更换了其他5个缸的缸盖，重新换掉主机冷却水并化验和按要求投放了一定量的化学药品后，在接下来的几个航次中，再没有出现此类故障。所以本次故障是主机冷却水长时间不达标造成了电化学腐蚀，进而在主机运行时腐蚀严重的位置应力集中产生的裂纹，是以前船员维护保养不到位，做假记录而不实际保养造成的。另外备件的质量问题也是其中一个重要的原因，在先有第一个原因的情况下，第二个原因也更容易产生故障。船东吸取了此次故障的教训，加强了对船舶维护保养工作执行情况的监督和审核，避免这种弄虚作假的情况再次出现，从而保证设备能够正常运转。保证船舶营运安全。
5 结束语
从原理上分析，此类故障并不复杂，但是由于之前船员的维护保养记录作假，造成了检查故障时的困难。而往往我们会很容易的相信维护保养记录，却忽略了我们自己在实际检査中发现的问题，主观上认为别人做了就基本能做好，而实际在判断故障时就会忽略这些最基本的因素，所以在日常管理中，遇到问题时，我们这些一线人员要综合具体的实际情况来分析原因，要敢于发现问题，要从最基本的原理上分析问题，不要轻易的相信未经完全证实的因素，做到科学，严谨，实事求是。
参考文献：
[1]晏宏淳.某船主机多缸缸盖裂纹故障分析[J].中国水运,2024,(08):76-79.
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