内容提要：介绍一例罕见的主机冷却淡水系统走向错误导致的缸套超常磨损故障，分析故障原因，探讨故障机理，认为轮机管理人员应汲取的教训是，不迷信设计院、造船厂、船舶检验机构和说明书，提高观察能力，以及充分应用基础理论知识和实践经验。
关键词：船舶 柴油主机 冷却淡水系统 汽化
某20000吨级油轮，主机型号MAN B W 6L42MC型，上海沪东船厂生产。
与一般柴油机一样，主机缸套和缸头采用淡水冷却，只是为了加强缸套上部和缸头下部的冷却效果，改进缸套上部和缸头下部的结构(见图1)：
图1缸套水套与缸头水套示意图
缸套上部外表面加工了一个高约100mm、深约60mm的圆弧形凹槽以形成一种薄壁强背的结构。并加设一个缸套水套；
缸头下部外围加设了一个缸头水套；
缸套水套与缸头水套，用四根短管连接。
但是，缸套上部外壁的圆弧形凹槽，使该部位冷却淡水流道截面积突然变大，冷却水流动变缓，容易汽化。
l.故障现象
1994年出厂至2008年。该主机的两个故障总是无法消除 气缸过度磨损；缸套水套和缸头水套时常漏水。
(1)气缸过度磨损
缸套内壁呈灰色，无明显镜面，也没有严重拉痕。
缸套磨损。与正常情况明显不同。内径最大增量在第二道活塞环上止点位置，且极为少见的是对应第一道和第二道活塞环上止点位置形成两道台阶，多次导致柴油机缸内有明显机械敲击声，只好报废缸套。
第一、二道活塞环外圆面，有拉伤，有硬化层。
部分活塞头，第三、第四道环槽偏磨(天地间隙最大4mm，最小0．5mm)，不能继续使用，只好更换。
缸套正常磨损率的上限是0．10mm／1000hrs。
2008年2月，吊检第5#、6#、3#缸(距2007年11月上次吊检只有2个多月。包括减速航行和机动航行，主机仅运行约1000小时)，见缸套最大磨损超过1mm，是正常磨损率的十倍。检查其他缸，情况也很严重。
14年间。该轮主机累计运行6万小时左右，按正常情况应当在使用第二批缸套即换新6只缸套，实际情况是已经换新缸套三十几只。
(2)缸套水套和缸头水套漏水
冷却淡水缸头出口温度是73~76 C在说明书规定范围内。
但是，缸套水套和缸头水套所用橡皮圈(进口含氟橡皮圈，耐受温度150℃)，换新后不超过3个月就会漏水，且拆检常见橡皮圈缺失或部分缺失，从缺失的痕迹看，仿佛是烧掉了；后来定制硅胶材料密封圈，耐受温度220℃。使用不久还是会漏水．拆检仍见密封圈部分缺失。
冷却水温度不超过80℃，不可能烧损密封圈，然而就是找不到密封圈缺失的原因。
这些故障，长期困扰着该轮一批又一批轮机管理人员。
2.排除常规原因
缸套过度磨损的原因，一般是润滑不良、超负荷、燃烧严重不良、冷却不良等。船上曾按此逐项检查。
(1)润滑
查注油器未见故障，定时正确，注油正常；
气缸油，使用MOBILE 570，符合说明书要求；
注油量，略偏大，缸内润滑良好，未见气缸油过多导致缸套异常磨损的迹象。
(2)燃油，F0180，各指标符合柴油机正常使用要求。
(3)负荷，不存在超热负荷和超机械负荷情况：
柴油机负荷一般不大于额定负荷的75％(油门总杆的机械限位)；
爆压，小于12MPa，低于说明书规定的额定负荷爆压15MPa；
排烟温度300～320℃，低于说明书规定的额定负荷排烟温度上限380℃；
喷油器，定期检查，喷油定时正常，排烟颜色淡到几乎看不出。
(4)冷却淡水，缸头出口温度73～76℃，正常。
频繁的吊缸检修，更换缸套、活塞环、活塞头、密封圈等，花费了巨额备件费用和巨大劳动，却一无所获。
3.冷却淡水汽化
仔细检查一只报废的缸套．发现超常磨损部位即缸套上部对应活塞上止点位置．水垢比茶壶中常见的片状水垢还要坚硬且有光泽。
由此可以肯定。这个部位淡水温度过高而蒸发，冷却不足导致缸套内壁高温蠕变加剧磨损。
因此，必须分析冷却淡水的温度和压力。
(1)冷却淡水温度
柴油机运行中用红外线点温计测量缸套水套和四个冷却淡水短管外部温度，发现缸头出口温度正常(73～76℃)时；
缸套水套下部外表面，60℃。
缸套水套上部外表面．也就是缸套超常磨损部位。超过110℃，且上下方向和圆周方向的测量点温度差异都很大。
缸套水套上部外表面温度超过110℃，可以想见内部水温很可能超过120℃，缸套外壁温度则更高。这也解释了为什么贴合在缸套水套和缸头水套的橡皮圈，耐受温度150℃(进口的含氟橡皮圈)和220℃(定制硅胶材料的密封圈)，换新后不超过3个月。拆检常见橡皮圈缺失或部分缺失。
(2)冷却水压力
主机冷却淡水压力，一般都在0．3~0．4MPa。
而该轮主机冷却淡水压力似乎太低，集控室压力表显示只有0．14MPa。
那么，缸套超常磨损部位水套处淡水压力是多少呢?
从图2可知，淡水回水总管有通至膨胀水箱底部的透气管，所以缸套水套上部水压等于膨胀水箱的压头加上淡水流经缸头的阻力。
图2主机、膨胀水箱和回水总管位置示意图
膨胀水箱比回水总管高6～7m，压头0．06～0．07MPa。
据主机说明书提供的信息， 冷却淡水流过主机的总流动阻力是0．06MPa 。淡水从缸套水套上部只要经过缸头就达到主机淡水出口，若粗略假定淡水流经缸头的阻力占总阻力的一半即0．03MPa，则缸套水套上部的淡水压力等于
0．06～0．07MPa+0．03MPa=0．09～0．10MPa
绝对压力只有不到0．20MPa。
从水的饱和温度与饱和压力对照表可知，绝对压力0．20MPa对应的饱和温度约120℃。
可见，缸套水套上部：
水压只有绝对压力0．20MPa，而水温达到或超过120℃，处于汽水共存的临界状态。
不同部位淡水受热不均匀，各部位的水随机地、不同时地沸腾，即时而某(些)部位的水沸腾，时而另一些部位的水沸腾，导致本文 (1)冷却淡水温度 所述 缸套水套上部外表面 上下方向和圆周方向的测量点温度差异都很大 ，而 缸头出口温度正常 。
淡水汽化形成蒸汽腔．使得冷却水无法接触并有效冷却缸套，导致缸套外表面水垢异常。
冷却不良，缸套局部过热产生高温蠕变。缸径缩小，磨损加剧。
4.冷却淡水压力过低
该轮主机冷却淡水压力为什么这么低?
主机淡水冷却泵额定排量50m3/h水泵出口压力0．34MPa，符合主机说明书要求。
进一步检查发现，淡水系统走向不是通常的水泵出口 主机 造水机 冷却器 加热器 进水泵，而是水泵出口 造水机 冷却器 加热器 主机 进水泵，显然是船舶建造时的错误。
主机置于主淡水泵的吸入端，所以淡水进机表压力只有0．14MPa。
查主机说明书，有英文和中文两个版本。
英文说明书规定，主机冷却淡水：
压力，0．36MPa左右(0．3MPa加上膨胀水箱位置压头，该轮膨胀水箱位置高于主机6~7m)；
进机压力，低于0．25MPa自动降速；
冷却淡水流过主机的压差。低于0．06MPa报警，低于0．04MPa自动降速。
查中文说明书，竟然没有规定主机冷却淡水压力。
5.处置
按照英文说明书的要求重新布置管系。该主机才能恢复正常，但要等待船舶计划厂修。
船舶计划厂修前不可能更换管系，临时措施是：
两台主淡水泵并联供水，保证冷却水流量；
主机淡水出口节流，提高缸套上部水压。
这样做的效果是：
冷却淡水进机压力0．25MPa；
冷却淡水缸头出口温度没有明显变化；
主机常用负荷时，缸套水套外壁的温度低于100 C，对照采取这些措施前，可以推断，缸套水套内的淡水不会汽化。
采取这些措施后的几十小时，不断从扫气箱检查，见气缸磨损逐渐正常：
缸套内壁表面，基本呈现镜面；
活塞环外圆面，出现了光滑的正常磨损面。原有拉痕明显变黑，未见新拉痕。
采取这些措施后船舶运营8个月间，主机运转两千多小时，检查证明这些措施是合适的：
换新的缸套，有的缸内壁上加工网纹依然清晰可见(网纹的加工量仅0．10mm左右，可以看见网纹，说明缸套基本没有磨损，不需要测量)，有的缸运行了4000多小时，测量显示在正常磨损范围；
考虑缸套磨损量接近上限时磨损率必然增大，检查期间达到磨损极限换下来的缸套，冷却水面异常水垢的范围，仅有本文 3冷却淡水汽化 一节所述缸套的20％左右；
没有更换缸套水套和缸头水套全部橡皮密封圈，但漏水情况已根本性缓解，不再扩大。
6.结束语
该轮主机因冷却淡水系统走向错误，多更换了近30只缸套。以基本价格一个缸套3万元计算．多花费90万元；再算上多更换的活塞环、活塞头及因拉缸、活塞环断裂、打坏增压器等的修理费用20万，超过150万。几根80mm的管子连接错误，造成这么大的经济损失，值得轮机管理人员深思和汲取教训。
(1)不迷信设计院、造船厂和船舶检验机构，不迷信说明书。接船时认真阅读完工图纸和说明书等技术文件(包括中、英文版)，核对试验报告，发现船舶建造过程中的错误和技术文件的不足。
(2)提高观察能力。报废的三十多只缸套都有缸套水面上部积垢不正常，若检查细致，就可以及早发现，及早查明原因，及早消除故障。
(3)相信经验，同时应用基础理论知识。例如该轮主机淡水进机压力只有1．4MPa：
远低于通常的3．5MPa，与经验抵触，就应该查明其缘由；
缸套水面上部积垢不正常肯定是淡水汽化。根据基础理论知识．应该怀疑淡水温度过高和压力过低，不因 缸头出水温度正常 就误认为整机都不存在冷却淡水温度过高。
据了解，与该轮同期建造的其他同机型船舶也存在同样的问题，有的船情况可能更严重。希望他们按照英文版本说明书改进冷却淡水系统。