武汉理工轮机工程船舶柴油机主动力推进装置lecture8.ppt
2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,1,复习回顾,活塞组的管理与维护 连杆组的管理与维护 曲轴组的管理与维护 轴瓦的管理与维护,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,2,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,3,主要固定件,气缸套,气缸体,机架,机座,主轴承,贯穿螺栓,气缸,大型低速柴油机,中小型柴油机,机座/油底壳,主轴承,贯穿螺栓,机体,作用：构成两个工作空间，支承机件和附属设备,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,4,2.4 柴油机的主要固定件,中小型柴油机机体与机座示意图 1-机座；2-机体；3-气缸盖,大型低速柴油机机体机座示意图 1-机座；2-机架；3-气缸体；4-气缸盖；5-扫气箱,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,5,2.4 柴油机的主要固定件,工作条件 气体力和惯性力，承担全部机件的重量。 周期性变化的侧推力所产生的倾覆力矩； 惯性力的作用使它产生振动； 多缸柴油机纵向受到空间力系和力矩作用； 贯穿螺栓和连接螺栓的安装应力； 热应力； 水、油、气的腐蚀。,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,6,2.4 柴油机的主要固定件,要求 足够的刚度，使变形小，保证配合和精确的位置 足够的强度，避免运行中局部发生裂纹和损坏 机架、机座要尺寸小、重量轻 便于内部运动机件的拆装和检修 各结合面、检修道门要密封性好,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,7,2.4 柴油机的主要固定件,机体 机体=机架+扫气箱+气缸体,L-MC系列柴油机气缸体、机架和机座连接 1、10-螺钉；2-锁紧垫片；3-保护架；4-下螺母；5-贯穿螺栓下面部分；6-连接套；7-贯穿螺栓上面部分；8-上螺母；9-保护罩；11-气缸体；12-机架；13-机座,L-MC型柴油机机架 1-上面板；2-导板；3- 活塞冷却油管插入孔；4-贯穿螺栓孔； 5-横向隔板；6-链条箱；7-检修通道；8-侧板；9-底板,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,8,2.4 柴油机的主要固定件,机座（Bedplate）,L-MC型柴油机机座 1、2-纵梁；3-横梁；4-油底壳；A-功率输出端；B-自由端,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,9,2.4 柴油机的主要固定件,地脚螺栓 有水平垫和垂直垫两种（1：100）； 采用球面螺母和球面垫或平面螺母与两个球面垫 如采用螺栓固定时，其紧配螺栓的数量一般不少于总数的15%,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,10,贯穿螺栓,S-MC-C型柴油机的双贯穿螺栓,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,11,2.4 柴油机的主要固定件,故障与维护 严防曲轴箱爆炸 要及时曲轴箱各壁面道门和密封盖板漏泄 定期检查机座内、外表面，底脚螺栓 贯穿螺栓按说明书的规定上紧，防止横向振动,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,12,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,13,Rotating Piston(旋转式活塞),Sulzer ZA40 diesel engine,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,14,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,15,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,16,2.2.3 气缸（Cylinder）,气缸：气缸体和气缸套组成 气缸体：单体式，分组式和整体式 大尺寸单体式或分组式 （制造、拆装和维修方便） 中小型整体式 （减小尺寸和重量、增加刚度） 在中小型柴油机中，气缸体不仅做成整体，而且与机架或曲轴箱制成一体，称为机体,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,17,2.2.3 气缸（Cylinder）,气缸=气缸套+气缸体,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,18,2.2.3 气缸（Cylinder）,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,19,中小型柴油机的机体,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,20,The reasons for manufacturing the liner separately,The liner can be manufactured using a superior material to the cylinder block. While the cylinder block is mode from a grey cast iron, the liner is manufactured from a cast iron alloyed with chromium(铬), vanadium（钒） and molybdenum（钼）. (cast iron contains graphite, a lubricant. The alloying elements help resist corrosion and improve the wear resistance at high temperatures.) The cylinder liner will ware with use, and therefore may have to be replaced. The cylinder jacket lasts the life of engine. At working temperature, the liner is a lot hotter than the jacket. The liner will expand more and is free to expand diametrically and lengthwise. If They were cast as one piece, then unacceptable thermal stresses would be set up, causing facture of the material. Less risk of defects. The more complex the casting, the more difficult to produce a homogenous(纯) casting with low residual stresses.,Pls translate above!,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,21,2.2.3 气缸（Cylinder）,气缸的功用 气缸工作条件 气缸套的要求及材料 气缸套的结构形式,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,22,气缸的功用及工作条件,气缸套的功用 与缸盖、活塞共同构成气缸工作空间； 筒形活塞柴油机的气缸套承受活塞侧推力，成为活塞往复运动的导程； 将活塞组件及本身的热量传给冷却水，使之工作温度适当； 二冲程柴油机的气缸套布置有气口，由活塞启闭，实现配气。,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,23,2.2.3 气缸（Cylinder）,气缸的功用 气缸工作条件 气缸套的要求及材料 气缸套的结构形式,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,24,气缸的功用及工作条件,气缸套的工作条件 高温高压燃气直接作用,产生较大的机械应力与热应力; 与活塞高速滑动摩擦,产生摩擦和弯曲 活塞对缸套的侧推力，活塞撞击; 腐蚀,穴蚀； 安装预紧力。,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,25,2.2.3 气缸（Cylinder）,气缸的功用 气缸工作条件 气缸套的要求及材料 气缸套的结构形式,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,26,2.2.3 气缸（Cylinder）,对气缸套的要求 强度 刚度 耐热性能 耐磨性能 工作中良好的润滑与冷却 一定的粗糙度,圆度和圆柱度精度 可靠的气封和水封,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,27,2.2.3 气缸（Cylinder）,气缸套的材料 常用材料有灰铸铁、耐磨合金（含硼、钡、钛、磷、铌等）铸铁和球墨铸铁 内表面镀铬、氮化、磷化、表面淬火、喷镀耐磨合金等,提高耐磨性和抗腐蚀性。,筒状活塞式柴油机为消除穴蚀损坏现象，增加刚性，减小活塞与气缸套的配合间隙以减小振动，冷却系统的正确设计。,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,28,2.2.3 气缸（Cylinder）,气缸的功用 气缸工作条件 气缸套的要求及材料 气缸套的结构形式,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,29,气缸套的的结构形式(冷却形式),a)湿式气缸套；b)干式气缸套；c)带冷却水套式气缸套,各自特点?,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,30,气缸套的的结构形式(冷却形式),干式特点：（适用于大批量生产的小型柴油机） 优点：缸套可以很薄，节省材料 缺点：缸套外表面与缸体内孔加工精度度高 湿式特点： （应用最广泛） 优点：冷却效果良好，制造方便； 缺点：要求可靠的冷却水密封 冷却水套式特点： 避免缸体受冷却水的腐蚀 冷却水腔布置合理，中下部温度较高减少腐蚀磨损 降低气缸体高度，简化结构减轻重量，对超长行程尤其有利,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,31,2.2.3 气缸（Cylinder）,强载度较高的柴油机气缸套,早期低功率缸套,解决方法钻孔冷却,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,32,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,33,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,34,2.2.3 气缸（Cylinder）,缸套润滑,二冲程柴油机的注油孔常开设在气口的上方，沿圆周均布610个注油孔(P49)。,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,35,2.2.3 气缸（Cylinder）,缸套润滑,某些燃用含硫量高的劣质燃油的筒状活塞式柴油机，在缸套下部也有注油嘴接头辅助润滑,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,36,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,37,2.2.2 气缸套,010 Cooling jacket 022 Clamp 034 Screw 046 Cylinder liner 071 O-ring 083 Non-return valve, complete 095 O-ring 117 Cooling water connection 129 Packing 142 Thrust piece 154 Spring 166 Steel ball 178 Valve housing 201 O-ring 213 Pipe 225 Screw,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,38,S-MC-C型柴油机气缸套,Piston Cleaning Ring/Anti Polishing Ring,缸套与气缸盖的密封面下移，改善密封面的工作条件和气缸套的工作状况 设置一道活塞清洁环(直径比气缸套的内径略小)，可以除去活塞头部的积炭,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,39,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,40,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,41,2.2.3 气缸（回顾）,气缸的功用 气缸工作条件 气缸套的要求及材料 气缸套的结构形式,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,42,2.2 燃烧室部件,2.2.1 燃烧室部件承受的负荷及结构特点 2.2.2 活塞组 2.2.3 气缸 2.2.4 气缸盖 2.2.5 故障与维护管理,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,43,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,44,2.2.4 气缸盖(Cylinder Head),2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,45,2.2.4 气缸盖(Cylinder Head),气缸盖的类型 气缸盖的功用 气缸盖的工作条件 气缸盖要求与材料 典型气缸盖的结构,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,46,2.2.4 气缸盖(Cylinder Head),气缸盖的类型,1单体式气缸盖,2整体式气缸盖,3分组式气缸盖,?各有什么特点,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,47,不同类型气缸盖的特点,单体式气缸盖 优点：密封性好；拆装以及检修均较方便 缺点：气缸中心距，柴油机长度和重量 整体式气缸盖(缸径150mm) 优点：气缸中心距小，结构紧凑，柴油机刚度 缺点：易变形，密封性差，结构复杂加工不便。 分组式气缸盖 介于上述两者之间,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,48,2.2.4 气缸盖(Cylinder Head),气缸盖的类型 气缸盖的功用 气缸盖的工作条件 气缸盖要求与材料 典型气缸盖的结构,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,49,气缸盖功用(Functions) 密封，与缸套、活塞组成气缸工作空间； 将气缸套压紧于机体正确位置上，使活塞运动正常； 安装柴油机各种附件(气缸起动阀,示功阀,安全阀,摇臂)； 布置进、排气道，冷却水道等。,2.2.4 气缸盖(Cylinder Head),最复杂的零件,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,50,2.2.4 气缸盖(Cylinder Head/cover),气缸盖的类型 气缸盖的功用 气缸盖的工作条件 气缸盖要求与材料 典型气缸盖的结构,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,51,气缸盖工作条件(Working Condition) 气体压力(高频脉动机械应力 ) ； 安装应力； 热应力； 腐蚀。,2.2.4 气缸盖(Cylinder Head/cover),2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,52,2.2.4 气缸盖(Cylinder Head/cover),气缸盖的类型 气缸盖的功用 气缸盖的工作条件 气缸盖要求与材料 典型气缸盖的结构,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,53,气缸盖的要求(Requirements) 足够的强度,良好的耐热性； 材料还应具有良好的浇铸性； 足够的刚性,受压面和各种道腔应分别符合规定的压力试验要求 ; 冷却到位，使温度合适 阀件拆装方便，维修方便。,2.2.4 气缸盖(Cylinder Head/cover),2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,54,2.2.4 气缸盖(Cylinder Head/cover),气缸盖的材料 400mm以下灰铸铁,400mm以上球墨铸铁； 大型低速柴油机采用铸钢或铸铁-铸钢组合式缸盖,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,55,2.2.4 气缸盖(Cylinder Head/cover),气缸盖的类型 气缸盖的功用 气缸盖的工作条件 气缸盖要求与材料 典型气缸盖的结构,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,56,大型低速柴油机气缸盖的构造,1-排气阀孔； 2-冷却钻孔； 3-垂直孔； 4-喷油器孔； 5-起动阀孔； 6-安全阀和示功阀孔； 7-气缸盖螺栓孔； 8-冷却水腔； 9-冷却水套,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,57,特点分析,薄壁强背 锥形燃烧室有利于换气和燃烧。 对称的喷油器有利于油雾化和燃烧室形状的配合 缸盖和缸套的接合面下移使接合面不直接受火焰冲击 缸套冷却水沿周向均布，冷却均匀。,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,58,气缸的密封,密封难度 高温、高压 气缸盖和气缸体在螺栓之间的刚度并非均匀一致 不同部位热膨胀不同，密封面发生不均匀变形 气体压力引起密封机件动态运动 解决方法 气缸套顶面上车制出不同形状的环槽 气缸盖底面制出凸缘 两者之间安装环形密封垫片,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,59,缸盖的密封形式,密封垫片的材料应耐热、耐腐蚀和抗压，并且还应有足够高的塑性与弹性,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,60,气缸盖螺栓的液压固紧装置,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,61,用于单个螺栓的液压工具,A. 拉伸接头 B. 带螺纹的工具 C. 带孔螺钉 D. 液压活塞 E. 圆柱 F. 密封圈 G. 隔离环 H.撬棒 I. 气缸螺母 J. 螺栓 S. 间隙 U. 用于塞尺测量的凹槽,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,62,组合式,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,63,中速机气缸盖结构,6300型柴油机气缸盖,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,64,Wärtsilä 32型柴油机气缸盖,1-冷却腔； 2-气缸盖； 3-喷油器； 4排气阀孔； 5-进气阀孔； 6-气阀； 7-阀座,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,65,Wartsila 某一型号气缸盖,The cylinder head has been redesigned to maximize thermal efficiency (by incorporating the largest possible air/gas channels). The use of four cylinder head studs facilitates easy maintenance. The valve design guarantees excellent component operational behavior, especially with heavy fuel. Rigidity of the cylinder head design ensures adequate and uniform sealing between cylinder head and liner. Rigidity of the construction allows no deformation of the valve seat environment. All connections to the cylinder head are easy to reach and disconnect.,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,66,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,67,思考题,气缸盖工作条件恶劣主要原因是（）： 气体力使它产生弯曲变形； 高温燃气使它产生热应力； 触火面燃气的腐蚀； 水冷面的穴蚀； 结构复杂产生的应力集中； 气缸盖安装预紧力,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,68,思考题,船用柴油机广泛使用的单体式气缸盖的特点有 气缸盖与气缸套结合面的密封性好； 刚性好； 可缩小气缸间距； 拆装维修方便； 制造成品率高； 易变形,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,69,思考题,气缸盖在机械应力和热应力的作用下，拉伸应力出现在 薄弱环节 死角处 冷却水侧 触火面侧,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,70,2.2 燃烧室部件,2.2.1 燃烧室部件承受的负荷及结构特点 2.2.2 活塞组 2.2.3 气缸 2.2.4 气缸盖 2.2.5 管理与维护,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,71,2.2.5 管理与维护(management and maintenance),气缸盖的管理与维护（Failures and Reasons） 气缸套的管理与维护 活塞的管理与维护,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,72,气缸盖的常见缺陷（1）,贴合面漏气(leak) 1.缸盖螺栓预紧力不足或严重不均 2.密封垫片装反、老化或损坏 3.贴合面有杂质在局部梗垫，或贴合面本身有损伤伤痕 4.缸盖底面或机体支承面变形，平面度误差严重。,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,73,气缸盖的常见缺陷（1）,气缸盖翘曲(Warp) 1缸盖螺栓预紧力过大或严重不均； 2柴油机长期超负荷或最高爆发压力过大； 3气缸盖制造加工残余应力严重。,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,74,气缸盖的常见缺陷（3）,气缸盖裂纹(Crack) 最易发生在各阀座孔与喷油器座孔之间 1缸盖材质不合要求，抗热疲劳强度低。 2制造缺陷。没有消除残余应力，局部结构应力集中严重等。 3因结构不当或水垢严重，冷却效果差。 4柴油机使用、操作不当。如突然加大喷油量，突然向冷却系统补充大量冷水或者频繁起动，停车。,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,75,2.2.5 管理与维护(management and maintenance),气缸盖的管理与维护（Failures and Reasons） 气缸套的管理与维护 活塞的管理与维护,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,76,引起损坏的原因（Causes）,热疲劳(Heat fatigue) “鼻梁区”热疲劳裂纹（触火面），发生蠕变，引起局部塑性变形，取决于“冷热”循环次数的低循环疲劳 机械疲劳(Mechanical fatigue) 底板内侧表面裂纹（水冷面），阀孔尖角处应力集中严重,与发动机的累计转数有关，称高循环疲劳 腐蚀疲劳(Corrosive fatigue) 气缸盖在密封凸缘处冷却水侧容易发生腐蚀疲劳裂纹,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,77,2.2.5 管理与维护(management and maintenance),气缸盖的管理与维护（Failures and Reasons） 气缸套的管理与维护 活塞的管理与维护,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,78,气缸盖裂纹的检测方法,(1)开车前冲车时，观察示功阀有无水汽、水珠喷出。 (2)运转中，观察冷却水压力，出口温度是否升高，冷却水柜水位是否正常，滑油中是否有水，油位是否升高。 (3)烟囱是否冒白烟 (4)吊缸时，活塞顶部有积水或锈痕，表明气缸盖有裂穿现象。 可以采用渗透探伤和水压试验等方法检验,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,79,2.2.5 管理与维护(management and maintenance),气缸盖的管理与维护（Failures and Reasons） 气缸套的管理与维护 活塞的管理与维护,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,80,维护管理中应注意的事项,（1）在柴油机投入运行前，彻底清洗冷却水腔，保证水路畅通。 （2）运转中适时清除水垢和铁锈，保证传热条件良好。 （3）控制冷却水的品质，按说明书的规定控制好冷却水的温度、温差和流量。 （4）避免长时间超负荷运转，防止过热。 （5）当采用外源驱动冷却水泵时，柴油机停车后，不应过早停止冷却水循环，以避免产生冷却水“过后沸腾”现象；起动柴油机时，应避免暖机不足而过猛增加负荷。,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,81,2.2.5 管理与维护(management and maintenance),气缸盖的管理与维护（Failures and Reasons） 气缸套的管理与维护 活塞的管理与维护,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,82,2.2.5 管理与维护(management and maintenance),气缸套的常见缺陷 磨损（熔着、磨料和腐蚀） 裂纹（易发生在安装凸肩与外圆转角处，或在燃烧室内壁或气口间筋肋间） 穴蚀（外表面蜂窝状小孔，由电化学腐蚀和空泡引起） 泄漏（密封圈失效）,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,83,三种磨损的比较,熔着磨损：（严重时会引起拉缸） 金属直接接触磨擦时，形成局部高温，两者熔融粘着、脱落，逐渐扩大形成熔着磨损 活塞在上止点第一道活塞环附近最严重 材质、加工、外形尺寸，油孔布置、气缸油量和品质，缸套温度，对中情况等。 磨料磨损： 硬质颗粒进入磨擦面之间形成磨料 提高燃油净化质量，确保燃油良好燃烧 平行直线状的拉伤痕迹 腐蚀磨损（冷腐蚀或低温硫酸腐蚀） 油中含硫+氧化+低温 易在缸套中下部生成，刮到上部腐蚀 疏松的细小孔穴,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,84,穴蚀,外表面蜂窝状小孔 电化学腐蚀（开式 ）：冷却水作电解质腐蚀阳极区 空泡腐蚀（闭式 ）：侧推力形成高真空和高压 措施： 安装防腐锌板 冷却水中加缓冲剂和防锈油 增加壁厚 提高支承刚度 减少缸套的轴向支承距离 减小活塞与缸套的装配间隙 冷却水有合理的温度与压力,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,85,2.2.5 管理与维护(management and maintenance),气缸盖的管理与维护 气缸套的管理与维护 活塞的管理与维护（Failures and Reasons）,常见缺陷,原因分析,检测方法,维护管理,2019年8月7日3时55分,chapter 1 船舶柴油机概述,86,思考题,气缸盖的损环形式有几种? 气缸盖最易发生裂纹的地方在哪里?,
