主推进动力装置全书.ppt

1 活塞组的常见故障 活塞裂纹活塞顶的烧损活塞环异常磨损粘着折断 2 活塞组的管理及维护要点 磨合运行管理滑油压力和温度良好的润滑检修 3 连杆组的管理与维护 连杆杆身十字头式柴油机的连杆一般很少出现故障 筒状活塞式连杆杆身有时会疲劳裂纹和弯曲 4 连杆组的管理与维护 连杆螺栓重要性 断裂损坏后机废人忘断裂原因疲劳损坏 螺帽没有锁紧管理注意事项按说明书规定的预紧度紧固安装后确认检修时注意检查连杆螺栓 探伤 5 2 3 4故障管理及维护 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 连杆杆身 十字头滑块和导板 连杆小端轴承 连杆螺栓 6 连杆组的管理与维护 十字头滑块和导板工作条件与活塞运动规律相同 但工作条件好 上 下止点时敲击 会出现偏磨和疲劳碎裂 原因偏磨 安装不正 轴承偏磨 间隙不合 碎裂 安装 润滑 白合金浇铸不良 超负荷办法定期检查间隙 润滑和工作表面 注意倾听声响 7 2 3 4故障管理及维护 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 连杆杆身 十字头滑块和导板 连杆小端轴承 连杆螺栓 8 连杆组的管理与维护 连杆小端轴承工作条件轴承负荷大 润滑条件差 易出故障 办法注意润滑 9 2 3 4故障管理及维护 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 10 曲轴组的管理与维护 海上营运船舶检验规程 要求轴颈有无擦伤 蚀坑 机械损伤和磨损情况 曲轴吊起时检查轴颈的圆度和圆柱度 检查轴颈特别是圆角及油孔附近有无裂纹 必要时进行探伤 检查红套或配合处有无松弛或位移现象 检查分段式曲轴的法兰连接及组装式曲柄臂与平衡重块的紧固是否可靠 11 曲轴组的管理与维护 曲轴常见缺陷曲轴磨损曲轴挠曲曲轴塑性弯曲曲轴断裂曲轴红套滑移 12 曲轴组的管理与维护 曲轴磨损曲柄销与主轴颈磨损曲柄销磨损量大于主轴颈中间主轴颈比两端的大活塞不正 连杆弯曲 油道杂质 产生磨损不均熔着磨损 对曲轴损伤最大 图2 80曲轴轴颈测量 13 曲轴组的管理与维护 曲轴挠曲 图2 81曲轴轴线挠曲 图2 82挠曲与臂距差a 下弧线弯曲 b 上弧线弯曲 14 曲轴组的管理与维护 曲轴塑性弯曲某缸爆发压力长期过大因机座变形各主轴承颈同轴度误差较大 15 曲轴组的管理与维护 曲轴断裂原因 主轴承磨损不均 船体及机座变形 扭转共振 爆发压力太高或因轴承烧熔 曲轴材料缺陷 设计 制造质量低 由于润滑油变质 16 曲轴组的管理与维护 曲轴疲劳损坏断面特征 疲劳损坏断面示意图 17 曲轴组的管理与维护 疲劳损坏的形式 1 弯曲疲劳损坏特征位置 首先产生在曲柄销圆角或主轴颈圆角处 然后向曲柄臂发展原因 曲轴轴线不直 在回转中产生交变的弯曲应力 很少发生在未经长期使用的柴油机上 2 扭转疲劳损坏特征位置 多从油孔或圆角处开始 向与轴线成45 角的方向向轴颈发展原因 扭转应力和扭转振动附加扭转应力过大 柴油机运转初期 18 小结 扭矩 扭振的计算及测量方法比较成熟 弯曲多于扭转破坏 曲轴材料的缺陷也是导致疲劳损坏的原因之一滑油变质 进水 使轴颈油孔或圆角腐蚀 发生腐蚀疲劳损坏 注意检查曲轴轴线的状态 轴颈与下瓦的贴合情况要尽快越过临界转速区 注意对扭转振动减振器的检查和保养要注意化验滑油和利用分油机分离滑油 19 曲轴组的管理与维护 曲轴红套滑移组合式曲轴的曲柄臂与轴颈红套套合处相对位置发生变化原因 由于曲轴受到过大的冲击性扭矩引起的 爆发压力过高 发生拉缸及轴承烧熔 20 2 3 4故障管理及维护 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 21 轴瓦的管理与维护 1 拉毛与划伤 滑油中混入了硬质异粒 2 磨料或熔着磨损 细小的杂质 频繁起动 3 偏磨 轴颈或轴承孔的圆柱度 同轴度不高或发生变形 4 咬粘 轴承间隙 滑油T P和流量 超负荷 5 龟裂或疲劳剥落 轴承合金疲劳强度低 太厚 过载 温度高 轴承表面负荷分布不匀 6 轴瓦表面出现针状大面积麻点或滴状 条状剥落 产生腐蚀和气蚀 22 轴瓦的管理与维护的要点 滑油滤清效果 温度 压力和流量 装配时的清洁质量 避免长时间过载或频繁起动要提高轴颈和轴承孔几何精度 保证轴承间隙采用疲劳强度高的合金材料 薄壁轴瓦保证滑油粘度 采用防泡性较好的滑油防止燃烧产物混入滑油 经常检查滑油质量 23 曲柄连杆机构的管理要点 1 轴承换新后要经过2h磨合运行方可投入正常运转 规定的除处 2 对三层合金轴承表面不能用布重擦 以免损坏很薄的镀层 3 要定期进行曲轴箱检查 检查内容主要有 导板与滑块间隙 各种轴承间隙等各种螺栓的固紧情况 可用小锤敲击螺母发出的声音判断 油流情况 滑油泵开动 根据油流的快慢判断轴承状态滑油变质情况 各部件外观有无异常和裂纹等多项内容 4 要注意触摸曲轴箱的温度和倾听运转声音 5 认真监视滑油压力和温度 定期化验滑油 24 25 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 26 27 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 28 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 29 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 30 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 31 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 32 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 33 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 34 贯穿螺栓 S MC C型柴油机的双贯穿螺栓 35 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 36 37 RotatingPiston 旋转式活塞 SulzerZA40dieselengine 38 39 40 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 41 2 2 3气缸 Cylinder 气缸 气缸套 气缸体 42 2 2 3气缸 Cylinder 43 中小型柴油机的机体 44 Thereasonsformanufacturingthelinerseparately Thelinercanbemanufacturedusingasuperiormaterialtothecylinderblock Whilethecylinderblockismodefromagreycastiron thelinerismanufacturedfromacastironalloyedwithchromium 铬 vanadium 钒 andmolybdenum 钼 castironcontainsgraphite alubricant Thealloyingelementshelpresistcorrosionandimprovethewearresistanceathightemperatures Thecylinderlinerwillwarewithuse andthereforemayhavetobereplaced Thecylinderjacketlaststhelifeofengine Atworkingtemperature thelinerisalothotterthanthejacket Thelinerwillexpandmoreandisfreetoexpanddiametricallyandlengthwise IfTheywerecastasonepiece thenunacceptablethermalstresseswouldbesetup causingfactureofthematerial Lessriskofdefects Themorecomplexthecasting themoredifficulttoproduceahomogenous 纯 castingwithlowresidualstresses Plstranslateabove 45 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 46 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 47 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 48 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 49 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 50 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 51 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 52 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 53 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 54 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 55 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 56 57 58 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6 10个注油孔 P49 59 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 60 61 2 2 2气缸套 010Coolingjacket022Clamp034Screw046Cylinderliner071O ring083Non returnvalve complete095O ring117Coolingwaterconnection129Packing142Thrustpiece154Spring166Steelball178Valvehousing201O ring213Pipe225Screw 62 S MC C型柴油机气缸套 PistonCleaningRing AntiPolishingRing 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 63 64 65 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 66 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 67 68 2 2 4气缸盖 CylinderHead 69 2 2 4气缸盖 CylinderHead 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 70 2 2 4气缸盖 CylinderHead 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 71 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 72 2 2 4气缸盖 CylinderHead 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 73 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 CylinderHead 最复杂的零件 74 2 2 4气缸盖 CylinderHead 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 75 气缸盖工作条件 WorkingCondition 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 CylinderHead cover 76 2 2 4气缸盖 CylinderHead 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 77 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 CylinderHead cover 78 2 2 4气缸盖 CylinderHead 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 79 2 2 4气缸盖 CylinderHead 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 80 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 81 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 82 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 83 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 84 气缸盖螺栓的液压固紧装置 85 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 86 组合式 87 中速机气缸盖结构 6300型柴油机气缸盖 88 W rtsil 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 89 Wartsila某一型号气缸盖 Thecylinderheadhasbeenredesignedtomaximizethermalefficiency byincorporatingthelargestpossibleair gaschannels Theuseoffourcylinderheadstudsfacilitateseasymaintenance Thevalvedesignguaranteesexcellentcomponentoperationalbehavior especiallywithheavyfuel Rigidityofthecylinderheaddesignensuresadequateanduniformsealingbetweencylinderheadandliner Rigidityoftheconstructionallowsnodeformationofthevalveseatenvironment Allconnectionstothecylinderheadareeasytoreachanddisconnect 90 91 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 92 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 93 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 94 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 95 2 2 5管理与维护 managementandmaintenance 气缸盖的管理与维护 FailuresandReasons 气缸套的管理与维护活塞的管理与维护 96 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 97 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 98 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 99 2 2 5管理与维护 managementandmaintenance 气缸盖的管理与维护 FailuresandReasons 气缸套的管理与维护活塞的管理与维护 100 引起损坏的原因 Causes 热疲劳 Heatfatigue 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 Mechanicalfatigue 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 Corrosivefatigue 气缸盖在密封凸缘处冷却水侧容易发生腐蚀疲劳裂纹 101 2 2 5管理与维护 managementandmaintenance 气缸盖的管理与维护 FailuresandReasons 气缸套的管理与维护活塞的管理与维护 102 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 103 2 2 5管理与维护 managementandmaintenance 气缸盖的管理与维护 FailuresandReasons 气缸套的管理与维护活塞的管理与维护 104 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 105 2 2 5管理与维护 managementandmaintenance 气缸盖的管理与维护 FailuresandReasons 气缸套的管理与维护活塞的管理与维护 106 2 2 5管理与维护 managementandmaintenance 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 107 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 108 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 109 2 2 5管理与维护 managementandmaintenance 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 FailuresandReasons 常见缺陷 原因分析 检测方法 维护管理 110 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 111 第四章换气与增压 第一节柴油机换气过程第二节换气机构第三节废气涡轮增压系统和涡轮增压器第四节增压系统的故障与维护管理 112 一 四冲程柴油机换气过程 四冲程柴油机的换气角度为400 500度 113 114 二 柴油机换气过程 二冲程柴油机1自由排气阶段 B R 2强制排气和扫气阶段 R C 3过后排气阶段 C E 二冲程柴油机的换气角度为120 150度 115 116 三 时面值 角面值 时面值在一次换气过程中各个阶段气口或气阀的通流能力是以它们所拥有的时面值来衡量的 角面值它表示气口或气阀的通流能力 对于给定的柴油机它是一个定值与转速无关 117 四 充气系数 实际吸入气缸的新鲜空气量与进气管状态下充满气缸工作容积的空气量之比值 影响因素进气流动阻力的影响 进气阀 排气阀 主要因素 进气过程结束时气缸内气体温度的影响 n p不同 是次要因素 残余废气系数的影响 排气背压 v 四冲程很小 柴油机气阀正时的影响 118 流动阻力分析 要求尽可能增大进气通道截面积f 因此中大型机采用多个进气阀结构柴油机往往尽可能增大进气阀直径 使进气阀直径大于排气阀直径在中高速时 流动阻力损失占主要 所以要特别注意进气道的通畅 119 柴油机气阀正时的影响分析 排气阀提前开 应最佳 排气阀滞后关 惯性 有利于排气 进气阀提前开 有利于进气 燃烧室扫气 进气阀滞后关 n不同应该变化 排气提前角的影响 a 最合适 b 过早 c 过晚 二冲程柴油机中 受排气阀扫气口正时 清洁程度影响 120 第二节换气机构 气阀机构气阀驱动机构凸轮轴及其传动机构 121 122 一 气阀机构 1 气阀的工作条件气阀承受着很高的热负荷劣质重油高温腐蚀气体爆发压力及落座撞击力 123 气阀组件 不带阀壳气阀组件带阀壳气阀组件气阀采用耐热耐磨合金钢制造 气阀座圈采用合金铸铁或耐磨合金钢 124 不带阀壳的气阀组件 125 带阀壳气阀组件 126 具有空气弹簧的液压气阀驱动机构 127 气阀结构的特征 气阀与阀座气阀材料 耐热合金钢阀座材料 合金铸铁或耐热合金钢阀座 钻孔水冷 空气槽 阀杆 氮化 镀铬 滚压 抛光等工艺 128 129 130 131 气阀与阀座的配合方式 132 气阀与阀座配合方式比较 全接触式 小高速机 优点 接触面大 耐磨 传热好缺点 易结炭 敲击产生麻点外接触式 0 5 1 0 强载中速机中 优点 接触面小 密封性好 内侧不与燃气接触 阀盘拱腰变形增加接触面 减小接触应力增加散热 内接触式 0 2 0 5 长行程低速柴油机 优点 接触面小 密封性好 接触面温度低腐蚀小 阀盘周边翘曲增加接触面 减小接触应力增加散热 133 气阀弹簧 内 外双弹簧结构每根弹簧负荷 尺寸 应力 抗疲劳能力 自振频率不同 互相干扰 减振防止自动研磨防止一根弹簧断裂后卡进另一根弹簧中 134 气阀导管 功用 承受着摇臂所引起的侧推力气阀散热间隙要求 过小 气阀的动作迟滞甚至咬死过大 散热不良 横向振动和漏气加剧 甚至可能引起烟灰进人间隙使气阀卡住 135 136 阀壳紧固螺栓 采用柔性螺栓使阀壳 缸盖等受热零件因受热膨胀不一致而产生的附加应力较小 不易发生蠕变而松脱 阀壳承受着脉动的气体压力 柔性螺栓所受的交变应力变化幅度较普通螺栓小 不易疲劳断裂 柔性螺栓断面较细表面光滑 结构上力求避免应力集中 疲劳强度较高 137 气阀的常见故障及提高气阀工作能力的措施 1 排气阀烧损 排气阀密封不严 由于阀盘温度分布不均匀 阀盘及阀座密封锥面沉积玻璃状物质剥落 硬质颗粒在闭阀时的撞击密封面出现凹坑 2 排气阀的高温腐蚀 钒 钠和硫 3 气阀密封锥面磨损过快 4 阀盘和阀杆断裂 气阀间隙 阀杆与导管间隙过大阀盘和阀座刚度不足气阀和阀座材料性能不合要求重油含钒 钠硫多超负荷运行或燃烧恶化冷却不良振动使气阀落座速度过大 阀杆与导管间隙过大 阀盘或阀座变形 气阀间隙过大 气阀机构振动 138 问题 气阀机构的工作条件如何 139 提高气阀工作能力的措施 1 采用水冷式阀座 最新型中速机不用带阀壳的气阀 2 安装旋阀器 3 采用新材料新工艺 4 阀盘与阀座的密封锥面采用不等的锥角 140 气阀旋转机构 141 气阀组件管理维修注意事项 注意燃油的含钒量及时对气阀进行检查 注意阀锥面和阀座锥面的角度差 气阀导管和阀杆的间隙必须合适更换阀座不能轻率改变阀座材料阀壳的紧固螺栓不宜拧得过紧 正确的拧紧可能在初期会有少量漏气 142 3 2换气机构 气阀机构气阀驱动机构凸轮轴及其传动机构 143 二 气阀驱动机构 144 145 机械式气阀驱动机构凸轮的三种形式 146 气阀驱动机构的比较 1 机械式气阀驱动机构气阀间隙作用 弥补气阀及气阀驱动机构受热膨胀过小 因关闭不严 漏气 气阀烧损漏气 新鲜空气 压缩压力 燃烧恶化 排气温度 和功率 过大 改变气阀正时 且使气阀落座时撞击速度增大 气阀容易损坏 147 液压式气阀驱动机构 148 气阀驱动机构的比较 2 液压式气阀驱动机构优点 维护管理和检修拆装方便 不用调整气阀间隙 阀落座速度得以控制 减少阀与阀座的撞击 气阀的开启由推动活塞推动 阀杆作无侧向推力 气阀导管的磨损也减少 采用空气弹簧使气阀结构更为简单可靠 149 气阀驱动机构的比较 3 变排气阀关正时及升程 VEC 系统 150 3 2换气机构 3 2 1气阀机构3 2 2气阀驱动机构3 2 3凸轮轴及其传动机构 151 凸轮轴及其传动机构 凸轮轴 整根或分段凸轮 可调节 不可调节 152 凸轮轴传动机构 图4 13凸轮轴链传动机构 153 气阀机构的故障 1 阀面和阀座磨损和腐蚀伤痕 炭粒或杂质冲刷或在接合面上撞击麻点 燃油中的硫 钒和钠的腐蚀 2 阀面与阀座烧损阀座扭曲 偏移 倾斜和失圆 3 阀杆卡紧导管间隙 阀杆卡阻导管间隙 滑油结焦 沉积物 卡住中心线不正 4 阀杆和阀头断裂 频繁撞击 高温 5 气阀弹簧断裂 振动 材质 工艺 6 阀壳产生裂纹 固定螺栓拧得太紧 154 使用管理注意事项 重装凸轮轴的传动机构必须注意对准其啮合记号凸轮及其传动机构必须经常检查其润滑的情况对于链传动机构 必须注意链条的张紧情况检查和调整气阀正时 必须在检查和调整好气阀间隙后再进行 155 第四章换气与增压 第一节柴油机换气过程第二节换气机构第三节废气涡轮增压系统和涡轮增压器第四节增压系统的故障与维护管理 156 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 柴油机增压概述提高柴油机有效功率的途径改变柴油机的结构参数 提高工作容积 提高柴油机的转速 提高柴油机的平均有效压力 柴油机增压方式机械增压 增压压力提高 柴油机消耗功增大 废气涡轮增压复合增压低增压 0 15MPa 中增压 0 15 0 25MPa 高增压 0 25 0 35MPa 超高增压 0 35MPa 157 158 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 废气涡轮增压发展概况增压器发展侧重点倾向提高效率 Tk 159 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 废气涡轮增压技术废气能量组成分析总可用能 E1 E2 PT E1 E1 E2 160 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 161 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 废气涡轮增压的两种基本方式 1 进气管 2 涡轮增压器 3 排气总管 4 柴油机 1 进气管 2 涡轮增压器 3 排气管 4 柴油机 定压增压 脉冲增压 162 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 脉冲涡轮增压柴油机气缸的分组分组原则 同一组气缸的扫 排气时间相互不重叠或重叠很少 四冲程柴油机 排 扫气持续时间约为240 二冲程柴油机 排 扫气持续时间约为120 同一组允许最多气缸数i 3 例子 四冲程六缸柴油机 1 5 3 6 2 4 163 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 脉冲增压与等压增压的比较在废气能量利用方面 排气可用能的传递效率 脉冲高 但增压度提高 差别不大 涡轮增压器的综合效率 Tk 脉冲低 涡轮增压系统的有效性指标K E Tk 增压度不高时 脉冲大 反之则小 部分负荷时K值 pT较低 脉冲大扫气性能 脉冲能在较大运转范围内好加载性能 脉冲好脉冲振动大 布置 构造和加工等要求严格 维护管理不方便 164 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 废气涡轮增压的其它几种方式 165 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 三 废气涡轮增压器及增压系统其它部件1 废气涡轮增压器2 动力涡轮3 增压空气冷却器及水雾截留器 166 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 废气涡轮增压器 工作原理 结构 离心式压气机 轴流式涡轮 轴流式废气涡轮 离心式压气机 轴承 气封与油封 167 168 169 170 171 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 轴流式涡轮工作原理 W1和 1取决于u 1一定 1取决于u C1 2 C2取决于W2和u 设计工况时 2接近90 C2最小 即余速损失最小 172 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 涡轮级中的损失分析在喷咀及动叶中的损失 流速越高 损失越大撞击损失 1与 1k不一致 非设计工况 余速损失 C2 非设计工况 漏气 磨擦等 173 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 废气涡轮增压器 工作原理 结构 离心式压气机 轴流式涡轮 轴流式废气涡轮 离心式压气机 轴承 气封与油封 174 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 离心式压气机的工作原理 1 空气在离心式压气机工作过程中的参数变化 进气道1叶轮2扩压器3出气涡壳4 175 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 离心式压气机的工作原理 2 176 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 离心式压气机的工作原理 3 空气在扩压器中的流动 内圈无叶扩压器能使出口气流趋于均匀 有利于叶片扩压器的工作 当偏离设计工况时仍能保持较高的效率 177 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 离心式压气机的工作原理 4 压气机中的流动损失 178 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 废气涡轮增压器 工作原理 结构 离心式压气机 轴流式涡轮 轴流式废气涡轮 离心式压气机 轴承 气封与油封 179 轴流式废气涡轮 180 181 182 183 184 185 186 轴流式和径流式废气涡轮增压器 187 188 76 160柴油机涡轮增压器结构 1 涡轮进气壳 2 喷嘴环 3 涡轮 4 排气导流器 5 涡轮排气壳 6 隔热层 7 滤清器 8 消音器 9 进气壳 10 压气机叶轮 11 扩压器 12 蜗牛壳 13 主轴 14 滑动轴承 15 止动环 16 挡油环 17 气封 18 环形空间 19 20 21 通道 22 滑油密封环 23 气封环 24 气封环 189 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 ABB公司VTR454型废气涡轮增压器 1 消音滤清器 2 压气机进气壳 3 叶轮罩壳 4 压气机出气壳 5 扩压器 6 隔热墙 7 涡轮排气壳 8 转子轴 9 气封 10 29 油封 11 进水管 12 28 油位表 13 27 齿轮油泵 14 25 盖板 15 26 注油孔螺钉 16 滚柱轴承 17 出水管 18 涡轮进气壳 19 喷嘴环 20 涡轮叶轮 21 压气机叶轮背气封 22 压气机叶轮 23 向心推力球轴承 X 密封空气通道 Y 平衡腔 Z 平衡通道 190 轴流式废气涡轮 1 工作叶轮 2 喷嘴环 3 废气入口 4 轮盘 5 轴 191 192 193 194 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 喷咀环与叶片 195 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 废气涡轮增压器 工作原理 结构 离心式压气机 轴流式涡轮 轴流式废气涡轮 离心式压气机 轴承 气封与油封 196 离心式压气机 197 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 废气涡轮增压器 工作原理 结构 离心式压气机 轴流式涡轮 轴流式废气涡轮 离心式压气机 轴承 气封与油封 198 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 199 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 废气涡轮增压器 工作原理 结构 离心式压气机 轴流式涡轮 轴流式废气涡轮 离心式压气机 轴承 气封与油封 200 气封与油封装置 201 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 三 废气涡轮增压器及增压系统其它部件1 废气涡轮增压器2 动力涡轮3 增压空气冷却器及水雾截留器 202 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 动力涡轮 203 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 三 废气涡轮增压器及增压系统其它部件1 废气涡轮增压器2 动力涡轮3 增压空气冷却器及水雾截留器 204 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 增压空气冷却器及水雾截留器空冷器冷却效果分析 1 提高空气密度 降低燃油消耗率2 降低工作循环的温度 防止热负荷过高 水雾截留器作用 使增压空气内的水与气分离 防止水被带入气缸 205 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 四 柴油机增压系统 dieselengine compressor turbocharger cooler others 根据增压所需能量来源 机械增压 耗功 只用于压比不高时 纯废气增压复合增压1 四冲程柴油机增压系统 不增设辅助气泵 2 二冲程柴油机增压系统 涡轮与压气机平衡矛盾较大 206 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 二冲程柴油机增压系统二冲程柴油机要实现纯废气涡轮增压较困难靠进排气压差进行 压差小了就无法换气新废气掺混 增压空气消耗量较大新废气掺混 涡轮进口温度低 可用能小没有因活塞推挤而增加的废气能量 207 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 1 纯废气涡轮增压系统 直流扫气中应用直流扫气使用纯废气增压的原因 采用排气阀 管路布置紧凑 能有效利用脉冲能 排气阀提前角可调大 使可用能增多 现在大型低速二冲程柴油机均采用直流扫气 纯废气涡轮增压 高增压 现在等压增压 在低负荷起动时必须辅以电动鼓风机不用动力涡轮加长活塞有效行程 减小排气阀开启角采用大压缩比采用大的过量空系数 208 3 3废气涡轮增压系统和涡轮增压器 2 复合增压系统 1 串联旁通增压系统 2 并联增压系统 1 涡轮2 压气机3 中冷器4 扫气箱5 电动鼓风机6 扫气室7 气水分离器a 单向阀 主要优点 利用扫气室中空气压力的变化 防止废气倒冲 有利于扫气 209 210 喘振 211 二冲程与四冲程柴油机进气特性差异 二冲程与四冲程柴油机进气特性差异 主要与转速有关 与压差不大 与转速无关 与压差有关 212 213 3 4增压系统的故障与维护管理 三 增压系统的故障1 增压压力低于正常值 1 增压器n和P都下降1 涡轮获得的能量偏少 废气通道污阻 漏气2 压气机 涡轮的效率下降3 增压器转动阻力变大4 涡轮的通流能力变大 2 增压器n不变 而P下降增压空气泄漏 214 3 4增压系统的故障与维护管理 2 增压压力高于正常值 1 柴油机方面 使涡轮获得的能量过多 2 增压系统方面 涡轮的通流面积减小 可用焓降增加 215 3 4增压系统的故障与维护管理 3 增压器强烈振动1 涡轮动叶片折断 2 燃烧产物附着在涡轮动叶上造成不平衡 216 3 4增压系统的故障与维护管理 4 增压器轴承损坏滚动体和内外圈滚道上工作表面的疲劳点蚀 润滑油清洁程度不够和品质达不到要求 会使滚动轴承使用寿命大大缩短 增压器可靠性变差 滑动轴承烧毁往往是由于滑油压力过低 油量不足或断油 油质不洁和油中混入金属屑等机械杂质所造成的 轴承烧毁时增压器转速急速下降 增压压力降低 滑油温度升高 并出现异常的响声和振动 217 3 4增压系统的故障与维护管理 一 离心式压气机的工作特性二 增压系统运行的基本规律1 二冲程主柴油机增压系统运行的基本规律2 四冲程柴油机增压系统运行的基本规律三 增压系统的故障四 增压系统的维护管理 218 3 4增压系统的故障与维护管理 四 增压系统的维护管理1 增压器轴承的维护管理 1 油的清洁度 2 油的品质严格按规定使用 3 定期更换 2 增压系统主要部件的清洗3 增压器的拆装 219 Chapter5燃油喷射与燃烧 燃油与燃油添加剂燃油的喷射喷油泵及喷油器混合气的形成和燃烧故障与维护管理 220 混合气的形成和燃烧 一 燃油的雾化二 燃烧室三 混合气的形成四 柴油机对燃烧过程的要求五 燃烧过程六 影响燃烧过程的因素七 控制燃烧过程的措施 221 一 燃油的雾化 1 油雾的形成2 喷雾特性雾化质量雾化细度 油粒平均直径雾化均匀度 直径差几何形状锥角 油束的扩散能力和紧密程度射程L 油束的贯穿距离 222 3 影响雾化的主要因素 喷油压力 喷油压力增大时 雾化质量提高喷孔直径 增大 雾化细度和均匀度下降 但L增大而 减小喷孔孔数 总通流面积不变时 喷孔越多 其直径越小 雾化细度和均匀性提高 增大 但L下降燃油粘度 粘度增加时 流动性差 分裂较困难 故雾化不良喷射背压 喷射背压增加雾化质量提高 变大L缩短 223 混合气的形成和燃烧 一 燃油的雾化二 燃烧室三 混合气的形成四 柴油机对燃烧过程的要求五 燃烧过程六 影响燃烧过程的因素七 控制燃烧过程的措施 224 4 4混合气的形成和燃烧 二 燃烧室1 燃烧室 combustionchamber 225 开式燃烧室 主要靠空间雾化混合 靠燃油的喷射喷注形状与燃烧室要很好配合不组织进气涡流或组织弱进气涡流滞燃期可燃混合气较多 因此工作较粗暴 机械负荷大过量空气系数 必须较大经济性好对燃油品质及转速较敏感起动性能好 相对散热面积F V小 易起动 226 227 半开式燃烧室 组织空气涡流对燃油喷射系统的要求较低球型燃烧室 油膜蒸发混合 特点 工作柔和 无烟 性能指标好 空气利用率高 过量空气系数较低 已降至1 1 冷起动比较困难 对增压适应性差 因增压后供油量大油膜厚 影响混合气形成在大缸径柴油机上应用困难 228 229 2 分隔式燃烧室 230 231 涡流室式燃烧室 对喷油系统要求更低适应高转速过量空气系数 很小柴油机工作平稳柔和相对散热面积大 节流损失大 燃油消耗率高起动性能差 往往用电热塞帮助起动 232 233 分隔式燃烧室的特点 因空气流速高 燃油与空气混合良好 空气利用率高 因此过量空气系数小 烟色较好 主燃烧室内压力升高率较低 因此工作平稳 噪音较低 对转速与燃油品质不敏感 散热损失 节流损失均较大 因而其经济性差 冷起动困难 234 混合气的形成和燃烧 一 燃油的雾化二 燃烧室三 混合气的形成四 柴油机对燃烧过程的要求五 燃烧过程六 影响燃烧过程的因素七 控制燃烧过程的措施 235 柴油机对混合气形成的要求 在极短时间内 燃气混合 要适当减少着火前的供油量 避免工作粗暴 同时加速中 后期的混合和燃烧速度 要充分利用燃烧室内的一切空气 使活塞顶隙 气阀坑等的空间尽量小 以提高实际的过量空气系数 充分利用进气涡流 尽量组织挤压涡流 要喷油 气流和燃烧室三者配合 236 2 混合气形成的方式与特点 1 空间混合型 雾化混合型 压力高 孔多直径小 油找气不组织进气涡流 因而柴油机的经济性较好供油设备要求高 故障较多发动机工作易粗暴2 油膜混合型气找油工作柔和 燃烧压力和最高燃烧温度不高 NOx排放较低对喷射系统的要求较低 故喷射系统故障较少受油和气变动的影响大 燃烧稳定性差 冷起动困难对活塞壁面的温度控制要求较高3 雾化油膜混合型 237 3 影响混合气形成的因素 1 燃油的雾化质量 2 燃烧室空气涡流 3 喷油器喷孔数目及孔径 4 压缩终点的缸内热状态 5 燃烧室类型 238 4 4混合气的形成和燃烧 一 燃油的雾化二 燃烧室三 混合气的形成四 柴油机对燃烧过程的要求五 燃烧过程六 影响燃烧过程的因素七 控制燃烧过程的措施 239 4 4混合气的形成和燃烧 四 柴油机对燃烧过程的要求燃烧完全燃烧迅速及时燃烧过程平稳不粗暴空气利用率高 研究气缸内的燃烧过程放热规律已成为分析或评价燃烧过程的品质常用的有效方法之一 240 241 4 4混合气的形成和燃烧 一 燃油的雾化二 燃烧室三 混合气的形成四 柴油机对燃烧过程的要求五 燃烧过程六 影响燃烧过程的因素七