船舶柴油机_杨建国_柴油机的结构和主要部件

1、2021年6月24日8时49分chapter 2 柴油机的结构和主要部件1 船舶柴油机 Marine diesel engine 主讲：余永华 Email: 2021年6月24日8时49分chapter 2 柴油机的结构和主要部件2 Chapter 2 柴油机的结构和主要部件 燃烧室部件 (活塞、气缸、气缸盖 ) 支承联接组件 (机座、主轴承、机体 ) 曲柄连杆机构 (连杆组件和曲轴组件 ) 主要固定件 燃油系统 主要运动件 配气机构及换气系统 润滑系统 冷却系统 起动及控制系统 柴柴 油油 机机 结结 构构 主主 要要 部部 件件 2021年6月24日8时49分chapter 2 柴油机的结

2、构和主要部件3 Chapter 2 柴油机的结构和主要部件 2.1 柴油机的结构 2.2 燃烧室部件 2.3 曲柄连杆机构 2.4 柴油机的主要固定件 2021年6月24日8时49分chapter 2 柴油机的结构和主要部件4 2.1 柴油机的结构 主要固定件 燃油系统 主要运动件 配气机构及换气系统 润滑系统 冷却系统 起动及控制系统 柴油机基本组成 2021年6月24日8时49分chapter 2 柴油机的结构和主要部件5 MAN B 3. 由气体压力而产生的机械应力， 随气体压力而脉动，又称为脉动 应力。与最高燃烧压力成正比。 2021年6月24日8时49分chapter 2 柴油机的结

3、构和主要部件34 n预紧力 n气体压力气体压力 n往复惯性力 机械负荷分析 通常将最高通常将最高(爆发爆发)压力压力Pmax作为柴油机机械负荷的主要标志。作为柴油机机械负荷的主要标志。 气缸盖 气缸套气缸套 活塞 2021年6月24日8时49分chapter 2 柴油机的结构和主要部件35 气缸套受力分析 2 2 2 2 1 1 1 z t pr r r r 2 2 2 2 1 1 1 z r pr r r r 2021年6月24日8时49分chapter 2 柴油机的结构和主要部件36 机械负荷分析-气体压力 n气缸套 气缸套内部承受最高燃烧压力pz的作用， 根据材料力学厚壁圆筒的公式，在某

4、一 半径r上受到的应力为： 切向应力 径向应力 式中：r1、r2、r分别为气缸套的内圆半 径、外圆半径和缸套壁内所求应力点的 半径。 2 2 2 2 1 1 1 z t pr r r r 2 2 2 2 1 1 1 z r pr r r r 2021年6月24日8时49分chapter 2 柴油机的结构和主要部件37 n预紧力 n气体压力气体压力 n往复惯性力 机械负荷分析 通常将最高通常将最高(爆发爆发)压力压力Pmax作为柴油机机械负荷的主要标志。作为柴油机机械负荷的主要标志。 气缸盖 气缸套 活塞活塞 2021年6月24日8时49分chapter 2 柴油机的结构和主要部件38 机械负荷

5、分析-气体压力 n活塞 2 2 uz R p 活塞顶板上、下表面受到的弯曲应力 u R 1、柴油机尺寸增大 2、增加顶板厚度 u 但导致热应力增加但导致热应力增加 3、解决方法：薄壁强背结构 结论：燃烧室部件中由气体压力而产生的机械应力都和最高爆发压力成正比， 因此柴油机在运转中不要使燃烧压力过高，以免机械应力过大。 2021年6月24日8时49分chapter 2 柴油机的结构和主要部件39 机械负荷分析总结 1. 安装预紧力引起的机械负荷安装预紧力引起的机械负荷 n 气缸盖的安装应力 n 气缸套的安装应力 2. 气体压力引起的负荷气体压力引起的负荷 n 气缸盖 n 气缸套 n 活塞 通常将

6、最高通常将最高(爆发爆发)压力压力Pmax作为柴油机机械负荷的主要标志。作为柴油机机械负荷的主要标志。 2021年6月24日8时49分chapter 2 柴油机的结构和主要部件40 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 机械负荷 热负荷热负荷 结构特点 2021年6月24日8时49分chapter 2 柴油机的结构和主要部件41 热负荷分析-热负荷的表示方法 热负荷是指柴油机的燃烧室部件承受温度、热 流量及热应力的强烈程度。 n热负荷可用单位时间内单位面积

7、上的热流量 热流密度q来表示； n利用受热部件中温度分布图，可以从这个角度 准确地表示和评定热负荷； n热负荷还可用热应力大小来表示。 通常用柴油机的排气温度来判断热负荷的高低 2021年6月24日8时49分chapter 2 柴油机的结构和主要部件42 热负荷分析-热应力 由温差作用形成的应力称热应力。 n活塞顶板的热应力分析：上顶板 为压应力，下顶板为拉应力。 n热应力与热流密度、顶板厚度、 材料的膨胀系数、材料的弹性系 数成正比，而与材料热传导系数 成反比。 12 1 112 E q E 为了把热应力保持在原有的水平上，要尽量减少顶板的厚度而采用薄壁结构 2021年6月24日8时49分c

8、hapter 2 柴油机的结构和主要部件43 热负荷分析-热应力 由温差作用形成的应力称热应力。 n气缸套的热应力分析：与温差t成正比。内 表面因膨胀受到外表面的阻碍而产生压应力， 外表面因受到内表面的拉伸作用而产生拉应 力 n气缸盖底板的热应力：气缸盖底板由于受到 燃气的高温作用也会产生热应力。活塞顶板 上热应力的简化分析相同. 2021年6月24日8时49分chapter 2 柴油机的结构和主要部件44 热负荷分析-热疲劳 燃烧室部件在交变的热应力作用下 出现的破坏现象称热疲劳。 n热疲劳与柴油机的累计转数并无多 大关系，主要取决于机器的起动 运行停车的循环次数。 n热疲劳产生的裂纹多数在

9、触火面上 形成和发展，以致造成损坏。 2021年6月24日8时49分chapter 2 柴油机的结构和主要部件45 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 机械负荷 热负荷 结构特点结构特点 2021年6月24日8时49分chapter 2 柴油机的结构和主要部件46 燃烧室部件的结构特点 1、机械应力与热应力的相互矛盾 解决方法薄壁强背 2、当代新型超长行程柴油机燃烧 室大多采用钻孔冷却结构。 2021年6月24日8时49分chapter 2 柴油机的结构和主要部件47 n机械负荷 预紧力、气体压力气体压力、往复惯性力 通常将最高通常将最高(爆发爆发)压力压力Pmax作为柴油机机械负荷作为柴油机机械负荷 的主要标志。的主要标志。 n热负荷 评定方法 1.与最高允许温度比较 2.排气温度 3.热应力 n其它 燃气腐蚀，冷却液腐蚀以及摩擦表面磨损等危害 2.2.1燃烧室部件承受