參考船舶柴油機(jī)chapter24cylinder head management combustion chamber parts

1、船舶柴油機(jī)Marine diesel engine主講：余永華:yyhua2012/10/241chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件2.2 燃燒室部件2.2.1 燃燒室部件承受的負(fù)荷及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.2.2 活塞組2.2.3 氣缸2.2.5 故障與維護(hù)管理2012/10/242chapter 2 柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)和主要部件2.2.4 氣缸蓋3部件2.2.4 氣缸蓋(Cylinder Head)2012/10/244chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件2.2.4 氣缸蓋(Cylinder Head)n 氣缸蓋的類(lèi)型n 氣缸蓋的功用n 氣缸蓋的工作條件n 氣缸蓋要求與材料n 典型氣缸蓋的結(jié)構(gòu)201

2、2/10/245chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件2.2.4 氣缸蓋(Cylinder Head)n 氣缸蓋的類(lèi)型?各有什么特點(diǎn)1單體式氣缸蓋2整體式氣缸蓋3分組式氣缸蓋2012/10/246chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件不同類(lèi)型氣缸蓋的特點(diǎn)1.單體式氣缸蓋優(yōu)點(diǎn)：密封性好；拆裝以及檢修均較方便缺點(diǎn)：氣缸中心距，柴油機(jī)長(zhǎng)度和重量2.整體式氣缸蓋(缸徑150mm)優(yōu)點(diǎn)：氣缸中心距小，結(jié)構(gòu)緊湊，柴油機(jī)剛度缺點(diǎn)：易變形，密封性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜不便。3.分組式氣缸蓋介于上述兩者之間2012/10/247chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件2.2.4 氣缸蓋(Cylinder Head)n

3、 氣缸蓋的類(lèi)型n 氣缸蓋的功用n 氣缸蓋的工作條件n 氣缸蓋要求與材料n 典型氣缸蓋的結(jié)構(gòu)2012/10/248chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件2.2.4 氣缸蓋(Cylinder Head)氣缸蓋功用(Functions)密封，與缸套、活塞組成氣缸工作空間；將氣缸套壓緊于機(jī)體正確位置上，使活塞運(yùn)動(dòng)正常；安裝柴油機(jī)各種附件(氣缸起動(dòng)閥,示功閥,安全閥,搖臂)；n1.2.3.4.布置進(jìn)、排氣道，冷卻。 最復(fù)雜的零件 2012/10/249chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件2.2.4 氣缸蓋(Cylinder Head/cover)n 氣缸蓋的類(lèi)型n 氣缸蓋的功用n 氣缸蓋的工作條件

4、n 氣缸蓋要求與材料n 典型氣缸蓋的結(jié)構(gòu)2012/10/2410chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件2.2.4 氣缸蓋(Cylinder Head/cover)氣缸蓋工作條件(Working Condition)n1.2.3.4.(高頻脈械應(yīng)力 ) ；氣體安裝應(yīng)力；熱應(yīng)力； 腐蝕。2012/10/2411chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件2.2.4 氣缸蓋(Cylinder Head/cover)n 氣缸蓋的類(lèi)型n 氣缸蓋的功用n 氣缸蓋的工作條件n 氣缸蓋要求與材料n 典型氣缸蓋的結(jié)構(gòu)2012/10/2412chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件2.2.4 氣缸蓋(Cylinde

5、r Head/cover)氣缸蓋的要求(Requirements)足夠的強(qiáng)度,良好的耐熱性； 材料還應(yīng)具有良好的澆鑄性；足夠的剛性,受壓面和各種道腔應(yīng)分別符合規(guī)n1.2.3.試驗(yàn)要求 ;定的4.5.冷卻到位，使溫度合適閥件拆裝方便，維修方便。2012/10/2413chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件2.2.4 氣缸蓋(Cylinder Head/cover)n 氣缸蓋的材料1.400mm以下灰鑄鐵,400mm以上球墨鑄鐵；2.大型低速柴油機(jī)采用鑄鋼或鑄鐵-鑄鋼組合式 缸蓋2012/10/2414chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件2.2.4 氣缸蓋(Cylinder Head/cov

6、er)n 氣缸蓋的類(lèi)型n 氣缸蓋的功用n 氣缸蓋的工作條件n 氣缸蓋要求與材料n 典型氣缸蓋的結(jié)構(gòu)2012/10/2415chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件大型低速柴油機(jī)氣缸蓋的構(gòu)造1- 排氣閥孔；2- 冷卻鉆孔；3- 垂直孔；4- 噴油器孔；5- 起動(dòng)閥孔；6- 安全閥和示功閥孔；7- 氣缸蓋螺栓孔；8- 冷卻水腔；9- 冷卻水套2012/10/2416chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件特點(diǎn)分析n 薄壁強(qiáng)背n 錐形燃燒室有利于換氣和燃燒。n 對(duì)稱(chēng)的噴油器有利于油霧化和燃燒室形狀的配合n 缸蓋和缸套的接合面下移使接合面不直接受火焰沖擊n 缸套冷卻水沿均布，冷卻均勻。2012/10/

7、24chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件中速機(jī)氣缸缸蓋2012/10/2418件Wrtsil 32型柴油機(jī)氣缸蓋1- 冷卻腔；2- 氣缸蓋；3- 噴油器；4排氣閥孔；5- 進(jìn)氣閥孔；6- 氣閥；7- 閥座2012/10/2419chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件氣缸的密封密封難度高溫、高壓氣缸蓋和氣缸體在螺栓之間的剛度并非均勻一致 不同部位熱膨脹不同，密封面發(fā)生不均勻變形n1.2.3.4.氣體引起密封機(jī)件動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)解決方法氣缸套頂面上車(chē)制出不同形狀的環(huán)槽氣缸蓋底面制出凸緣兩者之間安裝環(huán)形密封墊片n1.2.3.2012/10/2420chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件缸蓋的密封形式

8、缸蓋密封形式密封墊片的截面形狀密封墊片的材料應(yīng)耐熱、耐腐蝕和抗壓，并且還應(yīng)有足夠高的塑性與彈性2012/10/2421chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件用于單個(gè)螺栓的工具A. 拉伸接頭B. 帶螺紋的工具C. 帶孔螺釘nnnnnnnnnnnnD.E. 圓柱F. 密封圈活塞G.H.撬棒I. 氣缸螺母J. 螺栓S. 間隙U. 用于塞尺測(cè)量的凹槽環(huán)2012/10/2422chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件Summary of this sectionCylinderq 氣缸的功用q 氣缸工作條件q 氣缸套的要求及材料q 氣缸套的結(jié)構(gòu)形式Cylinder headq 氣缸蓋的類(lèi)型q 氣缸蓋的

9、功用q 氣缸蓋的工作條件q 氣缸蓋要求與材料q 典型氣缸蓋的結(jié)構(gòu)nn2012/10/2423chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)與主要部件2.2 燃燒室部件2.2.1 燃燒室部件承受的負(fù)荷及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.2.2 活塞組2.2.3 氣缸2.2.4 氣缸蓋2012/10/2424chapter 2 柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)和主要部件2.2.5 故障與維護(hù)管理 Fault，Management and Maintenance2.2.5 管理與維護(hù)(management andmaintenance)n 氣缸蓋的管理與維護(hù)（Failures and Reasons）n 氣缸套的管理與維護(hù)n 活塞的管理與維護(hù)2012/10

10、/2425chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件常見(jiàn)缺陷維護(hù)管理檢測(cè)方法疲勞分析氣缸蓋的常見(jiàn)缺陷（1）貼合面漏氣(leak)n 現(xiàn)象：q 氣泡-漏氣、漏水和漏油-停止工作：1. 缸蓋螺栓預(yù)緊力不足或嚴(yán)重不均2. 密封墊片裝反、老化或損壞3. 貼合面有雜質(zhì)在局部梗墊，或貼合面本身有損傷4. 缸蓋底面或機(jī)體支承面變形，平面度誤差嚴(yán)重。n2012/10/2426chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件氣缸蓋的常見(jiàn)缺陷（2）氣缸蓋翹曲(Warp)n 現(xiàn)象：q 塑性變形密封失效：1缸蓋螺栓預(yù)緊力過(guò)大或嚴(yán)重不均；n2柴油機(jī)長(zhǎng)期超負(fù)荷或最高爆發(fā)過(guò)大；3氣缸蓋制造殘余應(yīng)力嚴(yán)重。2012/10/2427cha

11、pter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件氣缸蓋的常見(jiàn)缺陷（3）n 氣缸蓋裂紋(Crack)最易發(fā)生在各閥座孔與噴油器座孔之間1缸蓋材質(zhì)不合要求，抗熱疲勞強(qiáng)度低。2制造缺陷。沒(méi)有消除殘余應(yīng)力， 局部結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中嚴(yán)重等。3因結(jié)構(gòu)不當(dāng)或水垢嚴(yán)重，冷卻效果差。4柴油機(jī)使用、操作不當(dāng)。如突然加大噴油量，突然向冷卻系統(tǒng)補(bǔ)充大量冷水或者頻繁起動(dòng)，停車(chē)。2012/10/2428chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件2.2.5 管理與維護(hù)(management andmaintenance)n 氣缸蓋的管理與維護(hù)（Failures and Reasons）n 氣缸套的管理與維護(hù)n 活塞的管理與維護(hù)2012/10/2

12、429chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件常見(jiàn)缺陷維護(hù)管理檢測(cè)方法疲勞分析疲勞分析（Causes）n 熱疲勞(Heat fatigue)“鼻梁區(qū)”熱疲勞裂紋（觸火面），發(fā)生蠕變，引起局部塑性變形，取決于“冷熱”循環(huán)次數(shù)的低循環(huán)疲勞n 機(jī)械疲勞(Mechanical fatigue)底板內(nèi)側(cè)表面裂紋（水冷面），閥孔尖角處應(yīng)力集中嚴(yán)重,與發(fā)的累計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)，稱(chēng)高循環(huán)疲勞n 腐蝕疲勞(Corrosive fatigue)氣缸蓋在密封凸緣處冷卻水側(cè)容易發(fā)生腐蝕疲勞裂紋2012/10/2430chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件2.2.5 管理與維護(hù)(management andmaintenan

13、ce)n 氣缸蓋的管理與維護(hù)（Failures and Reasons）n 氣缸套的管理與維護(hù)n 活塞的管理與維護(hù)2012/10/2431chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件常見(jiàn)缺陷維護(hù)管理檢測(cè)方法疲勞分析氣缸蓋裂紋的檢測(cè)方法n (1)開(kāi)車(chē)前沖車(chē)時(shí)，觀察示功閥有無(wú)水汽、水珠噴出。n (2)運(yùn)轉(zhuǎn)中，觀察冷卻水，出口溫度是否升高，冷卻水柜水位是否正常，滑油中是否有水，油位是否升高。n (3)煙囪是否冒白煙n (4)吊缸時(shí)，活塞頂部有積水或銹痕，表明氣缸蓋有裂穿現(xiàn)象?？梢圆捎脻B透探傷和水壓(0.7Mpa)試驗(yàn)等方法檢驗(yàn)2012/10/2432chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件2.2.5 管

14、理與維護(hù)(management andmaintenance)n 氣缸蓋的管理與維護(hù)（Failures and Reasons）n 氣缸套的管理與維護(hù)n 活塞的管理與維護(hù)2012/10/2433chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件常見(jiàn)缺陷維護(hù)管理檢測(cè)方法分析維護(hù)管理中應(yīng)注意的事項(xiàng)（1） 在柴油機(jī)投入運(yùn)行前，徹底水路暢通。（2） 運(yùn)轉(zhuǎn)中適時(shí)清除水垢和鐵銹，保證傳熱條件良好。冷卻水腔，保證（3）冷卻水的品質(zhì)，按說(shuō)明書(shū)的規(guī)定好冷卻水的溫度、溫差和流量。（4） 避免長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，防止過(guò)熱。（5） 當(dāng)采用外源驅(qū)動(dòng)冷卻水泵時(shí)，柴油機(jī)停車(chē)后，不應(yīng)過(guò)早停止冷卻水循環(huán)，以避免產(chǎn)生冷卻水“過(guò)后沸騰”現(xiàn)象；

15、起動(dòng)柴油機(jī)時(shí)，應(yīng)避免暖機(jī)不足而過(guò)猛增加負(fù)荷。2012/10/2434chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件2.2.5 管理與維護(hù)(management and maintenance)n 氣缸蓋的管理與維護(hù)（Failures and Reasons）n 氣缸套的管理與維護(hù)n 活塞的管理與維護(hù)2012/10/2435chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件2.2.5 管理與維護(hù)(management andmaintenance)氣缸套的常見(jiàn)缺陷磨損（熔著、磨料和腐蝕）裂紋（易發(fā)生在安裝凸肩與外圓轉(zhuǎn)角處，或在燃燒室內(nèi)壁或氣口間筋肋間）穴蝕（外表面蜂窩狀小孔，由電化學(xué)腐蝕和空泡引起）泄漏（密封圈

16、失效）n1.2.3.4.2012/10/2436chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件三種磨損的比較熔著磨損：（嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起拉缸）金屬直接接觸磨擦局部高溫熔融粘著、脫落擴(kuò)大熔 著磨損活塞在上止點(diǎn)第一道活塞環(huán)附近最嚴(yán)重qqq材質(zhì) 中外形油孔布置氣缸油量和品質(zhì)缸套溫度對(duì)磨料磨損：q 硬質(zhì)顆粒進(jìn)入磨擦面之間形成磨料q 提高燃油凈化質(zhì)量，確保燃油良好燃燒q 平行直線(xiàn)狀的拉跡腐蝕磨損（冷腐蝕或低溫硫酸腐蝕）q 油中含硫+氧化+低溫缸套中下部生成，刮到上部腐蝕qq 疏松的細(xì)小孔穴2012/10/2437chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件穴蝕外表面蜂窩狀小孔電化學(xué)腐蝕（開(kāi)式 ）：冷卻水作電解質(zhì)腐蝕陽(yáng)

17、極區(qū)空泡腐蝕（閉式 ）：側(cè)推力形成高真空和高壓措施：安裝防腐鋅板冷卻水中加緩沖劑和防銹油增加壁厚提高支承剛度減少缸套的軸向支承距離減小活塞與缸套的裝配間隙冷卻水有合理的溫度與nnnn1.2.3.4.5.6.7.2012/10/2438chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件2.2.5 管理與維護(hù)(management andmaintenance)n 氣缸蓋的管理與維護(hù)n 氣缸套的管理與維護(hù)n 活塞的管理與維護(hù)（Failures and Reasons）2012/10/2439chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件常見(jiàn)缺陷分析檢測(cè)方法維護(hù)管理2.2.5 管理與維護(hù)(management an

18、dmaintenance)活塞組常見(jiàn)缺陷活塞裂紋 (低頻熱應(yīng)力+高頻熱應(yīng)力)活塞頂?shù)臒龘p (直流掃氣和油冷活塞較多)活塞環(huán)的異常磨損、粘著和折斷活塞銷(xiāo)產(chǎn)生磨損和裂紋n1.2.3.4.2012/10/2440chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件2.2.5 管理與維護(hù)(management andmaintenance)n 氣缸蓋的管理與維護(hù)n 氣缸套的管理與維護(hù)n 活塞的管理與維護(hù)（Failures and Reasons）2012/10/2441chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件常見(jiàn)缺陷分析檢測(cè)方法維護(hù)管理活塞裂紋分析1-觸火面斷續(xù)裂紋；2- 觸火面起吊螺釘孔裂紋；3- 觸火面放射狀

19、樹(shù)枝形裂紋；4- 觸火面材料缺陷裂紋；5- 觸火面閥坑處裂紋；6- 冷卻側(cè)材料缺陷裂紋；7- 活塞環(huán)槽圓角處裂紋；8- 冷卻側(cè)周邊圓角處裂紋；9-冷卻液端部裂紋；10-冷卻側(cè)支承肋圓角處裂紋2012/10/2442chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件活塞裂紋分析上下表面溫度差，產(chǎn)生熱應(yīng)力，上壓下拉，停車(chē)后頂部殘余拉應(yīng)力，裂紋通常在拉應(yīng)力的作用下產(chǎn)生;上壁產(chǎn)生高溫蠕變，產(chǎn)生的低頻應(yīng)要作用)，每循環(huán)的溫度波動(dòng)產(chǎn)生的高頻應(yīng)力；高頻熱應(yīng)力對(duì)導(dǎo)致裂紋的作用不大觸火面裂紋主要是由低頻熱應(yīng)力引起的 冷卻水側(cè)裂紋主要是由氣體力和熱應(yīng)力共同作用引起的2012/10/2443chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主

20、要部件活塞頂?shù)臒龘pn 噴油器噴出的油束直接到達(dá)活塞頂面，n 活塞的冷卻腔太臟使冷卻不良、導(dǎo)熱不好、局部過(guò)熱等，會(huì)使燒損速度加快；n 在直流掃氣及油冷柴油機(jī)活塞上出現(xiàn)較多2012/10/2444chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件活塞環(huán)的異常磨損、粘著和折斷n 活塞環(huán)的異常磨損外表面光滑刺，較清潔，無(wú)硬化層，呈正常磨損速率 0.3mm/kh05mm/kh正常磨損有較均勻的劃痕，無(wú)光澤，表面無(wú)硬化層硬質(zhì)顆粒劃傷平直，棱邊銳利，有不規(guī)則的斑點(diǎn)，有硬化層缺油弧形出現(xiàn)，沿棱邊出現(xiàn)了平滑且較軟的帶狀區(qū)， 但中心尚有磨痕和硬化層。加強(qiáng)潤(rùn)滑，就會(huì)正常正在變好的舊過(guò)度磨損。2012/10/2445chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件活塞環(huán)的異常磨損、粘著和折斷活塞環(huán)的粘著n 現(xiàn)象q 活塞環(huán)區(qū)沉積物壓進(jìn)環(huán)槽間隙中， 環(huán)運(yùn)動(dòng)n后活塞q 活塞或氣缸過(guò)熱、滑油過(guò)多、滑油不凈、燃燒不良等n 后果造成的。q 將導(dǎo)致氣缸漏氣、活塞環(huán)失去彈性、活塞環(huán)斷裂， 嚴(yán)重時(shí)形成拉缸。2012/10/2446chapter 2 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和主要部件活塞環(huán)的異常磨損、粘著和折斷(密封+進(jìn)入增壓器)活塞環(huán)的折斷的q 活塞環(huán)壓入: 高