参考船舶柴油机chapter24cylinder head management combustion chamber parts

1、船舶柴油机Marine diesel engine主讲：余永华:yyhua2012/10/241chapter 2 柴油机结构和主要部件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2.2.5 故障与维护管理2012/10/242chapter 2 柴油机的结构和主要部件2.2.4 气缸盖3部件2.2.4 气缸盖(Cylinder Head)2012/10/244chapter 2 柴油机结构和主要部件2.2.4 气缸盖(Cylinder Head)n 气缸盖的类型n 气缸盖的功用n 气缸盖的工作条件n 气缸盖要求与材料n 典型气缸盖的结构201

2、2/10/245chapter 2 柴油机结构和主要部件2.2.4 气缸盖(Cylinder Head)n 气缸盖的类型?各有什么特点1单体式气缸盖2整体式气缸盖3分组式气缸盖2012/10/246chapter 2 柴油机结构和主要部件不同类型气缸盖的特点1.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2.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，结构复杂不便。3.分组式气缸盖介于上述两者之间2012/10/247chapter 2 柴油机结构和主要部件2.2.4 气缸盖(Cylinder Head)n

3、 气缸盖的类型n 气缸盖的功用n 气缸盖的工作条件n 气缸盖要求与材料n 典型气缸盖的结构2012/10/248chapter 2 柴油机结构和主要部件2.2.4 气缸盖(Cylinder Head)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)；n1.2.3.4.布置进、排气道，冷却。 最复杂的零件 2012/10/249chapter 2 柴油机结构和主要部件2.2.4 气缸盖(Cylinder Head/cover)n 气缸盖的类型n 气缸盖的功用n 气缸盖的工作条件

4、n 气缸盖要求与材料n 典型气缸盖的结构2012/10/2410chapter 2 柴油机结构和主要部件2.2.4 气缸盖(Cylinder Head/cover)气缸盖工作条件(Working Condition)n1.2.3.4.(高频脉械应力 ) ；气体安装应力；热应力； 腐蚀。2012/10/2411chapter 2 柴油机结构和主要部件2.2.4 气缸盖(Cylinder Head/cover)n 气缸盖的类型n 气缸盖的功用n 气缸盖的工作条件n 气缸盖要求与材料n 典型气缸盖的结构2012/10/2412chapter 2 柴油机结构和主要部件2.2.4 气缸盖(Cylinde

5、r Head/cover)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n1.2.3.试验要求 ;定的4.5.冷却到位，使温度合适阀件拆装方便，维修方便。2012/10/2413chapter 2 柴油机结构和主要部件2.2.4 气缸盖(Cylinder Head/cover)n 气缸盖的材料1.400mm以下灰铸铁,400mm以上球墨铸铁；2.大型低速柴油机采用铸钢或铸铁-铸钢组合式 缸盖2012/10/2414chapter 2 柴油机结构和主要部件2.2.4 气缸盖(Cylinder Head/cov

6、er)n 气缸盖的类型n 气缸盖的功用n 气缸盖的工作条件n 气缸盖要求与材料n 典型气缸盖的结构2012/10/2415chapter 2 柴油机结构和主要部件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2012/10/2416chapter 2 柴油机结构和主要部件特点分析n 薄壁强背n 锥形燃烧室有利于换气和燃烧。n 对称的喷油器有利于油雾化和燃烧室形状的配合n 缸盖和缸套的接合面下移使接合面不直接受火焰冲击n 缸套冷却水沿均布，冷却均匀。2012/10/

7、24chapter 2 柴油机结构和主要部件中速机气缸缸盖2012/10/2418件Wrtsil 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2012/10/2419chapter 2 柴油机结构和主要部件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n1.2.3.4.气体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n1.2.3.2012/10/2420chapter 2 柴油机结构和主要部件缸盖的密封形式

8、缸盖密封形式密封垫片的截面形状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2012/10/2421chapter 2 柴油机结构和主要部件用于单个螺栓的工具A. 拉伸接头B. 带螺纹的工具C. 带孔螺钉nnnnnnnnnnnnD.E. 圆柱F. 密封圈活塞G.H.撬棒I. 气缸螺母J. 螺栓S. 间隙U. 用于塞尺测量的凹槽环2012/10/2422chapter 2 柴油机结构和主要部件Summary of this sectionCylinderq 气缸的功用q 气缸工作条件q 气缸套的要求及材料q 气缸套的结构形式Cylinder headq 气缸盖的类型q 气缸盖的

9、功用q 气缸盖的工作条件q 气缸盖要求与材料q 典型气缸盖的结构nn2012/10/2423chapter 2 柴油机结构与主要部件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2012/10/2424chapter 2 柴油机的结构和主要部件2.2.5 故障与维护管理 Fault，Management and Maintenance2.2.5 管理与维护(management andmaintenance)n 气缸盖的管理与维护（Failures and Reasons）n 气缸套的管理与维护n 活塞的管理与维护2012/10

10、/2425chapter 2 柴油机结构和主要部件常见缺陷维护管理检测方法疲劳分析气缸盖的常见缺陷（1）贴合面漏气(leak)n 现象：q 气泡-漏气、漏水和漏油-停止工作：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4. 缸盖底面或机体支承面变形，平面度误差严重。n2012/10/2426chapter 2 柴油机结构和主要部件气缸盖的常见缺陷（2）气缸盖翘曲(Warp)n 现象：q 塑性变形密封失效：1缸盖螺栓预紧力过大或严重不均；n2柴油机长期超负荷或最高爆发过大；3气缸盖制造残余应力严重。2012/10/2427cha

11、pter 2 柴油机结构和主要部件气缸盖的常见缺陷（3）n 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。2012/10/2428chapter 2 柴油机结构和主要部件2.2.5 管理与维护(management andmaintenance)n 气缸盖的管理与维护（Failures and Reasons）n 气缸套的管理与维护n 活塞的管理与维护2012/10/2

12、429chapter 2 柴油机结构和主要部件常见缺陷维护管理检测方法疲劳分析疲劳分析（Causes）n 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n 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,与发的累计转数有关，称高循环疲劳n 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2012/10/2430chapter 2 柴油机结构和主要部件2.2.5 管理与维护(management andmaintenan

13、ce)n 气缸盖的管理与维护（Failures and Reasons）n 气缸套的管理与维护n 活塞的管理与维护2012/10/2431chapter 2 柴油机结构和主要部件常见缺陷维护管理检测方法疲劳分析气缸盖裂纹的检测方法n (1)开车前冲车时，观察示功阀有无水汽、水珠喷出。n (2)运转中，观察冷却水，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。n (3)烟囱是否冒白烟n (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(0.7Mpa)试验等方法检验2012/10/2432chapter 2 柴油机结构和主要部件2.2.5 管

14、理与维护(management andmaintenance)n 气缸盖的管理与维护（Failures and Reasons）n 气缸套的管理与维护n 活塞的管理与维护2012/10/2433chapter 2 柴油机结构和主要部件常见缺陷维护管理检测方法分析维护管理中应注意的事项（1） 在柴油机投入运行前，彻底水路畅通。（2） 运转中适时清除水垢和铁锈，保证传热条件良好。冷却水腔，保证（3）冷却水的品质，按说明书的规定好冷却水的温度、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；

15、起动柴油机时，应避免暖机不足而过猛增加负荷。2012/10/2434chapter 2 柴油机结构和主要部件2.2.5 管理与维护(management and maintenance)n 气缸盖的管理与维护（Failures and Reasons）n 气缸套的管理与维护n 活塞的管理与维护2012/10/2435chapter 2 柴油机结构和主要部件2.2.5 管理与维护(management andmaintenance)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

16、失效）n1.2.3.4.2012/10/2436chapter 2 柴油机结构和主要部件三种磨损的比较熔着磨损：（严重时会引起拉缸）金属直接接触磨擦局部高温熔融粘着、脱落扩大熔 着磨损活塞在上止点第一道活塞环附近最严重qqq材质 中外形油孔布置气缸油量和品质缸套温度对磨料磨损：q 硬质颗粒进入磨擦面之间形成磨料q 提高燃油净化质量，确保燃油良好燃烧q 平行直线状的拉迹腐蚀磨损（冷腐蚀或低温硫酸腐蚀）q 油中含硫+氧化+低温缸套中下部生成，刮到上部腐蚀qq 疏松的细小孔穴2012/10/2437chapter 2 柴油机结构和主要部件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

17、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nnnn1.2.3.4.5.6.7.2012/10/2438chapter 2 柴油机结构和主要部件2.2.5 管理与维护(management andmaintenance)n 气缸盖的管理与维护n 气缸套的管理与维护n 活塞的管理与维护（Failures and Reasons）2012/10/2439chapter 2 柴油机结构和主要部件常见缺陷分析检测方法维护管理2.2.5 管理与维护(management an

18、dmaintenance)活塞组常见缺陷活塞裂纹 (低频热应力+高频热应力)活塞顶的烧损 (直流扫气和油冷活塞较多)活塞环的异常磨损、粘着和折断活塞销产生磨损和裂纹n1.2.3.4.2012/10/2440chapter 2 柴油机结构和主要部件2.2.5 管理与维护(management andmaintenance)n 气缸盖的管理与维护n 气缸套的管理与维护n 活塞的管理与维护（Failures and Reasons）2012/10/2441chapter 2 柴油机结构和主要部件常见缺陷分析检测方法维护管理活塞裂纹分析1-触火面断续裂纹；2- 触火面起吊螺钉孔裂纹；3- 触火面放射状

19、树枝形裂纹；4- 触火面材料缺陷裂纹；5- 触火面阀坑处裂纹；6- 冷却侧材料缺陷裂纹；7- 活塞环槽圆角处裂纹；8- 冷却侧周边圆角处裂纹；9-冷却液端部裂纹；10-冷却侧支承肋圆角处裂纹2012/10/2442chapter 2 柴油机结构和主要部件活塞裂纹分析上下表面温度差，产生热应力，上压下拉，停车后顶部残余拉应力，裂纹通常在拉应力的作用下产生;上壁产生高温蠕变，产生的低频应要作用)，每循环的温度波动产生的高频应力；高频热应力对导致裂纹的作用不大触火面裂纹主要是由低频热应力引起的 冷却水侧裂纹主要是由气体力和热应力共同作用引起的2012/10/2443chapter 2 柴油机结构和主

20、要部件活塞顶的烧损n 喷油器喷出的油束直接到达活塞顶面，n 活塞的冷却腔太脏使冷却不良、导热不好、局部过热等，会使烧损速度加快；n 在直流扫气及油冷柴油机活塞上出现较多2012/10/2444chapter 2 柴油机结构和主要部件活塞环的异常磨损、粘着和折断n 活塞环的异常磨损外表面光滑刺，较清洁，无硬化层，呈正常磨损速率 0.3mm/kh05mm/kh正常磨损有较均匀的划痕，无光泽，表面无硬化层硬质颗粒划伤平直，棱边锐利，有不规则的斑点，有硬化层缺油弧形出现，沿棱边出现了平滑且较软的带状区， 但中心尚有磨痕和硬化层。加强润滑，就会正常正在变好的旧过度磨损。2012/10/2445chapter 2 柴油机结构和主要部件活塞环的异常磨损、粘着和折断活塞环的粘着n 现象q 活塞环区沉积物压进环槽间隙中， 环运动n后活塞q 活塞或气缸过热、滑油过多、滑油不净、燃烧不良等n 后果造成的。q 将导致气缸漏气、活塞环失去弹性、活塞环断裂， 严重时形成拉缸。2012/10/2446chapter 2 柴油机结构和主要部件活塞环的异常磨损、粘着和折断(密封+进入增压器)活塞环的折断的q 活塞环压入: 高