船舶柴油机第三章换气和增压系统原理和管理

1、2022/7/91船舶柴油机Marine diesel engine第三章换气和增压系统原理和管理2022/7/923.1 柴油机换气过程3.2 换气机构3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器3.4 增压系统的故障与维护管理2022/7/933.1 柴油机换气过程四冲程柴油机1自由排气阶段：压力差作用2强制排气阶段：活塞上行强制作用3进气过程：进气门开到关(理论上)4气阀叠开和燃烧室扫气：双阀开，相通（叠开角度要合适）四冲程柴油机的换气角度为400500度2022/7/943.1 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

2、的换气角度为120150度扫气箱空气压力2022/7/953.1 柴油机换气过程时面值、角面值 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。2022/7/963.1 柴油机换气过程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V的空气量m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2022/7/97流动阻力分析要求尽可能增大进气通道截面积f

3、。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2022/7/98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2022/7/99Chapter 3 换气与增压3.1 柴油机换气过程3.2 换气机构3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器3.4 增压系统的故障与维护管理2022/7/9103.2 换气机构20

4、22/7/9113.2 换气机构2022/7/9123.2 换气机构气阀机构气阀驱动机构凸轮轴及其传动机构换气机构的故障和管理工作条件材料与表面处理结构形式气阀与阀座的配合气门弹簧气阀导杆气阀旋转机构2022/7/913气阀机构工作条件(高温、撞击、磨损和腐蚀)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阀盘反复滑移着楔入阀座，造成磨损2022/7/9143.2 换气机构气阀机构气阀驱动机构凸轮轴及其传动机构换气机构的故障和管理工作条件材料与表面处理结构形式气阀与阀座的配合气门弹簧气阀导杆气阀旋转机构2022/7/915材料与表面处理气阀与阀座气阀材料耐热合金钢阀座材料合金铸

5、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2022/7/916钻孔水冷（空气槽）2022/7/9173.2 换气机构气阀机构气阀驱动机构凸轮轴及其传动机构换气机构的故障和管理工作条件材料与表面处理结构形式气阀与阀座的配合气门弹簧气阀导杆气阀旋转机构2022/7/918气阀组件（带阀壳和不带阀壳 ） 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2022/7/919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

6、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。2022/7/9203.2 换气机构气阀机构气阀驱动机构凸轮轴及其传动机构换气机构的故障和管理工作条件材料与表面处理结构形式气阀与阀座的配合气门弹簧气阀导杆气阀旋转机构2022/7/921气阀与阀座的配合方式2022/7/922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(0.51.0，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(0.20.5 ，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

7、。阀盘周边翘曲增加接触面，减小接触应力增加散热。2022/7/9233.2 换气机构气阀机构气阀驱动机构凸轮轴及其传动机构换气机构的故障和管理工作条件材料与表面处理结构形式气阀与阀座的配合气门弹簧气阀导杆气阀旋转机构2022/7/924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2022/7/9253.2 换气机构气阀机构气阀驱动机构凸轮轴及其传动机构换气机构的故障和管理工作条件材料与表面处理结构形式气阀与阀座的配合气门弹簧气阀导杆气阀旋转机构2022/7/926气阀导管功用：承受着摇臂所引起的侧推力气阀散热间

8、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入间隙使气阀卡住。2022/7/9273.2 换气机构气阀机构气阀驱动机构凸轮轴及其传动机构换气机构的故障和管理工作条件材料与表面处理结构形式气阀与阀座的配合气门弹簧气阀导杆气阀旋转机构2022/7/928为什么要旋阀器：、气阀在开关过程中慢慢转动，可以减少阀面与阀座上的积碳使磨损减小，贴合严密；、可以使阀盘均匀地接受热量和散热，以改善阀盘的热应力状态；、可以消除阀杆与导管之间的积碳。2022/7/929气阀旋转机构旋阀器本体4,钢珠2,碟形弹簧1,旋阀器外壳(又是气阀弹簧的上弹簧盘)32022/7/930推

9、进器式气阀旋转机构2022/7/9313.2 换气机构气阀机构气阀驱动机构凸轮轴及其传动机构换气机构的故障和管理2022/7/932机械式气阀驱动机构2022/7/933机械式气阀驱动机构凸轮的三种形式2022/7/934具有空气弹簧的液压气阀驱动机构 2022/7/935液压式气阀驱动机构2022/7/9362022/7/937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。如何调整呢?2022/7/938气阀间隙的

10、调整滚轮落在凸轮的基圆上保持摇臂、顶杆和顶头接触调节摇臂螺钉，使间隙满足要求2022/7/939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。2022/7/940气阀驱动机构的比较（3）变排气阀关正时及升程（VEC）系统 2022/7/9413.2 换气机构气阀机构气阀驱动机构凸轮轴及其传动机构换气机构的故障和管理2022/7/942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2022/7/943凸

11、轮轴传动机构 图4-13 凸轮轴链传动机构2022/7/9443.2 换气机构气阀机构气阀驱动机构凸轮轴及其传动机构换气机构的故障和管理2022/7/945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阀座扭曲、偏移、倾斜和失圆2022/7/946气阀的常见故障及提高气阀工作能力的措施（2）排气阀的高温腐蚀（钒、钠和硫）麻点燃油中的硫、钒和钠的腐蚀2022/7/947气阀的常见故障及提高气阀工作能力的措施（3）气阀密封锥面磨损过快气阀间隙，阀杆与导管间隙过大阀盘和阀座刚度不足

12、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2022/7/948气阀的常见故障及提高气阀工作能力的措施（4）阀盘和阀杆断裂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；频繁撞击引起金属疲劳；高温下金属的机械强度降低2022/7/949气阀的常见故障及提高气阀工作能力的措施（5）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2022/7/950气阀的常见故障及提高气阀工作能力的措施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

13、锥面采用不等的锥角2022/7/951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）2022/7/952凸轮轴及其传动机构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2022/7/953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