柴油机的结构及主要部件.

第二章柴油机的结构及主要部件第一节柴油机的总体结构固定件运动件换气系统燃油系统润滑系统冷却系统起动和控制系统一、燃烧室部件承受的负荷及结构特点第二节燃烧室部件燃烧室：当活塞处在上止点时，由气缸盖底面、气缸套内表面及活塞顶共同组成的燃料与空气混合和燃烧的空间1、机械负荷23、结构特点47101、机械负荷机械负荷指柴油机部件承受最高燃烧压力、惯性力、振动冲击等的强烈程度。(1)安装预紧力引起的负荷(2)气体力引起的机械应力(1)安装预紧力引起的负荷螺栓的预紧力pｄ=(１.２５～２)πＲ２１ｐｚR1气缸盖上表面安装应力为拉应力下表面为压应力大小与螺栓预紧力成正比与气缸盖的高度成反比气缸套安装应力主要存在于其上部的凸肩部位应力的大小与螺栓预紧力ｐｄ成正比，与其凸肩的高度成反比Pz(2)气体力引起的机械应力气缸盖水冷面为拉应力触火面为压应力zupR22弯曲应力与缸盖底板半径的平方成正比，与底板厚度的平方成反比oPzσrσtσr气缸套切向应力σｔ内表面最大，外表面最小径向应力σｒ内表面最大，外表面为0活塞活塞顶板在最高燃烧压力作用下产生很大的弯矩和弯曲应力水冷面为拉应力触火面为压应力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，与部件壁厚成反比32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。热负荷的表示方法:•热应力：由温差作用形成的应力称热应力•热流密度q：单位时间内单位面积的热流量q=Q/F•温度场：受热部件中温度分布图，准确表示受热部件的热负荷排气温度：简单、实用由温差作用形成的应力称热应力qtt21压应力火侧t1拉应力水侧t2活塞顶板（℃）212)(21212121qEqttδ-板厚α-膨胀系数q-热流密度λ-导热系数μ-泊松比E-弹性模数热应力火侧为压应力，水侧为拉应力与热流密度成正比，与壁厚成正比塑变后尺寸原尺寸压应力火侧t1拉应力水侧t2活塞顶板停车拉应力停车压应力热疲劳•热疲劳产生的裂纹多数在触火面上形成和发展，以致造成损坏，因为这里受到较大的残余拉应力和较大的热应力与机械应力合成的压应力的交变作用。•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。•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，故亦称低频应力。33、燃烧室部件的结构特点•为了降低活塞顶板的机械应力，应增加活塞顶的厚度•活塞顶板厚度的增加又会导致热应力的增加钻孔冷却•冷却水孔实际上将壁分为冷热两部分，•热区很薄——薄壁，减少了热应力；•冷区很厚——强背，减少了机械应力。3•薄壁强背结构：薄壁就是燃烧室部件的受热壁要薄，以减少热应力；强背就是在薄壁的背面设置强有力的支承，以降低机械应力。二、活塞第二节燃烧室部件1、活塞的构造2、活塞销3、活塞的冷却4、活塞环和承磨环5、活塞杆填料函1活塞的构造作用：•在保证密封的情况下，完成压缩和膨胀过程•组成运动机构，将力经连杆传递给曲轴；•筒型机中承受侧推力，起滑块作用•在二冲程机中，启闭气口,起滑块作用。工作条件：•受燃气高温、高压、腐蚀、烧蚀作用•热负荷和机械负荷很高，容易发生裂纹和变形•磨擦与撞击，润滑困难，磨损严重•具有较大的惯性力，柴油机产生振动/强度高、刚度大;密封可靠;散热性好、冷却效果好;摩擦损失小、耐磨损;中、高速柴油机还要求活塞重量轻。要求：十字头式柴油机活塞-活塞头：耐热合金钢-活塞裙：耐磨铸铁-头和裙组装于活塞杆上-活塞杆由段钢制造-有四道活塞环-活塞内有冷却腔，振荡冷却-活塞杆内有插管-短裙S-MC-C活塞筒形活塞式柴油机活塞Wärtsilä32-由活塞头、活塞裙、活塞环和活塞销组成（小机器头、裙一体制造）-头部用铸钢，裙部用球墨铸铁-头部有冷却腔-有两道压缩环和一道刮油环-裙部造得坚韧以承受侧推力-销孔两端切槽以适应变形2、活塞销•作用：筒形活塞中连接活塞和连杆小端传递气体力和惯性力•工作条件：尺寸小、润滑条件也较差、受摩擦和磨损•要求：足够的耐疲劳强度、抗冲击，耐磨损和重量轻•材料：优质碳钢或低碳合金钢，表面渗碳淬火•结构形式：浮动式、固定式和半浮动式。3、活塞的冷却•冷却液的输送方式：筒形机在曲轴连杆机构中开通道十字头机有套管式和铰链式机构•非冷却式活塞(径向散热型)热量主要通过活塞环传自气缸套并通过冷却水带走•冷却式活塞(轴向散热型)使用冷却介质(如淡水、滑油)对活塞顶内腔进行强制冷却•冷却方式：自由喷射冷却循环冷却振荡冷却喷射—振荡冷却11套管式机构铰链式机构4、活塞环和承磨环压缩环(气环)、刮油环活塞环的工作条件和要求•活塞环的工作条件：–受到高温高压燃气的作用–十分复杂的运动–严重的摩擦和磨损–润滑条件较差–可能产生裂纹或折断•要求:–良好的密封性能，–耐磨，特别是抗熔着磨损的性能要高；–要有适当的弹性，–足够的强度和热稳定性。•作用：密封、传热气环•断面形式：a为矩形环b为梯形环c为倒角环d扭曲环•搭口形式直搭口斜搭口重叠搭口•密封原理：本身弹性和气体压力–高速柴油机装3道～5道，–低速柴油机装4道～6道活塞环材料要求及制造工艺•材料要求：–弹性较好，摩擦系数小，耐磨、耐高温；有良好的初期磨合性、贮油性和耐酸腐蚀。–一般采用合金铸铁(加硼、高硅)、可锻铸铁、球墨铸铁•制造工艺：–表面镀铬；内表面刻纹以提高弹性；–松孔镀铬；外表面开设蓄油沟槽。–环外表面镀铜以利磨合；–喷镀钼以防止粘着磨损等。油环•油环的结构、原理单刃油环、双刃刮油环•飞溅润滑做回转运动的曲柄销轴承把润滑油甩到气缸壁上。•气环的泵油作用承磨环作用：专为十字头式活塞与气缸的磨合而设置5、活塞杆填料函•作用–防止扫气空气和污油、污物漏入曲轴箱，以免加热和污染曲轴箱滑油，腐蚀曲轴与连杆等部件。–防止曲轴箱中的滑油进到扫气箱中，污染扫气空气25回第二节燃烧室部件三、气缸作用、工作条件气缸的构造气缸套的磨损和穴蚀材料：灰铸铁（体）灰铸铁、耐磨合金铸铁或球墨铸铁（套）27气缸的构造23回气缸套的磨损和穴蚀•气缸套的磨损熔着磨损磨料磨损腐蚀磨损–防止穴蚀的措施：•降低缸套振动•提高缸套抗穴蚀能力•冷却水腔结构合理，水流平顺•进行水处理以提高其消振性能等•管理中应控制冷却水温水压•气缸套的穴蚀–在气缸套外表面冷却壁上出现光亮无沉淀物的蜂窝状小孔群损伤现象称为穴蚀–原理空泡腐蚀和电化学腐蚀气缸盖的材料和构造•气缸盖的构造–大型低速柴油机气缸盖–中速柴油机气缸盖•材料:铸铁、铸钢和锻钢第二节燃烧室部件作用、工作条件五、燃烧室部件的管理1燃烧室部件的常见损伤形式1)裂纹2）活塞顶烧损3）活塞环的异常磨损、粘着和折断4）气缸套过度磨损2燃烧室部件的管理要点第二节燃烧室部件363740411)裂纹•裂纹故障中气缸盖的裂纹较为多见,原因主要由热疲劳及应力集中现象引起•原因：机械应力和热应力的共同作用2）活塞顶烧损•活塞顶烧损在直流扫气及油冷柴油机活塞上出现的较多活塞顶高温下氧化变薄•正常磨损：磨损速度0.3～0.5mm/kh厚度均匀•异常磨损:磨损速度很快磨损后厚度极不均匀•原因：设计、材质、热处理等因素管理：磨合不良、运行中超负荷、润滑不好、滑油品质不合要求、燃烧不良、冷却不佳、摩擦表面有硬质颗粒等(1)活塞环的异常磨损(2)活塞环的粘着•活塞环槽内有沉积物和积炭使活塞环在环槽中不能自由运动•原因：–活塞或气缸过热、–滑油过多、–滑油不净、–燃烧不良等（3）活塞环的折断•原因：–搭口间隙过小–环槽内积炭–活塞环压入造成环断的主要因素–气缸套失圆、环端挂气口、环槽过度磨损等•影响：–燃烧室的密封性，–而且碎块也容易进入增压器，使增压器损伤。4）气缸套过度磨损•原因：I.结构设计、材料选用、加工装配质量II.管理：气缸或活塞过热，活塞环密封性不好，刮油环装得不对或刮油性能下降；燃油、滑油或进气中含硬质颗粒过多；磨合不良；气缸油量过多或过少，燃油与滑油不匹配，气缸冷却过度，扫气中有水或有清洗空冷器的洗濯剂等•正常磨损：铸铁缸套每千小时0.1mm左右2燃烧室部件的管理要点3）观察孔(扫气口)检查1)磨合注意加负荷和润滑；按磨合程序进行2)运行中的监视注意运行参数；润滑；声音4)吊缸检查33活塞环状况；气缸润滑状况；冷却腔密封状况4)吊缸检查•检查•清洁•测量