5、项目五气缸盖的拆装与维修

1船舶柴油机结构与维修轮机工程系2019年9月5日星期四项目五气缸盖的拆装与维修2船舶柴油机结构与维修3船舶柴油机结构与维修4船舶柴油机结构与维修5船舶柴油机结构与维修轮机工程学院2019年9月5日星期四〖简介〗本项目以十字头式柴油机气缸盖（如图5-1）和筒形活塞式柴油机气缸盖（如图5-2）为例，在熟悉气缸盖组成和结构特点的基础上，根据说明书规定的步骤和程序，及职业能力的要求组织学生进行气缸盖的拆装、检测与维修，以恢复其技术状态，在拆检过程中学生要能正确的对气缸盖拆装、检查，能按故障类型进行相应的维修或更换，并记录。本项目适用于3000kW及以上船舶二/三管轮，主要任务包括：气缸盖的拆装；气缸盖的检查与维修。项目描述6船舶柴油机结构与维修轮机工程学院2019年9月5日星期四〖任务描述〗通过对气缸盖的拆装，了解缸盖的功用、类型、工作条件、要求和材料，熟悉气缸盖的组成和结构特点，掌握气缸盖的拆装步骤及注意事项。本任务要求学生互相协作完成气缸盖的拆装，并能达到职业能力的要求。任务一气缸盖的拆装〖学习目标〗1．能掌握气缸盖的作用、工作条件、要求和材料；2．能描述气缸盖的组成和结构特点；3．能对气缸盖进行正确拆装；4．能掌握气缸盖拆装过程的注意事项。7船舶柴油机轮机工程系2019年9月5日星期四一、气缸盖的功用、工作条件二、气缸盖的要求与材料三、气缸盖类型四、气缸盖的构造五、液压拉伸工具的使用和管理〖相关知识〗任务一气缸盖的拆装8船舶柴油机结构与维修1.作用(Functions)①密封，与气缸套、活塞组件共同构成密闭的气缸空间；②压紧气缸套，并保证其正确位置；③安装附件（安装喷油器、起动阀、示功阀、安全阀、进排气阀等；）④布置通道和腔室（内布置进排气道和冷却水腔；外布置气阀摇臂机构等。）轮机工程系2019年9月5日星期四一、气缸盖的作用和工作条件9船舶柴油机结构与维修2.型式（是柴油机中结构最复杂的零件之一）①单体式：1个缸单独一个缸盖。•优：密封性好；拆装以及检修均较方便•缺：气缸中心距↑，柴油机长度和重量↑•——用于大功率中、低速柴油机。②整体式：（4～6缸制成一体的缸盖）•优：中心距小，结构紧凑，柴油机刚度↑•缺：易变形，密封性差，结构复杂加工不便。•——用于缸径150mm的小型高速机。③组合式•介于上述两者之间轮机工程系2019年9月5日星期四一、气缸盖的作用和工作条件10船舶柴油机结构与维修1）气体力Pz，高温Tr（有的可达到400～480℃）2）螺栓预紧力3）燃气和冷却水的腐蚀4）结构复杂，金属分布不均，在各阀孔之间、阀孔与喷油器孔之间的狭窄区域（称“鼻梁区”）产生很大的热应力。轮机工程系2019年9月5日星期四一、气缸盖的作用和工作条件3.工作条件11船舶柴油机结构与维修1.要求：•足够的强度和刚度，既不会因应力过大而损坏，也不会因变形而漏泄（包括气阀密封面的漏泄）。•足够抵御热负荷能力；采用较薄的底板厚度；加强冷却降低壁面温度和温差；各种阀孔之间的金属堆积处和高温部位，需进行良好的冷却，力求各部位的温度合适且均匀；减小对底板热膨胀的约束。•气缸盖上各种阀件的拆装、维护方便。轮机工程系2019年9月5日星期四400mm以下灰铸铁，400mm以上球墨铸铁；大型低速柴油机采用铸钢或铸铁+铸钢组合式缸盖2.材料：二、气缸盖的要求和材料12船舶柴油机结构与维修PS:缸盖与缸套的密封密封难度•1）高温、高压•2）气缸盖和气缸体在螺栓之间的刚度并非均匀一致•3）不同部位热膨胀不同，密封面发生不均匀变形•4）气体压力引起密封机件动态运动解决方法•2）气缸套顶面上车制出不同形状的环槽•3）气缸盖底面制出凸缘•4）两者之间安装环形密封垫片轮机工程系2019年9月5日星期四13船舶柴油机结构与维修PS:缸盖与缸套的密封•密封形式：加密封垫并以足够的接触压力来保证可靠密封。轮机工程系2019年9月5日星期四判断：哪种较好？14船舶柴油机结构与维修PS:缸盖密封垫•要求：•材料耐热、耐蚀和抗压，且足够高的塑性与弹性。•一般密封垫的型式：•图a）：两层铜（或钢）皮包敷橡胶－石棉板；•图b）：合成橡胶－石棉内嵌钢质爪形骨架密封垫片；•图c)：密封孔口用钢丝环或卷边加强，使密封孔口具有较高的比压，保证密封可靠。轮机工程系2019年9月5日星期四气缸盖采用的密封垫：多采用紫铜或镀铜低碳钢环形密封垫片，如图d）～f)所示。(小型机采用紫铜垫、大型低速机采用低碳钢垫，或不用。)15船舶柴油机结构与维修轮机工程系2019年9月5日星期四弯流扫气缸盖三、气缸盖的类型16船舶柴油机结构与维修整体单体式缸盖•特点：•孔1安装喷油器，2、3分别是排气和进气通道，孔4装起动阀孔，孔5接示功阀、安全阀。•采用双层底式结构，加强对气缸盖底板的冷却（即在缸盖内部铸出水平中隔板，将冷却水腔分隔成上、下两部分）。•冷却水从排气道下方水孔引入下层冷却水腔，下层水腔容积和水流通道面积较小，水流速较高，底板冷却加强。轮机工程系2019年9月5日星期四17船舶柴油机结构与维修组合单体式缸盖——大型低速柴油机采用组合式特点：•缸盖高度较大；•缸盖与缸套结合面下移；•冷却水沿周向进入缸盖，冷却均匀。轮机工程系2019年9月5日星期四组合式18船舶柴油机结构与维修弯流扫气柴油机气缸盖轮机工程系2019年9月5日星期四19船舶柴油机结构与维修直流扫气柴油机气缸盖轮机工程系2019年9月5日星期四20船舶柴油机结构与维修大型低速机缸盖特点分析•1）薄壁强背•2）锥形燃烧室有利于换气和燃烧。•3）对称的喷油器有利于油雾化和燃烧室形状的配合•4）缸盖和缸套的接合面下移使接合面不直接受火焰冲击•5）缸套冷却水沿周向均布，冷却均匀。轮机工程系2019年9月5日星期四四、气缸盖的构造21船舶柴油机结构与维修中速柴油机气缸盖的构造特点：尺寸小、阀件多，结构比大型机更复杂。轮机工程系2019年9月5日星期四22船舶柴油机结构与维修高速柴油机气缸盖的构造（两个缸合一个气缸盖）轮机工程系2019年9月5日星期四23船舶柴油机结构与维修缸盖中的进气道轮机工程系2019年9月5日星期四24船舶柴油机结构与维修轮机工程系2019年9月5日星期四缸盖中的进气道25船舶柴油机结构与维修轮机工程系2019年9月5日星期四缸盖中的进气道26船舶柴油机轮机工程系2019年9月5日星期四五、液压拉伸工具的使用和管理27船舶柴油机轮机工程系2019年9月5日星期四•A.拉伸接头•B.带螺纹的工具•C.带孔螺钉•D.液压活塞•E.圆柱•F.密封圈•G.隔离环•H.撬棒•I.气缸螺母•J.螺栓•S.间隙•U.用于塞尺测量的凹槽五、液压拉伸工具的使用和管理28船舶柴油机轮机工程系2019年9月5日星期四29船舶柴油机结构与维修轮机工程学院2019年9月5日星期四〖任务实施〗任务一活塞的拆装、测量与维修任务一气缸盖的拆装与检查任务二安全阀和示功阀的拆装与检修30船舶柴油机结构与维修轮机工程学院2019年9月5日星期四〖任务描述〗使用中的缸盖常因热疲劳、机械疲劳或腐蚀疲劳产生裂纹；缸底因受高温的燃气作用而引起烧蚀。为保证柴油机可靠的工作，根据保养计划和工作情况对缸盖进行检查与维修。学生应能通过对缸盖的检查与测量，提出正确的修理方法。任务二气缸盖裂纹的检查与维修〖学习目标〗1．能掌握检查缸盖裂纹的方法并正确指出裂纹位置；2．能掌握气缸盖底面烧蚀检验的方法；3．能按故障类型进行相应的维修或更换，并记录。31船舶柴油机轮机工程系2019年9月5日星期四一、零件的疲劳破坏二、高温疲劳和热疲劳三、气缸盖裂纹〖相关知识〗任务二气缸盖裂纹的检查与维修32船舶柴油机结构与维修一、概念•零件材料长时间在交变载荷作用下产生裂纹和断裂的现象称为疲劳破坏。•大小和方向随时间发生周期性变化的载荷称为交变载荷，所引起的应力称为交变应力。•疲劳断裂时具有以下特征：轮机工程系2019年9月5日星期四33船舶柴油机结构与维修•(1)零件是在交变载荷作用下经过较长时间的使用；•(2)断裂应力小于材料的抗拉强度σb，甚至小于屈服强度σs；•(3)断裂是突然的，无任何先兆；•(4)断口形貌特殊，断口上有明显不同的区域；•(5)零件的几何形状、尺寸、表面质量和表面受力状态等均直接影响零件的疲劳断裂。轮机工程系2019年9月5日星期四34船舶柴油机结构与维修二、疲劳破坏的种类•(1)按零件所受应力大小和循环周数分类：高周疲劳、低周疲劳•(2)按零件工作环境和接触情况分类：大气疲劳、腐蚀疲劳、热疲劳、接触疲劳、微动磨损疲劳和激冷疲劳等。•(3)按应力状态分类:•有弯曲疲劳、扭转疲劳、轴向拉压疲劳和复合疲劳等。轮机工程系2019年9月5日星期四35船舶柴油机结构与维修三、疲劳破坏的机理•1.疲劳断裂的断口特征：疲劳源、裂纹扩展区、最后断裂区域轮机工程系2019年9月5日星期四36船舶柴油机结构与维修三、疲劳破坏的机理•2.疲劳断裂的过程：零件在交变载荷作用下首先在表面缺陷处产生微裂纹，随后裂纹时而扩展，时而停滞，以致最终断裂。•1)疲劳裂纹的形成•2)疲劳裂纹的扩展•3)疲劳断裂轮机工程系2019年9月5日星期四37船舶柴油机结构与维修轮机工程系2019年9月5日星期四38船舶柴油机结构与维修根据断口形貌定性分析•(1)疲劳源大多分布于零件表面，一般有1～2个。•(2)疲劳裂纹扩展呈贝纹状时，贝纹细密、间距小，表示材料抗疲劳性能好，疲劳强度高贝纹稀疏、间距大，表示材料疲劳强度低。•(3)最后断裂区所占面积很大，甚至超过断面的一半以上，说明零件产重过载；若所占面积较小或小于断面一半时，说明零件无过载或过载很小。轮机工程系2019年9月5日星期四39船舶柴油机结构与维修影响零件疲劳强度的因素•材料的疲劳强度或称疲劳极限是材料经受无限次循环应力的作用而不破坏的最大应力，用符号σr表示。•零件材料的疲劳强度除与材料本身的成分、组织和表面应力状态等有关外，还与零件的形状、尺寸、表面粗糙度和使用条件等有关。轮机工程系2019年9月5日星期四40船舶柴油机结构与维修影响零件疲劳强度的因素•1)应力集中：应力集中是引起疲劳破坏的首要因素，零件表面上缺口引起的应力集中使其疲劳强度降越低，缺口越尖锐，降低得越厉害。•2)表面状态和尺寸因素：•3)使用条件：轮机工程系2019年9月5日星期四41船舶柴油机结构与维修一、高温疲劳•高温疲劳是指零件在高于材料的0.5Tm(用绝对温度表示的熔点)或高于再结晶温度时受到交变应力的作用所引起的疲劳破坏。•具有以下特点：(1)高温疲劳的疲劳曲线无水平部分，疲劳强度随循环周次N增加不断降低。(2)高温疲劳总伴随蠕变发生，温度越高蠕变所占比例越大，疲劳和蠕变交互作用也越强烈。(3)材料的高温疲劳强度与高温强度(蠕变极限和持久极限)的关系轮机工程系2019年9月5日星期四42船舶柴油机结构与维修轮机工程系2019年9月5日星期四材料的蠕变极限随温度变化曲线1与疲劳极限随温度变化曲线2相交于一点，说明当材料温度低于此点对应温度时，材料以疲劳破坏为主；高于此点对应温度则以蠕变破坏为主。43船舶柴油机结构与维修二、热疲劳•1)热应力：零件材料产生变形的金属与变形小的金属或末产生变形的金属相互约束和牵制而产生由温差引起的应力•高温面(或处)产生压应力，低温面(或处)产生拉应力。•定常热应力和不定常热应力•高频热应力和低频热应力•σ=-kaE(T-T0)轮机工程系2019年9月5日星期四44船舶柴油机结构与维修热疲劳•热疲劳是零件在循环热应力反复作用下产生的疲劳破坏。•在温度梯度最大处造成塑性应变集中•热疲劳裂纹是在受热表面热应变最大区域形成，一般有几个疲劳裂纹源•特有的龟裂裂纹为特征•热疲劳裂纹与循环温差、零件表面缺口状态和材料有关轮机工程系2019年9月5日星期四45船舶柴油机结构与维修影响热疲劳强度的因素•温度：高温使得材料的热疲劳抗力下降。•温度循环和高温保持时间：快速加热、快速冷却的热疲劳寿命最低，高温保持时间越长，热疲劳寿命下降愈多。•零件形状和材料•腐蚀轮机