柴油机的总体结构及主要零部

船 舶 柴 油 机第 二 章柴 油 机 的 总 体 结 构 及 主 要 零 部 件 2 固 定 部 件 (Fixed parts)气 缸 盖气 缸机 体机 座 、 曲 轴 箱运 动 部 件 (Moving parts)活 塞 组 件连 杆 组 件曲 轴第 一 节 柴 油 机 的 概 述柴 油 机 的 主要 零 部 件 及系 统 注 ： 大 型 低 速 柴 油 机 还 有 十 字 头 组 件 3 燃 烧 室 组 件 气 缸 盖 (Cylinder cover)气 缸 (Cylinder)活 塞 (Piston)往 复 回 转 活 塞 (Piston)连 杆 (Connecting rod)曲 轴 (Crankshaft)动 力 和 辅助 系 统 起 动 系 统 (Starting sys.)燃 油 系 统 (F.O sys)润 滑 系 统 (L.O sys) 冷 却 系 统 (Cooling sys.)操 纵 和 控 制 系 统第 一 节 柴 油 机 的 概 述换 气 系 统 4 曼 /曼 恩 B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 。 第 二 节 燃 烧 室 部 件 活 塞的 构 造 作 用 ： l在 保 证 密 封 的 情 况 下 ， 完 成 压 缩 和 膨 胀 过 程l组 成 运 动 机 构 ， 将 力 经 连 杆 传 递 给 曲 轴 ；l筒 型 机 中 承 受 侧 推 力 ， 起 滑 块 作 用l在 二 冲 程 机 中 ， 启 闭 气 口 ,起 滑 块 作 用 。工 作 条 件 ：l受 燃 气 高 温 、 高 压 、 腐 蚀 、 烧 蚀 作 用l热 负 荷 和 机 械 负 荷 很 高 ， 容 易 发 生 裂 纹 和 变 形l磨 擦 与 撞 击 ， 润 滑 困 难 ， 磨 损 严 重l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 ： 第 二 节 燃 烧 室 部 件十 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 第 二 节 燃 烧 室 部 件筒 形 活 塞 式 柴 油 机 活 塞 Wrtsil32-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 第 二 节 燃 烧 室 部 件活 塞 环压 缩 环 (气 环 )、 刮 油 环活 塞 环 的 工 作 条 件 和 要 求l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 l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 。 第 二 节 燃 烧 室 部 件l作 用 ： 密 封 、 传 热气 环密 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 第 二 节 燃 烧 室 部 件断 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 第 二 节 燃 烧 室 部 件活 塞 环 材 料 要 求 及 制 造 工 艺l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l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 。 第 二 节 燃 烧 室 部 件油 环l 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 第 二 节 燃 烧 室 部 件承 磨 环 作 用 ： 专 为 十 字 头 式 活 塞 与 气 缸 的 磨 合 而 设 置 第 二 节 燃 烧 室 部 件活 塞 杆 填 料 函l 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 第 二 节 燃 烧 室 部 件活 塞 销l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l工 作 条 件 ： 尺 寸 小 、 润 滑 条 件 也 较 差 、 受 摩 擦 和 磨 损l要 求 ： 足 够 的 耐 疲 劳 强 度 、 抗 冲 击 ， 耐 磨 损 和 重 量 轻l材 料 ： 优 质 碳 钢 或 低 碳 合 金 钢 ， 表 面 渗 碳 淬 火l结 构 形 式 ： 浮 动 式 、 固 定 式 和 半 浮 动 式 。 第 二 节 燃 烧 室 部 件活 塞 的 冷 却l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 第 二 节 燃 烧 室 部 件气 缸1、 作 用 、 工 作 条 件2、 气 缸 的 构 造3、 气 缸 套 的 磨 损 第 二 节 燃 烧 室 部 件气 缸 的 作 用 及 工 作 条 件 ：气 缸 是 柴 油 机 的 主 要 固 定 部 件 之 一 ， 是 燃 烧 室 部 件 中 的 主 体 。 柴油 机 的 工 作 循 环 是 在 气 缸 的 工 作 空 间 里 进 行 的 ， 活 塞 在 气 缸 内 部往 复 运 动 。主 要 作 用 ： 组 成 燃 烧 室 ； 起 导 承 作 用 并 承 受 侧 推 力 （ 筒 形机 ； 在 其 上 开 气 口 布 置 气 道 （ 十 字 头 机 。 工 作 条 件 ： 上 部 受 气 缸 盖 安 装 预 紧 力 ， 内 壁 受 燃 气 高温 、 高 压 和 低 温 腐 蚀 作 用 以 及 活 塞 的 摩 擦 、 敲 击 、侧 推 力 ； 外 部 冷 却 水 的 腐 蚀 和 穴 蚀 （ 四 冲 程 机 ） ； 贯穿 螺 栓 结 构 中 受 压 ， 非 贯 穿 螺 栓 结 构 中 受 拉 。 第 二 节 燃 烧 室 部 件要 求 ： 足 够 的 强 度 和 刚 度 ； 良 好 的 耐 磨 性 和 抗 腐 蚀性 ； 良 好 的 润 滑 和 冷 却 ； 可 靠 的 气 封 和 水 封 。材 料 ： 气 缸 体 多 用 灰 铸 铁 ， 气 缸 套 采 用 灰 铸 铁 、 耐 磨合 金 铸 铁 或 球 墨 铸 铁 。 气 缸 体 类 型 ： 单 体 式 （ 大 尺 寸 柴 油 机 ） ； 分 组 式 （ 大尺 寸 柴 油 机 ） ； 整 体 式 （ 中 小 型 机 用 ） 。 气 缸 套 类 型 ： 湿 式 缸 套 ， 外 表 面 与 冷 却 水 直 接 接 触 ，易 产 生 穴 蚀 、 腐 蚀 ， 散 热 性 好 ； 干 式 缸 套 ， 冷 却 水 腔设 于 气 缸 体 内 ， 不 与 气 缸 套 接 触 ， 不 易 产 生 穴 蚀 、 腐蚀 ， 散 热 性 差 ， 仅 用 于 小 型 机 。 第 二 节 燃 烧 室 部 件气 缸 的 构 造二 冲 程 十 字 头 式 柴 油 机 （ MAN B2-轴 向 减 震 器 活 塞 ;3-单 位 曲 柄 ;4-推 力 环 ;5-功 率 输 出 端 曲 轴 的 构 造 l 曲 轴 主 要 由 若 干 个 单 位 曲 柄 、 自 由 端 和 飞轮 端 以 及 平 衡 块 组 成 ， 如 图 所 示 。l 单 位 曲 柄 是 曲 轴 的 基 本 组 成 部 分 ， 由 主 轴颈 、 曲 柄 销 和 曲 柄 臂 组 成 ， 为 了 平 衡 曲 柄 不平 衡 回 转 质 量 产 生 惯 性 力 ， 有 的 还 在 曲 轴 上装 有 平 衡 重 ； 为 了 减 轻 曲 轴 的 重 量 和 减 小 惯性 力 ,曲 柄 销 和 主 轴 颈 一 般 都 采 用 空 心 结 构 ；轴 颈 与 曲 柄 臂 相 连 接 的 过 渡 圆 角 处 由 于 截 面急 剧 ， 应 采 用 足 够 大 的 过 渡 圆 弧 . 曲 轴 的 结 构 形 式 ：(1)整 体 式 曲 轴 ： 锻 造 、 铸 造(2)套 合 ： 红 套 、 冷 套(3)焊 接 式 曲 轴(4)分 段 式 曲 轴 曲 柄 的 排 列气 缸 的 排 号 ：由 自 由 端 排 起 由 动 力 端 排 起曲 柄 的 排 列 原 则 (1)柴 油 机 的 动 力 输 出 要 均 匀l二 冲 程 柴 油 机 为 360 /i，l四 冲 程 柴 油 机 为 720 /i (2)要 避 免 相 邻 的 两 个 缸 连 续 发 火 (3)要 使 柴 油 机 有 良 好 的 平 衡 性 (4)要 注 意 发 火 顺 序 对 轴 系 扭 转 振 动 的 影 响 l 1） 直 列 四 冲 程 四 缸 发 动 机l 曲 拐 对 称 布 置 于 同 一 平 面 内 。l 相 邻 作 功 气 缸 的 曲 拐 夹 角 为720/4=180。l 发 动 机 工 作 顺 序 有l 1 3 4 2l 1 2 4 3 2)直 列 四 冲 程 六 缸 发 动 机l 曲 拐 对 称 布 置于 三 个 平 面 内 。l 相 邻 作 功 气 缸的 曲 拐 夹 角 为720/6=120。发 动 机 工 作 顺 序 有153624 ; 142635 发 火 顺 序 为 1-5-3-6-2-4发 动 机 工 作 循 环 表 。 1.63.4 2.51-4-2-6-3-5 3)四 行 程 V型 八 缸 发 动 机 l曲 拐 对 称 布 置 于 四个 平 面 内 （ 或 1个 ） 。l相 邻 作 功 气 缸 的 曲拐 夹 角 为 720/8=90。l 发 动 机 工 作 顺 序 有 18436572l 3.曲 轴 的 疲 劳 损 坏 疲 劳 损 坏 是 机 件 在 交 变 负 荷 作 用 下 产 生 裂 纹 并逐 渐 扩 展 ， 随 着 裂 纹 的 逐 渐 发 展 ， 截 面 逐 渐 减小 ， 最 后 因 截 面 尺 寸 不 足 而 发 生 突 然 断 裂 疲 劳 损 坏 的 断 面 特 征l渐 断 区 的 纹 理 ：波 浪 线 状 的 ； 有 螺 旋 线 状 的 ； 两 者 兼 备 。 疲 劳 断 面 的 三 个 区 域初 始 裂 纹 区 、 渐 断 区 、 突 断 区 弯 曲 疲 劳 损 坏 和 扭 转 疲 劳 损 坏 的 原 因（ 1） 弯 曲 疲 劳 损 坏轴 承 不 均 匀 磨 损 引 起 ； 多 发 生 长 期 使 用 后(2)扭 转 疲 劳 损 坏过 大 的 附 加 扭 转 应 力 引 起 ； 一 般 是 出 现 在 运 转 初 期 四 、 曲 柄 连 杆 机 构 的 故 障 及 管 理十 字 头 滑 块 和 导 板滑 块 和 导 板 寿 命 较 长 ， 故 障 较 少 （ 白 合 金 偏 磨 ， 疲 劳 碎 裂 ）十 字 头 销 颈 和 曲 轴 轴 颈l 轴 颈 变 粗 糙 （ 滑 油 中 有 硬 质 杂 质 、 酸 腐 蚀 、 电 火 花 放电 在 表 面 产 生 麻 点 ）l 偏 磨 （ 装 配 ）l 变 成 银 白 色 （ 轴 承 烧 熔 ） l 红 套 滑 移 连 杆 l 十 字 头 式 柴 油 机 连 杆 很 少 出 现 故 障 （ 轴 承 易 故 障 ）l 筒 形 活 塞 式 柴 油 机 连 杆 疲 劳 裂 纹 和 弯 曲1、 故 障 2. 管 理 注 意 事 项(1)轴 承 换 新 后 要 经 过 2 h磨 合(2)要 定 期 进 行 曲 轴 箱 检 查间 隙 大 小各 种 螺 栓 的 固 紧 情 况油 流 情 况柴 油 机 运 行 中 要 注 意 触 摸 曲 轴 箱 的 温 度 情 况和 倾 听 运 转 声 音 ，认 真 监 视 滑 油 压 力 和 温 度 ， 定 期 化 验 滑 油 。 第 四 节 柴 油 机 的 主 要 固 定 件一 、 工 作 条 件 和 要 求二 、 十 字 头 式 柴 油 机 的 机 架 、 机 座 和 贯 穿 螺 栓三 、 筒 形 活 塞 式 柴 油 机 的 机 体四 、 主 轴 承五 、 推 力 轴 承六 、 主 要 固 定 件 的 故 障 及 其 管 理 一 、 工 作 条 件 和 要 求作 用 ： 构 成 柴 油 机 的 主 体 ； 安 装 运 动 部 件 的 导 承 和 支 承 ；形 成 运 动 部 件 运 行 空 间 ； 布 置 水 、 油 、 气 空 间 ； 安装 附 属 设 备工 作 条 件 ： 承 受 气 体 力 和 惯 性 力 ； 安 装 应 力 ；热 应 力 ； 水 、 油 、 气 的 腐 蚀要 求 ： l 足 够 的 刚 度 、 足 够 的 强 度 ；l 尺 寸 小 、 重 量 轻l 便 于 内 部 运 动 机 件 的 拆 装 和 检 修l 各 结 合 面 、 检 修 道 门 要 密 封 性 好 二 、 十 字 头 式 柴 油 机 的 机 架 、 机 座 和 贯 穿 螺 栓贯 穿 螺 栓作 用 ： 把 气 缸 体 、 机 架 和 机 座 连 在 一 起改 善 受 力 状 况准 确 计 算 受 力提 高 了 柴 油 机 整 体 的 刚 度 机 架 （ L-MC） 机 座 （ L-MC/MCE） 40 三 、 筒 形 活 塞 式 柴 油 机 的 机 体 四 、 主 轴 承1) 主 轴 承 的 工 作 条 件 和 要 求作 用 ： 支 承 曲 轴 ， 保 证 曲 轴 的 工 作 轴 线 ； 对 曲 轴 起 轴 向 定 位 作 用工 作 条 件 : 轴 承 负 荷 较 大 ； 摩 擦 磨 损 ； 滑 油 腐 蚀要 求 :有 正 确 而 且 固 定 的 位 置 ； 足 够 的 刚 度 ； 有 较 高 的 承 载 能 力 和 疲劳 强 度 ； 有 足 够 的 热 强 度 和 热 硬 度 ； 有 较 好 的 抗 腐 蚀 能 力 ； 有减 磨 性 和 耐 磨 性 ； 能 均 布 滑 油 和 散 走 摩 擦 热 量 2) 主 轴 承 的 构 造 五 、 推 力 轴 承l作 用 ： 承 受 桨 推 力 、 轴 向 定 位l推 力 轴 承 的 构 造 l推 力 轴 承 的 调 整 1、 主 轴 承 常 见 损 坏 形 式 及 原 因l腐 蚀 化 学 腐 蚀 、 电 化 学 腐 蚀 和 火 花 腐 蚀六 、 主 要 固 定 件 的 故 障 及 其 管 理划 伤 硬 质 外 来 物擦 伤 轴 颈 表 面 太 粗 糙 ， 装 轴 时 对 中 不 良 ， 滑 油 失 压 或 变 质 ， 轴 承 间 隙 过 大 或 过 小 ， 以 及 柴 油 机 超 负 荷 运 转裂 纹 轴 承 受 到 周 期 性 的 交 变 负 荷 反 复 作 用穴 蚀 气 泡 破 裂 2、 主 要 固 定 件 的 管 理l严 防 曲 轴 箱 爆 炸l注 意 各 密 封 处 ， 防 止 漏 泄 引 起 事 故l定 期 检 查 机 座 内 外 表 面 的 裂 纹l定 期 检 查 贯 穿 螺 栓 固 紧 情 况