《船用柴油机汽缸盖裂纹及其检修》》-公开DOC·毕业论文

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1、 毕毕业业专专题题论论文文 船用柴油机汽缸盖裂纹及其检修 Crack of maring diesel engine cylinder cover and maintenance 学生姓名 所在专业轮机工程 所在班级轮机1093 申请学位工学学士 指导教师 职称副教授 副指导教师职称 目 录 目 录 摘要 I abstract II 引言 1 1气缸盖裂纹产生的部位 1 2气缸盖产生裂纹的原因 2 2 1 结构设计上的原因 3 2 2 材料和工艺上的原因 3 2 3 装配质量上的原因 3 2 4 操作和管理上的原因 3 2 5 维护保养不良的原因 3 3气缸盖疲劳裂纹 4 3 1 热疲劳裂纹

2、4 3 2 机械疲劳裂纹 4 3 3 腐蚀疲劳裂纹 4 4气缸盖裂纹检查 4 4 1 直接观察法 4 4 2 着色探伤法 5 4 3 液压试验法 5 4 4 其他方法 6 5气缸盖裂纹的应急修理 6 5 1 无机粘结剂修补法 6 5 2 金属扣合法 6 5 3 镶套修理法 6 5 4 焊补法 7 5 5 覆板修理法 7 6预防气缸盖产生裂纹的措施 7 6 1 改善气缸盖材质 7 6 2 气缸盖设计优化 7 6 3 加强对气缸盖过热部位的冷却 8 6 4 轮机人员的操作管理科学化 8 7结论 8 鸣谢 9 参考文献 10 摘 要 摘 要 在简要介绍船舶柴油机气缸盖恶劣的工作环境基础上 指出它容易

3、产生的故障 并针对常出现的裂纹故障 分析其裂纹产生的原因 并指出如何检查裂纹 以及一些 应急修理方法 最后给出预防气缸盖裂纹产生的措施 关键词 船舶 柴油机 气缸盖 裂纹 检查 ABSTRACT I ABSTRACT This essay firstly introduces the abominable working environment in which the diesel engine cylinder cover woeks points out it easy to be in crouble and analyzes the causes leading to cracks

4、It also tells how to repair the cracks just by checking the cracks and preventing its appearance damage Some measures are given here KEYWORDS Ship Diesel Engine Cylinder Cover Crack Check 广东海洋大学2009届本科生毕业专题论文 0 船用柴油机汽缸盖裂纹及其检修 轮机工程 200911821325 王浩然 指导教师 陈林 引言 气缸盖作为柴油机的固定机件 也是柴油机燃烧室的组成部分 船用柴油机气缸盖 的结构型

5、式繁多 随机型不同而异 在气缸盖上通常布置排气阀 喷油器 示功阀 启 动阀 安全阀以及进排气的驱动机构等 气缸盖的内腔要布置相应的流道 孔道 及 冷却水腔等 因此 各种型式的气缸盖的共同特点是结构复杂 孔道较多 壁厚很不 均匀 柴油机气缸盖不仅结构复杂 而且工作条件 受力情况也十分复杂 恶劣 气缸盖的 底面直接与高温高压燃气接触 不仅受到高温高压燃气的腐蚀与冲刷 而且周期地承 受较高的机械负荷与热负荷 底面在燃气的爆发压力作用下产生很大的机械应力 壁 厚与温度的不均匀导致较高的热应力 螺栓的预紧力使气缸盖承受着压应力 并与燃 气压力共同作用使气缸盖受到弯曲作用 在截面变化处会产生应力集中等 此

6、外 冷 却水腔还受到水的腐蚀 正是由于气缸盖如此恶劣的工作条件 致使气缸盖很容易损坏 通常损坏形式为 其 底面和冷却水腔容易产生裂纹 还有气阀底面和导套容易磨损 冷却水侧被腐蚀等 本文主要针对船舶柴油机气缸盖最经常出现的损坏现象 裂纹 进行详细叙述 分析其裂纹产生原因极其修理 预防措施等 1 气缸盖裂纹产生的部位 船用柴油机气缸盖的裂纹主要发生在气缸盖底面有应力集中的地方 如孔与孔之 间或孔的圆角处 冷却水腔的截面变化处等 产生裂纹的具体部位则随机型 气缸盖 的结构和材料不同而异 广东海洋大学2009届本科生毕业专题论文 1 船用四冲程柴油机在进排气阀孔和喷油器等孔之间以及阀座面上容易产生裂纹

7、 当裂 纹产生在底面时 多为径向裂纹 当裂纹产生在外部时 裂纹大多是从中央喷油器孔 向进排气阀孔扩展 这是由于小孔处的应力集中所致 如图1所示 苏尔寿RD和RND型柴油机气缸盖 裂纹大多发生中央小缸盖底面上的喷油器孔 启动阀 孔 安全阀孔四周的圆角处 多沿径向扩展 如图2所示 1 MAN型柴油机气缸盖由上下两部分组成 下半部分用耐热合金铸铁制成 主要承受 热负荷 上半部分采用灰口铸铁制成 主要承受机械负荷 由于下半部分缸盖冷却水 腔布置了环形冷却水道 故裂纹多发生在冷却水道的环形筋根部有应力集中处 沿周 向扩展 如图3所示 B W型柴油机气缸盖 是由耐热合金钢制成的整体式结构 容易在抗弯截面较

8、小处 及冷却水腔底部和阀孔壁上产生裂纹 2 2 气缸盖产生裂纹的原因 广东海洋大学2009届本科生毕业专题论文 2 气缸盖产生裂纹是气缸盖较为常见的故障 气缸盖产生裂纹的根本原因是热应力和机 械应力周期性的作用 在交变的热应力和机械应力的作用下 将产生疲劳裂纹 从而 导致气缸盖裂纹 具体分析气缸盖产生裂纹主要有以下几个方面原因 2 1 结构设计上的原因 气缸盖底面气阀孔周围之所以常产生裂纹 主要因为该处有较大的表面积 因此 受 热膨胀和冷却时收缩速度都较大 例如 柴油机工作一段时间停车后 气缸盖温度分 布变化剧烈 热量通过冷却水和进排气通道迅速散发 所以在气阀孔处容易产生裂缝 再者 由于结构或

9、受力不合理 过度圆角太小等均会引起过大的机械应力 从而 导致裂纹 4 2 2 材料和工艺上的原因 气缸盖材料选择不当 质量不符合要求 铸造时没有很好地消除铸造应力 从而导致 零件内部有缺陷 从而使气缸盖在工作时容易产生裂纹 2 3 装配质量上的原因 气缸盖螺栓不按规定交叉拧紧 或在发生气缸盖平面漏气时拧紧该处的螺母来解决 都会造成气缸盖受力不均匀而产生裂纹 喷油器安装不正确 会引起气缸盖底面局部 变形 增大喷油器孔处所受的拉应力 使之容易产生裂纹 2 4 操作和管理上的原因 柴油机长期在超负荷条件下运转或在未充分暖缸的情况下突然增大负荷 使气缸盖从 冷态急剧变为热态 或在高温下急剧冷却而产生裂

10、纹 柴油机冷车启动或启动后加速太快 致使气缸盖底面与冷却面温差过大 热应力增大 故应暖机后再启动 启动后待油 水温度升高后方可加速 频繁启动 停车和长期 超负荷运转均会使机械应力和热应力增加 冷却与润滑不足或中断 亦会导致机件过 热 广东海洋大学2009届本科生毕业专题论文 3 2 5 维护保养不良的原因 安装气缸盖时未按规定上紧螺栓 个螺栓受力不均 使气缸盖产生过大的附加应 力 长期使用 未清洁冷却水道 致使水腔积垢 影响散热 引起过大的热应力 从 而导致裂纹的产生 3 气缸盖疲劳裂纹 3 1 热疲劳裂纹 在底板受热面 鼻梁区 产生热疲劳裂纹是四冲程柴油机气缸盖较为常见的损坏形式 产生热疲劳

11、是由于受热面的温度超过材料的使用极限而发生蠕变 引起塑性变形 当气缸盖在冷热交替情况下工作时 受热面的收缩性变形而受阻 从而产生残余拉伸 应力 受热面温度超过极限温度越多 运行时间越长 残余拉伸应力就越大 最终因 应力的反复交变而出现疲劳裂纹 严重时可能经过一次冷热循环便出现裂纹 5 3 2 机械疲劳裂纹 气缸盖底板在缸内气体压力作用下发生周期性弯曲变形 其最大拉伸应力发生于 底板的内侧表面 阀孔尖角处应力集中严重 再叠加上热应力 底板内侧表面所受热 应力也为拉伸应力 的作用 于是机械疲劳裂纹以此尖角为起点 沿阀孔周围逐渐向 受热面扩展而裂穿 3 3 腐蚀疲劳裂纹 冷却水中含有各种酸根离子和溶

12、解氧将对金属发生电化学腐蚀和氧化 金属晶界 是首先被腐蚀和氧化的部位 这将导致被腐蚀的表面变得粗糙并产生应力集中 使材 料的疲劳强度显著下降 又由于气缸盖与气缸套的圆锥部分配合不良 以及气缸盖螺 栓的过分紧固 在柴油机运转时 使密封凸缘冷却水侧产生较大的脉动机械应力 在 腐蚀和较大的脉动机械应力共同作用下 从冷却水侧开始发生腐蚀疲劳裂纹 4 气缸盖裂纹检查 通常 气缸盖裂纹都有一个产生和发展的过程 因此 平时认真检查 仔细观察 及早发现 就能避免机损事故的发生 气缸盖裂纹检查主要有 种方法 直接观察 法 着色探伤法 液压试验法 广东海洋大学2009届本科生毕业专题论文 4 4 1 直接观察法

13、可根据冷却水压力表指针的摆动和膨胀水箱中水位的上下波动及有无气泄 油渍 等来判断气缸盖是否有裂纹 还可通过示功阀检查排气是否冒白烟或有燃烧不良现象 来判断裂纹发生在哪一缸 经常检查曲轴箱中滑油油位的变化 若油位升高 油中水 分明显增加 则应怀疑内有裂纹 4 2 着色探伤法 着色探伤渗透液是含有红色颜料 溶剂和渗透剂等成分 具有渗透力强 渗透速度快 显象时清晰醒目 洗涤性好 化学稳定性好和无腐蚀或低毒等特点 显象剂常为氧 化锌 氧化镁或二氧化钛等白色粉末和有机溶剂组成 显象剂具有悬浮力好 与渗透 液有明显的衬度对比 显示缺陷清晰 易于辨别 无腐蚀性等特点 在着色探伤操作中有浸液法 刷涂法和喷涂法

14、 内压式喷灌操作简单 携带方便 广为应用 一组内压式喷灌各装有清洗剂 渗透剂和显象剂 检验时 先用清洗剂 清洁零件待检表面 然后喷涂一层渗透剂 依据材料不同有不同的渗透时间 如常温 下铝 镁合金铸件约为15分钟 锻件和钢铸件应不小于30分钟 钢焊件和焊缝有的可 打60分钟 塑料 玻璃 陶瓷等非金属材料在5 30分钟之间 渗透剂渗透时间对检验 灵敏度影响很大 时间短 小缺陷难以发现 大缺陷显示不全 时间长 难以清洗和 检验效率低 在清洗掉表面渗透剂后再喷涂显象剂 最后就可在白色衬底上显示出红 色缺陷痕迹 4 3 液压试验法 对于内部微小裂纹 如冷却水腔的微小裂纹 用着色法很难检查 通常做液压试验

15、才 能检查出来 液压试验法实质上是在模拟使用条件下对承压零件材料内部有无缺陷进行检验的一种 无损检验方法 它不需任何先进的仪器 只用一般的专用夹具和具有压力的气体或液 体 液压试验前 将待检零件上的孔 洞等全部堵塞 用专用夹具密封零件形成包括检验 部位的密封空腔 注满液体或气体后完全封闭 按要求加压至规定试验压力 保持一 定时间后观察零件外表面上有无液体渗出或气体逸出 从而判断零件有无裂纹 广东海洋大学2009届本科生毕业专题论文 5 试验用液体可用水或油 也可用空气 以有关要求而定 试验压力以零件工作条 件而定 柴油机气缸盖冷却水腔试验压力为0 7MPa 保持5分钟 另外 航行中根据下 列现

16、象判断燃烧室零件有无穿透性裂纹 1 柴油机运转中 轮机员可根据气缸或活塞冷却水表压力指针波动或膨胀水柜水 位上下波动判断零件有穿透性裂纹 因为当气缸盖或气缸套有穿透性裂纹时 燃烧室 中的高压燃气就会沿裂缝进入冷却水腔 使冷却水系统的压力升高 压力表指针和膨 胀水柜水位均升高 当气缸排气后压力低于冷却水压力 冷却水自裂缝进入气缸大量 漏泄 冷却水压力急剧降低 压力表指针和膨胀水柜水位又迅速降低 此外 还可从 冷却水温升高 淡水消耗量增加 扫气箱有水流出 膨胀水柜的透气管有气泡冒出和 冷却水中有油星等现象进一步判断 至于燃烧室中哪个零件裂穿则需要进一步检查 2 启动前进行转车和冲车时 轮机员应打开示功阀观察有无水气或水珠喷出 如 有水气或水珠喷出表明燃烧室零件有穿透性裂纹或喷油器冷却水漏泄 应进一步检查 和处理 否则缸内积水较多直接启动就会造成水击事故 3 曲柄箱 或循环油柜 中滑油量不正常增多或滑油中水分明显增加 或滑油迅 速乳化变质均表明由于燃烧室部件有穿透性裂纹使冷却水大量漏入 4 吊缸检修时 轮机员应认真仔细观察各个零件 如发现活塞 气缸套和气缸盖 表面有锈痕 或活塞顶部积水等 说