燃烧室部件故障及其管理,第五节 燃烧室部件承受的负荷第六节 燃烧室部件的故障及其管理,燃烧室部件承受的负荷,一、热负荷二、机械负荷三、综合分析,燃烧室部件承受的负荷,一、热负荷1、热负荷受热部件所受热应力、热流量的强烈程度高温－－机械性能下降温差－－热应力和热变形,燃烧室部件承受的负荷,一、热负荷2、表示方法：热流密度－－q=Q/A比活塞功率－－PA=Pe/(AP·Z)=K·pe·vm温度场热应力－－高温区（触火面）受压应力低温区（水冷面）受拉应力与壁厚成正比 注意：轮管人员根据排气温度判断热负荷高低说明书给出的排气温度最高值为限制热负荷大小的标准燃烧室部件承受的负荷,一、热负荷3、高温蠕变与热疲劳： 高温 蠕变 塑性变形 残余拉应力 拉、压应力交替变化 热疲劳 热疲劳主要使触火面产生裂纹,,,,,燃烧室部件过热 长时间超负荷 突加突减负荷过于频繁,加快疲劳破坏的出现,,燃烧室部件承受的负荷,二、机械负荷1、气体力 活塞顶：触火面为压应力，冷却面为拉应力气缸盖：触火面为压应力，冷却面为拉应力气缸套：触火面有最大切向拉应力和最大径向压应力冷却面有最小切向拉应力机械应力与部件壁厚成反比,燃烧室部件承受的负荷,一、机械负荷2、运动机件的惯性力 活塞组件受往复惯性力3、安装应力 注意：安装时，安装预紧力不要过大,燃烧室部件承受的负荷,三、综合分析薄壁强背薄壁－－减小热应力强背－－降低机械应力,燃烧室部件的故障与维护管理,一、气缸盖常见缺陷及检验 二、气缸套常见缺陷及防范措施 三、活塞组的故障及维护管理,一、气缸盖常见缺陷及检验,气缸盖在长期工作中常见缺陷有漏气、翘曲和裂纹等。
1、贴合面漏气 2、气缸盖翘曲 3、气缸盖裂纹,1、贴合面漏气,缸盖与缸套贴合面常易发生泄漏少量漏气时，冷却水中会出现气泡由于密封垫片材料不断硬化，缸盖螺栓不断被加热伸长，泄漏会逐渐严重而引起漏气、漏水和漏油严重时燃气吹破密封垫片大量漏气，迫使柴油机停止工作1、贴合面漏气,造成缸盖贴合面漏气的原因通常有： ⑴缸盖螺栓预紧力不足或严重不均 ⑵密封垫片装反、老化或损坏 ⑶贴合面有杂质在局部梗垫，或贴合面本身有损伤伤痕 ⑷缸盖底面或机体支承面变形，平面度误差严重 ⑸柴油机若负荷过重或工作粗暴，也易造成缸盖贴合面漏气1、贴合面漏气,一般检修后的柴油机试车运转中发生少量漏气时，将缸盖螺栓再均匀收紧即可消除漏气故障若仍没有效果，则应拆吊缸盖，将密封垫片软化处理或更换损坏的垫片若仍不奏效，则应检查缸盖底面和与之贴合的平面的平直度或平面度，并用拂刮、研磨甚至磨削等方法修正2、气缸盖翘曲,气缸盖翘曲是其本身发生的塑性变形它使缸盖各表面失去正确形状严重时缸盖底面与缸套或机体贴合面不平，造成密封失效，漏气漏水严重，柴油机无法工作2、气缸盖翘曲,造成缸盖翘曲的主要原因有： ⑴缸盖螺栓预紧力过大或严重不均 ⑵柴油机长期超负荷或最高爆发压力过大。
⑶气缸盖制造加工残余应力严重2、气缸盖翘曲,检查方法：检查缸盖底部安装面翘曲时，对平底板可用直尺和塞尺进行对环形安装面，可用标准平台（板）用色油法和塞尺法进行2、气缸盖翘曲,修理方法： 若缸盖底板安装面因翘曲产生凹陷深度在0.3mm以下时，可用刮削方法修正，直至安装平面与平板拖研后色油斑点均匀 如果平面度误差超过0.5mm或者用色油法平板拖研后接触斑点很少时则要用铣削加工修正平面，再用平板拖研、修刮至平直良好铣削加工量应尽可能少，以免影响强度 对于小型气缸盖，在全长上翘曲量超过0.4mm时，应予报废换新3、气缸盖裂纹,气缸盖裂纹常发生在底板上，最易发生在各阀座孔与喷油器座孔之间 造成缸盖裂纹的根本原因是热应力引起的热疲劳和腐蚀疲劳加上气体压力共同作用 热疲劳裂纹多数在燃气侧形成和发展，并有可能在短期内发生脉动气体应力产生疲劳裂纹多见于底板的水腔侧表面，破裂断面有贝壳状挤压痕迹 腐蚀疲劳裂纹较多发生在水腔侧表面，但断裂面粗糙3、气缸盖裂纹,造成缸盖裂纹的其它因素：其它原因如严寒气候下，柴油机停止工作后没有放除冷却水等等情况也会造成缸盖裂纹3、气缸盖裂纹,检验： 拆吊缸盖后洗净烘干裂纹怀疑处，用渗透探伤、色油法等显示裂纹。
用水压试验检查缸盖底板裂纹时，先用0.7MPa压力水检查若有微量渗漏，再用1.5倍最大爆发压力水试验查漏3、气缸盖裂纹,运行时的判断： 开车前冲车，观察示功阀有无水汽、水珠喷出 运转中，观察冷却水压力、温度、水位、气泡，滑油油位 吊缸时，活塞顶部是否有积水和绣痕3、气缸盖裂纹,维修管理注意事项： 运行前，清洗冷却水腔，保证水路畅通； 运转中适时清除水垢和铁锈； 控制好水质、水温、温差和流量； 避免长时间超负荷运转，防止过热； 采用外源水泵时，柴油机停车后，不应过早停止冷却水循环，以免“过后沸腾”； 启动时，应避免暖机不足而过猛增加负荷3、气缸盖裂纹,底面有裂纹的缸盖一般报废大型缸盖可用金属扣合法修理使用缸盖其它表面的裂纹可用覆板法、工程塑料粘补法或金属扣合法修补对喷油器及阀件座孔孔壁产生裂纹时，可用镶套法修理先将裂纹座孔镗扩呈圆孔用青铜或不锈钢车制成镶套还可在两者结合端面或圆面敷涂工程塑料装配后再经0.4MPa～0.6MPa的水压试验，要求历时5min不漏二、气缸套常见缺陷及防范措施,气缸套常见缺陷有磨损、裂纹和穴蚀等 1、气缸套磨损 2、气缸套裂纹 3、气缸套穴蚀,1、气缸套磨损,缸套的三种磨损 1、熔着磨损 2、磨粒（料）磨损 3、腐蚀磨损,缸套磨损图a)正常磨损；b)磨粒磨损(进气)；c)磨粒磨损(滑油) ； d)熔着磨损；e)腐蚀磨损(燃油)；f)腐蚀磨损(冷却水),铸铁气缸套的正常磨损：不大于0.1mm/kh 镀铬气缸套的正常磨损：不大于0.01—0.03mm/kh,1、气缸套磨损,缸套的磨损量轴线方向呈现上大下小，而且在同一横截面内也是不同的。
筒形活塞柴油机正常磨损，是缸套横向磨损大于纵向其原因是活塞对缸套的侧推力在横向，即垂直曲轴轴线的方向纵向即指曲轴轴线方向1、气缸套磨损,活塞与缸套相对摩擦磨损一般在初期较快，因为加工刀痕和毛刺易于划破润滑油膜，也最容易发生干摩擦拉缸或咬缸,故应在低负荷，充分润滑下低速进行磨合，经磨合的表面光洁度和硬度都有提高，进入正常磨损阶段，磨损速度下降，这也是机体正常工作期1、气缸套磨损,管理中应通过测量气缸套内径来监视观察缸套的磨损情况四冲程机在缸套轴向三个环带测量第一环带在活塞上止点位置时第一道活塞环所对位置，第三环带在活塞下止点时最末一道活塞环所对位置第二环带在中间每个环带应测量横向和纵向直径二冲程柴油机缸套应在气口上、下方增加测量部位1、气缸套磨损,磨损量超过规定，或圆度、圆柱度误差超过规定极限的缸套，应更换或者镗孔修复内孔再用 防止和杜绝缸套与活塞粘着磨损是管理的重点任务造成粘着磨损根本原因是干摩擦、磨合不良、超负荷运转、冷却不良或配合间隙不当以及燃气窜漏或操作不当等等，都可能导致拉缸和咬缸2、气缸套裂纹,气体脉动应力及热应力造成机械疲劳与热疲劳或者安装应力过大会使缸套产生裂纹 若缸套有裂纹，工作时高压燃气便会冲入冷却水系统，使冷却水压力波动或出现气泡；停车冷却后缸内会有冷却水漏入并积蓄。
怀疑缸套裂纹时，应停止该缸供油并停车检查，一旦发现裂纹则应更换或修理2、气缸套裂纹,部位：安装凸肩与外圆转角处原因：安装应力和疲劳应力过大 部位：燃烧室内壁或气口间筋肋间原因：过热或拉缸、咬缸 其它原因：冷却水温过低、热应力过大、活塞与缸套间隙过大撞击强烈、燃烧压力过大，或燃油量过大,缸套安装力,3、气缸套的穴蚀,现象：外表面冷却壁上出现光亮的蜂窝状小孔群 成因：空泡腐蚀、电化学腐蚀 闭式循环淡水冷却的柴油机：空泡腐蚀为多 开式循环海水冷却的柴油机：电化学腐蚀 筒形柴油机上居多3、气缸套的穴蚀,电化学腐蚀：海水－－强电介质溶液 气缸套材料各处组织不均匀，构成许多弱电池产生电化学腐蚀（微电池腐蚀） 各处的应力不一样，应力大的地方金属能量高，易被腐蚀应力大的成为阳极，小的成为阴极） 水温差，含氧不一样，形成氧浓差电池3、气缸套的穴蚀,空泡腐蚀－－筒形活塞受侧推力，侧推力改变方向时，活塞撞击气缸套，引起局部的高真空和高压水中压力降低到该温度下饱和蒸汽压力以下时，冷却水蒸发和融入水中的空气析出而形成空泡空泡受到高压冲击而爆破时，就在破裂区形成高压波，极短的时间作用在很小范围内，有强烈的破坏力 振动是缸套穴蚀的重要原因。
3、气缸套的穴蚀,防止措施 电化学：安装防腐镀锌板，或在水中加缓释剂、防锈油及镀防腐金属、渗氮喷陶瓷等，提高气缸套的抗穴蚀能力； 空泡：降低气缸套的振动如：增加气缸套壁厚、提高支撑刚度、减小活塞的配缸间隙；采用宽敞的冷却水腔、向水中加添加剂、合理的冷却水温度和压力等 管理中，还应该注意：防止水中有大量空气，保持冷却水清洁，控制柴油机的负荷等三、活塞组的故障及维护管理,在燃气的高温高压作用以及自身高速摩擦运动作用下，活塞组件很易产生裂纹、磨损以及配合失常等缺陷1、裂纹,活塞顶部－－圆周裂纹和网状裂纹原因：主要是热应力和热疲劳引起的，同时还有机械应力的作用当喷油定时不正确、燃油雾化不良或火焰直接触及活塞顶面时就会造成局部过热，引起过大的热应力；当柴油机超负荷运转时也会引起热应力柴油机频繁起动、停车会引起热疲劳；冷却不充分、活塞顶面散热不良 活塞销座－－边缘原因： 局部应力过大而产生裂纹l-触火面周向断续裂纹；2-触火面起吊螺钉孔裂纹；3-触火面放射状树枝形裂纹；4-触火面材料缺陷裂纹；5-触火面阀坑处裂纹；6-冷却侧材料缺陷裂纹；7-活塞环槽圆角处裂纹；8-冷却侧周边圆角处裂纹；9-冷却液入口端部裂纹；10-冷却侧支撑肋圆角处裂纹,1、裂纹,检查：目测法、粉剂显痕法、水压试验法 处理： 1）更换－－活塞本身出现裂纹应更换备件 2）应急临时修理－－对钢质活塞可施行焊补，但需预热和退火；对铸铁活塞只能以小电流进行补焊处理。
3）航行中无备件更换，只有减缸航行2、磨损,活塞磨损－－筒形活塞的裙部磨损较重在强载柴油机中活塞环槽及活塞座孔的磨损也较明显 筒形活塞裙部在侧推力下与缸套内表存在着机械摩擦磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损，还有可能出现异常的粘着磨损2、磨损,裙部磨损方向： 筒形活塞： 左右方向大于销轴方向上部磨损量大于下部（在活塞销中心的方向（纵向）磨损小于销中心垂直方向（横向）） 十字头活塞：可能在某一方向偏磨,2、磨损,后果：活塞裙部磨损后与气缸套的间隙会增大，造成窜气及加重活塞与缸套的撞击、使穴蚀加快 处理：1）应定期检查活塞裙与缸套的间隙活塞与缸套配合间隙超过技术规定时，应根据磨损情况，更换修理配合体中的一个或两个2）裙部若有划痕或刮伤，主要是磨粒或断碎活塞环粒所致，可用油石修整活塞裙外表至光整2、磨损,活塞环槽－－上下平面因受活塞环的多种运动摩擦而磨损 后果－－1）活塞环的轴向间隙增大2）内窄外宽等不规则形状，后者又加重活塞环的歪扭或断裂的可能 处理：用环槽标准样板检查环槽形状，并可车削修正完好后再配以加厚的活塞环2、磨损,活塞销座孔原因：活塞销在大比压、低速下摆动摩擦，磨损也较严重后果：与活塞销间隙增大后会加重活塞、连杆的连接处冲击疲劳。
处理：1）检查活塞销座孔直径变化量测量应在孔口内外两端面约10mm的四个位置上进行，每个位置应测量垂直和水平方向的孔径2）活塞销座衬套的活塞在孔径增大后应更换衬套3、活塞顶的烧损,原因：喷油器喷出的油束直接到达活塞顶面，活塞的冷却腔太脏使冷却不良、导热不好、局部过热等 后果：活塞顶越来越薄，强度越来越差在直流扫气及油冷柴油机活塞上出现较多,4、活塞环常见缺陷,1）磨损 2）黏着 3）断裂,活塞环磨损,正常磨损：磨损速度通常不超过0.3～0.5 mm/kh，厚度基本均匀 径向磨损--使活塞环塔口间隙增大； 轴向磨损--使其与环槽轴向间隙增大 原因：和设计、材质、热处理等因素状况有很大关系若柴油机磨合不良，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。