船舶柴油机(轮机)-柴油机结构和主要零部件.doc

福建交通职业技术学院教案纸 第 PAGE 2 页 课程： 船舶柴油机 学年 第_ _学期 第 周 月 日 教 学 内 容 备 注 PAGE PAGE 2 船舶柴油机（轮机） --模块二 柴油机的结构和主要零部件-- 黄步松 主讲 福建交通职业技术学院船政学院 模块二 柴油机的结构和主要零部件 重点：柴油机各主要部件的作用、工作条件、工作原理及结构特点，各部件的常见故障及原因，管理注意事项。 难点：燃烧室部件承受的机械负荷、热负荷及分析，缸套、活塞、连杆、十字头、曲轴、活塞杆填料涵及活塞冷却机构的结构，曲柄排列与发火顺序。 缸盖 燃烧室部件 缸套 活塞组件 主要零部件 连杆 曲柄连杆机构 曲轴 主轴承 主要固定件：机架、机座、贯穿螺栓 单元一 燃烧室部件 一、燃烧室部件承受的负荷 1．机械负荷 机械负荷指受力部件承受气体力、安装预紧力、惯性力等的强烈程度。主要以气体力和惯性力为主。柴油机的机械负荷有两个特点：一是周期交变；二是具有冲击性。 1）安装应力： 安装应力与预紧力成正比。因此，安装气缸盖时不应过分紧固，否则会使气缸套、气缸盖发生损伤。另外，将缸套凸肩加高，可使缸套安装应力大大减小。 2）气体力： 气体力是周期变化的，其最大值为最高爆炸压力，变化频率与转速有关，因而由气体力产生的机械应力也称高频应力。由气体力产生的机械应力具有以下特点： 气缸盖、活塞：触火面为压应力，冷却面为拉应力。 缸套：径向：触火面为压应力最大，冷却面为零。 切向：触火面为拉应力最大，冷却面为拉应力最小。 机械应力与部件壁厚成反比，即壁厚δ愈大，机械应力愈小。 3）惯性力： 活塞组件在缸内作往复变速运动，产生往复惯性力；曲轴作回转运动产生离心惯性力。其大小与部件质量和曲轴转速的平方成正比。由惯性力产生机械应力也是一种高频应力。 2．热负荷 1）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。 2）热负荷的表示方法 （1）热流密度（2）温度场（3）热应力 3）热负荷过高对柴油机的危害： （1）使材料的机械性能降低，承载能力下降； （2）使受热部件膨胀、变形，改变了原来正常工作间隙； （3）使润滑表面的滑油迅速变质、结焦、蒸发乃至被烧掉； （4）使受热部件（如活塞顶）受热面被烧蚀； （5）使受热部件承受的热应力过大，产生疲劳破坏等。 船舶上，轮机管理人员通常用排气温度来判断热负荷的高低。 4）热应力： 是指受热部件在内外表面温度不同并且有一定约束的条件下在金属内产生的一种内力。 气缸盖、活塞：触火面为热压应力，冷却面为热拉应力。 缸套：径向：为零。 切向：触火面为压热应力，冷却面为拉热应力。 热应力与部件壁厚成正比，即壁厚δ愈大，热应力愈大。 由机械应力和热应力可知：机械应力与部件壁厚成反比，即壁厚δ愈大，机械应力愈小。因而从降低机械应力的角度看，应使δ增大，但热应力与部件壁厚成正比，因此δ增大，热应力增加。所以对燃烧室部件不能采取厚壁结构。合理解决这一技术难题的措施是采用薄壁强背结构。所谓薄壁就是燃烧室部件的壁要薄，以减少热应力。而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。现代新型柴油机燃烧室部件采用钻孔冷却机构就是典型的薄壁强背结构。 3．热疲劳 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。热疲劳对燃烧室部件的破坏是从出现裂纹开始的，逐渐发展使部件疲劳破裂。 当柴油机工作时，高温面的热应力为压应力。如果燃烧室壁面局部在高温作用产生蠕变而引起塑性变形，则当停车或负荷降低、壁面温度降低时，因塑性变形无法恢复原状而产生残余拉应力，由此形成压拉应力交替。由于该交变应力的变化周期与转速无关，而只取决于起动-运行- 停车或负荷变化的周期，因此称为低频应力。显然由热疲劳引起的裂纹，通常从高温触火面开始，逐渐发展形成疲劳损坏。 高频应力：应力变化周期与柴油机工作循环周期相同，频率较高。与转速有关。 低频应力：应力变化周期与柴油机起动-运行- 停车或负荷变化的周期相同，