船舶汽缸蓋裂紋與檢修

1、）論文題目： 船舶汽缸蓋裂紋與檢修 二級學(xué)院： 輪機(jī)工程學(xué)院 專 業(yè)： 輪機(jī)工程技術(shù) 班 級： 摘 要 在簡要介紹船舶柴油機(jī)氣缸蓋惡劣的工作環(huán)境基礎(chǔ)上，指出它容易產(chǎn)生的故障，并針對常出現(xiàn)的裂紋故障，分析其裂紋產(chǎn)生的原因，并指出如何檢查裂紋，以及一些應(yīng)急修理方法，最后給出預(yù)防氣缸蓋裂紋產(chǎn)生的措施。關(guān)鍵詞 船舶；柴油機(jī)；氣缸蓋；裂紋；檢查；處理；預(yù)防 Abstract（3號黑體，居中）This essay firstly introduces the abominable working environment in which the diesel engine cylinder cover w

2、oeks，points out it easy to be in crouble and analyzes the causes leading to cracksIt 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;Repair;Prvent目 錄 1 引言1 2 汽缸蓋產(chǎn)生

3、裂紋的部位1 3 汽缸蓋產(chǎn)生裂紋的原因13.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計上的原因53.2 材料和工藝上的原因63.3 裝配和質(zhì)量上的原因63.4 操作和管理上的原因63.5 維護(hù)和保養(yǎng)不良的原因6 4 汽缸裂紋的檢查方法14.1 直接觀察法64.2 著色探傷法64.3 液壓試驗(yàn)法64.3 其他方法6 5 汽缸裂紋的修理方法15.1 無機(jī)粘接劑修補(bǔ)法105.2 金屬扣合法65.3 鑲套修理法65.4 焊補(bǔ)法65.5 覆版修理法6 6 預(yù)防汽缸蓋產(chǎn)生裂紋的方法16.1 改善汽缸蓋材料質(zhì)量106.2 汽缸蓋設(shè)計改良106.3 加強(qiáng)對汽缸蓋過熱部位冷卻106.4 輪機(jī)人員的操作管理規(guī)范化10總 結(jié)14致 謝15參考文

4、獻(xiàn)151 引言汽缸蓋是船舶柴油機(jī)的主要固定部件，也是柴油機(jī)燃燒室的主要組成部分，汽缸蓋的形式各異，根據(jù)柴油機(jī)的形式而分。汽缸蓋上通常有安全閥，示工閥，排氣閥，空氣分配法，噴油器以及進(jìn)排氣驅(qū)動機(jī)構(gòu)，因此各種汽缸蓋的共同特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔隙較多，厚度不同，受力受熱不均勻。汽缸蓋不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而起工作條件，受力，受熱也十分復(fù)雜，惡劣汽缸蓋地面一燃燒氣體接觸，經(jīng)常受到燃燒氣體的腐蝕和沖刷，并且經(jīng)常受到交變的力和熱負(fù)荷，氣缸蓋在受到燃燒氣體的最大爆炸壓力作用下的機(jī)械應(yīng)力，汽缸蓋厚度不同因而各部位受熱情況不同所以受到較大的熱應(yīng)力；汽缸蓋受到貫穿螺栓的壓應(yīng)力，并且在氣體力的作用下形成彎曲變形，從而使汽缸蓋的

5、應(yīng)力集中，然而，冷卻水腔也將受到水的腐蝕由于汽缸蓋在如此惡劣的條件下公作，因此汽缸蓋容易發(fā)生損壞，損壞形式有，地面和冷卻強(qiáng)腔發(fā)生裂紋，截面變形而應(yīng)力集中，冷卻水腔還要受到水的腐蝕。本文主要介紹汽缸蓋的主要損壞形式：裂紋 進(jìn)行詳細(xì)的論述，分析形成裂紋的原因以及修理的方法和預(yù)防的措施2 汽缸蓋產(chǎn)生裂紋的部位船舶柴油機(jī)汽缸蓋的裂紋一般都在汽缸蓋底部應(yīng)力集中處，如【孔與孔之間；孔與倒角園之間；冷卻水腔的截面變化處】，產(chǎn)生裂紋的部位也與柴油機(jī)的機(jī)型，汽缸蓋的材料，汽缸蓋的結(jié)構(gòu)不同而不一樣。 船舶四沖程柴油機(jī)裂紋一般在進(jìn)排氣口與噴油器孔之間。當(dāng)裂紋發(fā)生在底部是，裂紋為徑向裂紋，如果裂紋發(fā)生在外部時裂紋一般

6、從噴油孔向進(jìn)排氣口方向擴(kuò)展，是因?yàn)榭滋幍膽?yīng)力集中。 3 汽缸蓋產(chǎn)生裂紋的原因 汽缸蓋產(chǎn)生裂紋時汽缸蓋比較常見故障，汽缸蓋產(chǎn)生裂紋的根本原因是熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力的交變作用。汽缸蓋在交變的應(yīng)力作用下產(chǎn)生疲勞裂紋，進(jìn)而產(chǎn)生汽缸蓋的裂紋。3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計上的原因 氣缸蓋底面氣閥孔周圍之所以常產(chǎn)生裂紋，主要因?yàn)樵撎幱休^大的表面積，因此，受熱膨脹和冷卻時收縮速度都較大。例如，柴油機(jī)工作一段時間停車后，氣缸蓋溫度分布變化劇烈，熱量通過冷卻水和進(jìn)排氣通道迅速散發(fā)，所以在氣閥孔處容易產(chǎn)生裂縫。再者，由于結(jié)構(gòu)或受力不合理、過度圓角太小等均會引起過大的機(jī)械應(yīng)力，從而導(dǎo)致裂紋。3.2 材料和工藝上的原因汽缸蓋的材料選擇

7、不當(dāng)，質(zhì)量不符合要求，鑄造時沒有消除鑄造應(yīng)力，從而導(dǎo)致汽缸蓋內(nèi)部有缺陷，進(jìn)而導(dǎo)致汽缸蓋產(chǎn)生裂紋。3.3 裝配置和質(zhì)量上的原因汽缸蓋的貫穿螺栓不按交叉方式擰緊；或者當(dāng)汽缸蓋底部發(fā)生漏氣時直接擰緊貫穿螺栓來解決，進(jìn)而造成汽缸蓋受力不均而產(chǎn)生裂紋。噴油器安裝不正確時會影響汽缸蓋底部的變形，從而增大噴油孔處的應(yīng)力，導(dǎo)致汽缸蓋裂紋。3.4 操作和管理上的原因 柴油機(jī)長時間高負(fù)荷運(yùn)行；啟動柴油機(jī)前沒有預(yù)熱直接啟動；使氣缸從冷狀態(tài)直接進(jìn)入熱狀態(tài)或者是氣缸從熱狀態(tài)直接進(jìn)入冷狀態(tài)，而產(chǎn)生裂紋。柴油機(jī)冷車啟動或冷車啟動過快，導(dǎo)致汽缸蓋的底面和冷卻面溫差太大，進(jìn)而汽缸蓋熱應(yīng)力集中。暖機(jī)后在啟動，等到油，水達(dá)到一定溫

8、度在啟動；頻繁啟動，或長時間超負(fù)荷運(yùn)行都會導(dǎo)致應(yīng)力集中；潤滑油不足，冷卻液少導(dǎo)致部件溫度增加。3.5 維護(hù)和保養(yǎng)不良的原因汽缸蓋安裝沒有按規(guī)定擰緊螺栓，使螺栓受力不均勻，使氣缸蓋受到較大扥附加應(yīng)力。長時間運(yùn)行沒有清洗冷卻腔，冷卻腔內(nèi)形成水垢影響冷卻，導(dǎo)致汽缸蓋熱應(yīng)力較大，從而導(dǎo)致汽缸蓋裂紋。4 汽缸蓋裂紋的檢查方法 通常，汽缸蓋的裂紋都有一個發(fā)生和擴(kuò)展的過程，因此平時認(rèn)真觀察，細(xì)心檢查以及及早發(fā)現(xiàn)可以避免事故的發(fā)生。通常檢查汽缸蓋裂紋釉3種方法：直接觀察法， 著色探傷法， 液壓實(shí)驗(yàn)法。4.1 直接觀察法可根據(jù)冷卻水壓力表指針的擺動和膨脹水箱中水位的上下波動及有無氣泄、油漬等來判斷氣缸蓋是否有裂

9、紋，還可通過示功閥檢查排氣是否冒白煙或有燃燒不良現(xiàn)象來判斷裂紋發(fā)生在哪一缸。經(jīng)常檢查曲軸箱中滑油油位的變化，若油位升高，油中水分明顯增加，則應(yīng)懷疑內(nèi)有裂紋。4.2 著色探傷法著色探傷滲透液是含有紅色顏料、溶劑和滲透劑等成分。具有滲透力強(qiáng)，滲透速度快，顯象時清晰醒目，洗滌性好，化學(xué)穩(wěn)定性好和無腐蝕或低毒等特點(diǎn)。顯象劑常為氧化鋅、氧化鎂或二氧化鈦等白色粉末和有機(jī)溶劑組成。顯象劑具有懸浮力好，與滲透液有明顯的襯度對比，顯示缺陷清晰，易于辨別，無腐蝕性等特點(diǎn)。 在著色探傷操作中有浸液法、刷涂法和噴涂法。內(nèi)壓式噴灌操作簡單，攜帶方便，廣為應(yīng)用。一組內(nèi)壓式噴灌各裝有清洗劑、滲透劑和顯象劑。檢驗(yàn)時，先用清洗

10、劑清潔零件待檢表面，然后噴涂一層滲透劑，依據(jù)材料不同有不同的滲透時間。如常溫下鋁、鎂合金鑄件約為15分鐘，鍛件和鋼鑄件應(yīng)不小于30分鐘；鋼焊件和焊縫有的可打60分鐘；塑料、玻璃、陶瓷等非金屬材料在530分鐘之間。滲透劑滲透時間對檢驗(yàn)靈敏度影響很大。時間短，小缺陷難以發(fā)現(xiàn)，大缺陷顯示不全；時間長，難以清洗和檢驗(yàn)效率低。在清洗掉表面滲透劑后再噴涂顯象劑，最后就可在白色襯底上顯示出紅色缺陷痕跡。4.3 液壓試驗(yàn)法 對于內(nèi)部微小的裂紋，如冷卻水腔的微小裂紋，用著色法很難檢查，通常做液壓試驗(yàn)才能檢查的出來。 液壓試驗(yàn)法實(shí)質(zhì)上是在模擬使用條件下對軸承零件材料內(nèi)部有無缺陷進(jìn)行檢查的一種無損檢驗(yàn)發(fā)放。他不需要

11、任何先進(jìn)的儀器，只用一半的專用夾具和具有壓力的氣體或液體。 液壓試驗(yàn)前，將待檢驗(yàn)的零件上的孔，洞等全部堵塞，用專用夾具密封零件形成包括檢驗(yàn)部位的密封空腔，注滿液體或氣體后完全封閉，按要求加壓至規(guī)定的試驗(yàn)壓力，保持一定時間后觀察零件外表面山有無液體滲出或氣體溢出，從而判斷零件有無裂紋。 試驗(yàn)用液體可用水喝油，也可用空氣，以有關(guān)要求而定。試驗(yàn)壓力以零件工作條件而定。柴油機(jī)汽缸蓋冷卻水腔試驗(yàn)壓力為0.7MPa，保持5分鐘。另外，航行中根據(jù)下列現(xiàn)象判斷燃燒空氣零件有無穿透性裂紋： 1）柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，輪機(jī)員可根據(jù)汽缸蓋或活塞冷卻水表壓力指針波動或膨脹水箱水為上下波動判斷零件有穿透性裂紋。因?yàn)楫?dāng)汽缸蓋或汽

12、缸套有穿透性裂紋時，燃燒室中的高壓燃?xì)饩蜁亓芽p進(jìn)入冷卻水腔，使冷卻水系統(tǒng)的壓力升高，壓力表指針和膨脹水柜水位均升高，當(dāng)汽缸排氣后壓力低于冷卻水壓力，冷卻水自裂縫進(jìn)入汽缸大量泄漏，冷卻水壓力急劇降低，壓力表指針和膨脹水箱水位又迅速降低，此外，還可以從冷卻水溫升高，淡水消耗量增加，掃汽箱有水流出，膨脹水箱的透氣管有氣泡冒出和冷水中有油星等現(xiàn)象進(jìn)一步判斷。 2）啟動前進(jìn)行轉(zhuǎn)車和沖車時，輪機(jī)員應(yīng)打示功閥觀察有無水汽和水珠噴出。如有水汽或水珠噴出表明燃燒室零件有穿透性裂紋或噴油器冷卻水漏泄，應(yīng)進(jìn)一步檢查和處理，否者缸內(nèi)積水較多直接啟動就會造成水機(jī)事故。 3）曲柄箱中滑油量不正常增多或滑油中水分明顯增加

13、，或滑又迅速乳化變質(zhì)均表明由于燃燒室部件有穿透性裂紋使冷卻水大量流入。 4）吊缸檢修時，輪機(jī)員應(yīng)認(rèn)真仔細(xì)觀察各個零件如發(fā)現(xiàn)活塞，汽缸蓋和汽缸蓋表面有銹痕，或活塞頂部積水等，說明燃燒室零件有穿透性裂紋。4.4 其他方法在檢修時還可以用熒光法，磁力探傷法，超聲波探傷法，射線探傷法等方法來檢測裂紋。5 汽缸蓋裂紋的修理方法 如果汽缸蓋的裂紋較為嚴(yán)重，比如貫穿性裂紋，或者裂紋在關(guān)鍵部位，或裂紋程度比較嚴(yán)重，就直接更換汽缸蓋。 如果汽缸蓋裂紋不嚴(yán)重或應(yīng)急延長使用，可以根據(jù)不同的環(huán)境選擇不同的修理方法。5.1 無機(jī)粘接劑修補(bǔ)法 這是一種最為簡單的修補(bǔ)方法，在零件工作環(huán)境在500一下可以使用，所以可以用來修

14、補(bǔ)汽缸蓋，由于溫度的限制，在溫度處采用有機(jī)粘接劑。5.2 金屬扣合法 這種方法的特點(diǎn)是保證強(qiáng)度又有好的密封性，與其他方法比最可靠，為了增加密封性可以再裂紋處涂上有機(jī)粘接劑，其效果更好。5.3 鑲套修理法主要用于汽缸蓋進(jìn)排氣閥孔或噴油孔的內(nèi)部修理，采用這種方法修理的汽缸蓋可以用兩年。襯套材料用不銹鋼或者青銅，襯套端部與閥孔底部加紫銅墊加以密封。5.4 焊補(bǔ)法 裂紋短時，鏟去裂紋進(jìn)行焊接修補(bǔ)。 焊接工藝的要求比較嚴(yán)格，比如，焊接前要要對零件進(jìn)行預(yù)熱，焊接后對零件進(jìn)行退火處理5.4 覆版修理法此修理法僅適用于汽缸蓋外表面的修理，可以得到較好的結(jié)果。具體體現(xiàn)在裂紋兩端鉆止裂孔，然后將鋼板覆蓋在裂紋部位

15、上，再用螺釘固定在汽缸蓋上。汽缸蓋裂紋修理后，應(yīng)對冷卻水腔進(jìn)行0.7MPa的水壓試驗(yàn)，以檢驗(yàn)修理質(zhì)量。裂紋微小時應(yīng)采用銼刀，油石或風(fēng)砂輪等工具打磨裂紋處于以消磨，經(jīng)無損探傷或水壓試驗(yàn)檢驗(yàn)合格后繼續(xù)使用，否則繼續(xù)打磨，檢驗(yàn)。若裂紋深達(dá)壁厚的百分之3以上的話，停止打磨改用其他修理方法或予以換新。6 預(yù)防氣缸蓋產(chǎn)生裂紋的措施 為了保證柴油機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，作為柴油機(jī)的重要部件，預(yù)防其產(chǎn)生裂紋更為重要，本文總結(jié)了以下幾條措施。6.1 改善氣缸蓋材質(zhì) 通過改善材質(zhì)來減少氣缸蓋裂紋的產(chǎn)生是一個頗為有效的措施，如缸徑為400mm以下的氣缸蓋通常以灰鑄鐵最為普遍，而缸徑大于400mm時，由于灰鑄鐵經(jīng)不起大變形的長

16、期考驗(yàn)，因而以改用球墨鑄鐵為宜。6.2 氣缸蓋設(shè)計優(yōu)化 如今年來許多中速柴油機(jī)都采用了雙層底氣缸蓋的結(jié)構(gòu)形式，它的設(shè)計觀點(diǎn)是把熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷分開來處理，采用較薄的底板可以提高冷卻效果，降低底板溫差，即用較薄的底板承受熱負(fù)荷，采用較厚的頂面板、中間隔板和圓周壁來提高剛度承受機(jī)械負(fù)荷，這樣使得機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力各得其所。 再如，為減少燃燒室壁上的熱應(yīng)力，缸蓋四周不能箍得太緊，缸蓋與缸套的定位凸肩要留有充分的余地，有如缸蓋閥門的過橋處常易產(chǎn)生裂紋，可在產(chǎn)生裂紋的部位預(yù)先銑去一部分金屬，以減輕應(yīng)力集中程度，從而減少了由于熱應(yīng)力過大而導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的幾率。6.3 加強(qiáng)對氣缸蓋過熱部位的冷卻 在柴油機(jī)投入運(yùn)

17、行前，徹底清洗冷卻水腔，保證水路暢通。控制冷卻水的質(zhì)量，按說明書的規(guī)定控制好冷卻水的溫度、溫差和流量。在柴油機(jī)缸蓋冷卻水道內(nèi)增設(shè)擋水板，加快水流速度，且對水流給以必要的引導(dǎo)，使其定向地沖刷排氣門和噴油器使這些受熱嚴(yán)重的部件得較好的冷卻。避免長時間超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，防止過熱。當(dāng)采用外源驅(qū)動冷卻水泵時，柴油機(jī)停車后不應(yīng)過早停止冷卻水循環(huán)，以避免產(chǎn)生冷卻水“過后沸騰”現(xiàn)象。6.4 輪機(jī)人員的操作管理科學(xué)化。若對柴油機(jī)操作管理不當(dāng)，同樣會導(dǎo)致氣缸蓋產(chǎn)生裂紋。例如，柴油機(jī)冷車啟動或啟動后加速太快都容易產(chǎn)生裂紋。更甚者，輪機(jī)人員在沒有充分暖缸的情況下增加負(fù)荷，急劇調(diào)節(jié)冷卻水量，造成氣缸蓋“激碎”現(xiàn)象。這是由于受

18、熱部件和冷卻液的溫度升高都需要有一個過程，如果加速過快，燃燒室部件就會因內(nèi)外壁溫差過大而產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力，長此下去，就會產(chǎn)生裂紋，因此，輪機(jī)人員啟動主機(jī)前必須充分暖機(jī)，啟動后不可加速太快，待油溫和水溫升高后，方可加至全速，同時還要及時清除冷卻水腔中的水垢和鐵銹9。結(jié)論 氣缸蓋對于船舶柴油機(jī)是一個非常重要的部件的，由于氣缸蓋的工作條件十分惡劣，在正常條件下氣缸蓋出現(xiàn)裂紋是不可避免的。氣缸蓋產(chǎn)生裂紋的原因也是多方面的，只有認(rèn)真對故障進(jìn)行統(tǒng)計分析，在實(shí)際工作中遇到問題應(yīng)從多方面因素進(jìn)行綜合考慮與判斷。本文在分析探討氣缸套產(chǎn)生裂紋的原因的基礎(chǔ)上，提出了在使用和保修中減少船舶柴油機(jī)氣缸蓋產(chǎn)生裂紋故障的處

19、理及預(yù)防措施，有利于減少氣缸蓋的故障，保持柴油機(jī)良好的性能，對于提高船舶柴油機(jī)的整機(jī)壽命和機(jī)械設(shè)備的使用效益有十分重要的意義。而船舶在航行期間，柴油機(jī)氣缸蓋產(chǎn)生裂紋主要是輪機(jī)管理不良所導(dǎo)致。因此，在減少氣缸蓋故障的工作中，提高輪機(jī)人員管理水平，科學(xué)的輪機(jī)管理是關(guān)鍵，嚴(yán)格按照柴油機(jī)的保養(yǎng)程序和使用注意事項執(zhí)行，定期檢查，及時維護(hù)，保證船舶的正常航行。 致謝語本文得到了“金津”輪上的輪機(jī)長和三管輪的耐心指導(dǎo)，他們在資料搜集和構(gòu)建論文寫作的基本思路上給了我很大的幫助，并對本文做了認(rèn)真的修改，對論文的完成起了決定性的作用，還有他們所教于我的做事的信念，做人的道理，當(dāng)是今后人生中的一大財富。另外還要特別感謝批閱該論文的集美大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院的老師，在此向您說一聲“老師，您辛苦了！”最后，對所有曾關(guān)心、支持我的老師和同學(xué)們獻(xiàn)上我最誠摯的謝意。參考文獻(xiàn)1黃少竹.船舶柴油機(jī)M.大連：大連海事大學(xué)出版社，2006.6566.2滿一新.船機(jī)維修技術(shù)M.大連：大連海事大學(xué)出版社，2006.123125.3王錦輝.船舶柴油機(jī)氣缸蓋