柴油机主要零件的检修

第八章柴油机主要零件的检修§8-1 气缸盖的检修气缸盖是柴油机的固定件和燃烧室的组成部分。

气缸盖上安装着喷油器、起动空气阀、安全阀和示功阀等。

筒状活塞式柴油机缸盖上还装有进、排气阀，二冲程直流扫气式柴油机气缸盖上装有排气阀。

此外，气缸盖内部有各种气道和冷却水空间。

其结构复杂，孔道较多，壁厚不均匀；工作条件恶劣；高温，高压，腐蚀，机械应力集中，热应力集中。

损坏形式：底面和冷却面的裂纹、腐蚀，气阀座面和导套的磨损。

1 气缸盖裂纹检修1.1 裂纹部位：1）气缸盖底面裂纹（热疲劳、高温疲劳和蠕变疲劳），产生在阀孔的过渡圆角处，即有应力集中之处，且沿径向扩展；Sulzer老式型柴油机RD、RND气缸盖裂纹大多发生在中央小缸盖底面上喷油器孔、起动阀孔和安全阀孔四周的过渡圆角处，且沿径向扩展；在大缸盖底面上产生圆周向裂纹，如图8-1所示。

新式气缸盖多为钻孔冷却，冷却效果好，一般较少产生裂纹。

船用四冲程柴油机气缸盖底面积小但孔多，气缸盖的强度被严重削弱。

所以在进、排气阀孔和喷油器孔等孔之间、阀座面上容易产生径向裂纹，且大多自中央喷油器孔向其它阀孔扩展，如图8-1所示。

2）气缸盖冷却侧裂纹（最大爆发压力的作用），在冷却水道的环形筋的根部应力集中产生裂纹，并沿圆周方向和向触火面扩展，导致缸盖裂穿漏水或在阀孔壁上开裂。

1.2 气缸盖裂纹检验：1）按照CCS要求，5年一次的特检；其中对柴油机气缸盖及其阀件等进行打开检验；2）按照主、副柴油机说明书维修保养大纲的要求进行检修气缸盖及其阀件等；3）新造或修理的气缸盖，以及在航行中有以下异常现象发生时：气缸或活塞冷却水压力表指针波动或膨胀水箱水位上下波动；冷却水温升高，淡水消耗量增加，扫气箱有水流出；膨胀水箱的透气管有气泡冒出和冷却水有油星；起动前进行转车和冲车时，打开示功阀有水气或水珠喷出；曲柄箱或滑油柜中滑油量不正常增多，滑油迅速乳化变质；吊缸时，活塞、气缸套、气缸盖工作表面有锈痕，或活塞顶部积水。

1.3 裂纹产生原因：根本原因：是气缸盖产生热疲劳、机械疲劳、高温疲劳；直接原因：是轮机员操作管理和维护保养不当——柴油机冷车起动或起动后加速太快；频繁起动、停车和长时间超负荷运转；冷却和润滑不良或中断、停车后立即切断冷却水；没有定期吊缸检修，及时发现问题；冷却水没有投药处理或处理不当；安装气缸盖时，螺拴预紧力不符合说明书要求或各螺拴受力不均匀。

1.4 气缸盖裂纹的修理：气缸盖上的穿透性裂纹和关键部位的严重裂纹都必须采用换新办法处臵。

如果船上无备件则只能采用封缸办法，实行减缸航行的应急措施。

为了延长气缸盖的使用寿命，需对缸盖上的裂纹进行修理。

修理前先进行无损探伤查明裂纹的部位、尺寸和深度等，然后再依此和缸盖材料、结构选用下列不同的修理方法。

1）裂纹微小时采用挫刀、油石或风砂轮等工具打磨裂纹处予以消除，经无损探伤或水压试验检验合格后继续使用。

否则，继续打磨、检验。

若裂纹较深达壁厚的3％以上时，停止打磨改用其它方法修理或报废换新。

2）金属扣合法：可修理气缸盖底面和其他部位的裂纹，不仅保证零件的强度要求，还可满足密封性要求。

3）焊补：当裂纹较小时先铲去裂纹再焊补。

为了获得良好的焊补质量，应制订严格的焊补工艺和选用合适的焊补方法。

4）镶套修理：对于孔壁上的裂纹，如气缸盖上的进、排气阀孔和喷油器孔的裂纹采用镶套修理，如图8-2所示。

此法效果好，可使零件继续使用2年以上的时间。

衬套的材料一般为不锈钢或青铜，衬套端部与阀孔底部间垫以紫铜垫片以增强密封性。

5）胶粘剂修理：对于气缸盖、气缸套上的裂纹或铸造缺陷（砂眼），依其部位和工作条件选用有机或无机胶粘剂进行修理。

6）覆板修理：用于修理气缸盖外表面裂纹，修理时先在裂纹两端钻止裂孔，涂胶粘剂（如环氧树脂）后将钢板覆盖其上，用螺钉将钢板固紧在气缸盖上。

以上修理气缸盖裂纹的方法亦可用于修理其它有裂纹的零件，应依零件的具体情况选用。

修理后，对有密封性要求的零件进行液压试验以检验修理质量。

例如，对气缸盖进行0.7MPa压力的水压试验。

2 气缸盖气阀座面的检修损坏形式——气缸盖上的进、排气阀长期工作使阀座面产生磨损、烧伤和高温腐蚀，破坏了阀与阀座的密封性，并影响柴油机的工作性能。

2.1 磨损检修：气阀座面磨损后阀线变宽、中断、模糊，气阀关闭不严，产生漏气。

1）原因：高温下气阀座面不断受到冲击，气阀座面金属产生塑变和拉毛；高压下阀与阀座的配合面有微小相对运动，产生磨损，配合面间有杂质时磨损更严重。

2）修理：在船上条件下，大型低速柴油机气阀磨损用随机专用磨床研磨修复，座面亦用专用工具研磨。

中、高速柴油进、排气阀与阀座的配合面磨损后亦采用研磨修复。

对于铸钢气缸盖阀座面磨损严重时，允许采用堆焊修复。

中、小型柴油机气阀配合面磨损较轻时采用互研：将气缸盖拆下，底面朝上放于平地上，气阀插阀孔中，用橡皮碗吸住阀盘底平面，并在配合面阀间放人少量研磨剂或机油进行互研；阀座面磨损较重时机械加工座面或更换座圈后再与阀互研。

并在互研后进行密封性检查：⑴铅笔划线法；⑵敲击法；⑶煤油渗透法2.2 烧伤、腐蚀检修：烧伤和腐蚀大多发生在排气阀座面上，阀座面产生麻点、凹坑，甚至局部烧穿。

1）原因：主要是由于座面的变形、磨损、积炭和座面裂纹等引起气阀关闭不严，高温燃气漏泄；阀座过热和金属烧损；燃用重油发生高温钒腐蚀。

2）修理：阀盘锥面上的腐蚀和烧伤的麻点、凹坑可机械加工消除，然后用专用磨床修磨，或采用堆焊、喷焊工艺修复。

阀座面的腐蚀、烧伤可机加工或手工铰削，也可进行堆焊、喷焊。

损伤严重时应更换座圈。

修复后气阀与阀座配合面上的阀线宽度应符合表8-1规定。

§8-2 气缸套的检修结构：大型二冲程柴油机采用长冲程直流扫气，气缸套较长，中下部有一圈气口。

工作条件：气缸套上部内表面组成燃烧室，高温、高压、腐蚀；受活塞摩擦和侧推力作用；外圆表面与气缸体内壁组成冷却水腔，受到穴蚀和电化学腐蚀。

损坏形式：内圆表面的磨损、腐蚀、裂纹和拉缸；外圆表面的穴蚀和裂纹。

根据中国船级社对营运船舶保持船级的特别检验要求，对船舶主、副柴油机气缸套进行打开检验；柴油机说明书维修保养大纲要求8000h对气缸套进行检修一次，此外每当吊缸时均应检测气缸套的磨损情况。

1 气缸套磨损检修新造气缸套内孔具有一定的尺寸精度、几何形状精度和粗糙度等级。

一般几何形状的加工误差，如圆度误差和圆柱度误差应在0.015~ 0.045mm以内，粗糙度在Ra0.4μm~Ra1.6μm之内。

气缸套安装到气缸体上后几何形状误差增大，圆度误差和圆柱度误差应控制在0.05mm以内。

柴油机运转时，活塞运动部件在气缸套内作往复运动使气缸套内圆表面产生不均匀磨损，壁厚减薄，圆度、圆柱度误差增加。

当气缸套磨损量超过（0.4%~0.8%）D（缸径）时，燃烧室就失去密封性，所以轮机员要按说明书的要求对气缸套的磨损进行检测，掌握气缸套的磨损情况，防止发生过度磨损。

气缸套内孔磨损标准如表8-2所示。

大型低速柴油机铸铁气缸套的正常磨损率小于0.1mm/kh，镀铬气缸套正常磨损率在0.01～0.03 mm／kh范围之内。

1.1 气缸套内圆表面磨损测量1）工具：内径千分尺、内径百分表或随机专用内径百分表，测量气缸套内径，计算出圆度、圆柱度或内径增量和磨损率，并与有关标准比较判断能否继续使用。

2）测量部位：同一横截面上首尾方向和左舷方向，气缸套纵向沿随机测量定位样板的定位孔，如图8-3所示。

中、小型四冲程筒状活塞式柴油机如无测量定位样板又无明确规定时，可参照以下四个位臵进行测量：（1）当活塞位于上止点时，第一道活塞环对应的缸壁位臵；（2）当活塞位于行程中点时，第一道活塞环对应的缸壁位臵；（3）当活塞位于行程中点时，未道刮油环对应的缸壁位臵；（4）当活塞位于下止点时，未道刮油环对应的缸壁位臵。

除以上四点外，可依缸套长短和要求在气缸套适当部位增加测量点。

大型二冲程柴油机气缸套磨损测量部位一般在说明书中均有明确规定和随机测量定位样板。

测量时，只需将样板分别安装在气缸套首尾和左右方向即可依样板上定位孔测量各截面上相互垂直的2个直径。

图8-4为Sulzer RTA38/48型二冲程柴油机气缸套测量位臵和样板。

表8-3为MAN-B&W MC/MCE型柴油机气缸套磨损测量点的位臵，依此测量各点的直径或依此制作测量定位样板。

3）记录与计算：求出各截面的圆度并找出最大圆度；计算首尾、左右舷两个纵截面的圆柱度并找出最大圆柱度；计算内径增量。

与上一次测量比较，确定两次测量的间隔时间以便计算出这一段时间内缸套的磨损率。

将计算出的最大圆度、最大圆柱度或最大内径增量与说明书或标准比较，进而确定磨损程度。

1.2 气缸套磨损的修复当气缸套磨损量不大，未超过说明书或标准，只是内圆表面有轻微拉痕或擦伤时，可在船上由轮机员自修：1）轻微拉痕用粗粒度金刚砂磨石或砂纸打磨（与水平成20°～30°交叉打磨）形成交叉痕迹，拉痕也不必完全除去。

2）较大擦伤和缸套上部的磨台可镗缸消除；当擦伤较轻（深度< 0.5 mm）时用油石、锥刀、风砂轮等手工消除。

气缸套过度磨损或超过说明书或标准时，应拆下缸套送船厂修复，主要方法有：1）修理尺寸法：首先在保证缸套壁厚强度的前提下镗缸，消除内圆表面几何形状误差和表面拉痕、擦伤、磨台等，然后依镗缸后的直径配制新的活塞组件，恢复气缸套和活塞之间的配合间隙。

2）恢复尺寸法：首先镗缸消除几何形状误差和表面损伤，根据缸套要求增加的厚度值选用镀铬、镀铁或镀铬十镀铁，也可以采用喷涂工艺，恢复气缸套原有缸径和气缸套与活塞之间的配合间隙。

气缸套修复后装机正常运转前必须进行磨合运转，按说明书或视修理状况进行。

※气缸套修复后装机正常进行前必须磨合运转。

2 气缸套裂纹的检修在大缸径、强载的中、低速柴油机的气缸套中是常见的损坏形式。

气缸套裂纹大多数由于热疲劳和机械疲劳破坏造成。

引起疲劳裂纹的原因与缸套的结构、材料、毛坯缺陷及维护管理等有关。

在船上工作条件下往往维护保养不良管理不当是产生裂纹的直接原因。

一般来说，缸套裂纹总是发生在结构设计不合理、强度较差和有应力集中的部位。

常见的缸套裂纹部位主要有：2.1 气缸套冷却侧裂纹在气缸套外表面上部支承凸缘的根部多发生周向裂纹，严重时扩展伸人到缸套内表面，即裂穿，甚至整个圆周上裂纹连通，造成支承凸缘以下部分缸套脱落的严重事故，如图8-5a）所示。

例如国产9ESDZ43/82型柴油机、B&W型高增压柴油机气缸套均有此种损坏。

产生裂纹的原因多为设计不合理，如图8-5a）即是由于设计时支承力点布臵不当致使缸套受力后在支承凸缘的根部产生过大的弯曲应力，加上凸缘根部圆角处的应力集中，使缸套不可避免的产生裂纹。