轮机维护与修理第8章 柴油机主要零件的检修曲轴的检修

柴油机主要零件的检修
二、曲轴臂距差 1.曲轴臂距差的概念 1)曲轴的变形 运转中的柴油机主轴承高低不等使坐于其上的曲轴产生弹性 变形，整根曲轴的变形为宏观的整体变形，在每个曲柄上的变形 为局部的微量变形。曲柄微量变形是曲柄臂之间的距离在曲轴回 转一周中产生的微量变化。 2)运转中的曲柄 对运转中的曲柄假定: (1)主轴颈与曲柄臂之间为刚性连接，夹角为90º ,保持不变; (2)主轴颈、曲柄销颈和曲柄臂均为刚性件，运转中形状不变: (3)曲柄销颈与两曲轴臂之间夹角α、β不仅相等且变化相同， 即保持α=β。
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封缸的一般具体做法: 1. 停止该缸燃油供应。 2. 为防止润滑油路泄压，封死主轴滑油孔。 3. 拆除该缸摇臂或顶杆机构。 4. 拆除该缸缸头启动阀，并将通入此阀的空气管 路全部闷死。 5. 在封缸运行时，为了防止柴油机其余各缸超负 荷以及船体、机体发生振动，必须减少油门个数， 降低转速。限制各缸排气温度不得超过正常值。 如果某缸运动机件被拆除而振动仍很严重，则应 进一步降速。如因一缸切断供油的增压器发生喘 振，这时尚未停止，则还应降速，直至喘振消除 为止。
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二冲程柴油机曲柄销的磨损情况与四冲程柴油机 相反，即曲柄销外侧比内侧磨损大些。 而其主轴颈的磨损则是远离曲柄销的一侧较大。
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2.曲轴轴颈擦伤与腐蚀的检修
曲轴轴颈表面的划痕、拉毛和擦伤等主要是润滑 油中的机械杂质或磨损产物引起的。轴颈表面的腐蚀 凹坑、锈斑、烧伤等是润滑油中含水分和酸过多产生 的电化学腐蚀或漏电等杂散电流引起的静电腐蚀造成 的。 （1）轻微擦伤 （2）较浅伤痕 （3）较深伤痕
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3）曲柄微量变形、曲轴整体变形与主轴承高低的关系
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△⊥=L上—L下，△_=L左—L右
式中： △⊥、△_——垂直平面、水平平面内的臂距值，mm; L上、L下——曲柄销在上、下止点位置时的臂距值，mm; L左、L右——曲柄销在左、右平位置时的臂距值，mm。1)裂纹较小时采用修磨除去裂纹，并将裂纹部位修整光 洁，与其他表面之间过渡圆滑，最后经着色探伤或磁粉 探伤确认裂纹消失，否则应继续打磨和探伤。当打磨至 规定深度仍有裂纹时，则停止打磨，依具体情况改用其 他办法处理。此项工作应有验船师的监督和认可。 (2)裂纹较深时换新曲轴，组合式和半组合式曲轴可采用 局部换新办法处理。 (3)曲轴断裂采用换新曲轴办法。如果航行中曲轴断裂， 尤其是主柴油机曲轴断裂应采用应急焊接修理。设法将 断裂曲轴焊接成一体维持柴油机运转，抵达港口后再进 行彻底修理。
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4）测量臂距差目的
目的:了解和控制曲轴的变形和主轴承的磨损状况，以防止 曲轴的疲劳破坏。
在轮机管理中轮机员应重视主、副柴油机曲轴臂距差的 变化，按照要求定期检测、分析，使臂距差值控制在说明 书或规范的极限值以内，把曲轴变形控制在弹性变形范围 之内，切勿产生塑性变形。 曲轴臂距差值关系到曲轴的使用寿命。
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(1)一次装表完成全部测量 未装活塞运动装置:测量0º 、 90º 、180º 、270º 四个位置的 臂距值可自其中任一位置装 表完成全部测量； 已装活塞运动装置:测量0º 、 90º 、165º 、195º 、270º 五个 位置的臂距值，自195º 位置 装表完成全部测量。 (2)柴油机正车回转进行测量 测量曲轴臂距差应按柴油机 正车运转方向进行，使测量 值符合实际情况，精度高。
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2）曲轴红套滑移 组合式或半组合式曲轴的主轴颈与曲柄臂套合处相对位置 发生错动的现象称为曲轴红套滑移。 曲轴红套滑移将直接影响滑移曲柄以后的各缸的定时、燃 烧和功率。滑移方向即滑移曲柄相对主轴颈转动的方向不同 将使曲柄夹角增大或减小。 曲轴红套滑移主要由于曲轴受到过大的冲击扭转作用。
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3) 曲轴红套滑移的检查 曲轴发生红套滑移时的征兆：柴油机气缸定时不正，严重 时有后燃、冒黑烟现象；柴油机剧烈振动；停车后再不能起 动等。 在船上，轮机员可把红套时所划的曲柄臂中心线(即曲柄对 称线)或曲柄臂上的安装拐档表的冲孔作为检查红套滑移的标 志，检查它们相对主轴颈纵向垂直平面位置的变化便可确定 滑移的方向和角度。 4) 曲轴红套滑移的修理 (1) 航行中曲轴发生滑移时，若滑移角度不大，可重新调整 定时降低负荷运转，待到港后进行修理。 (2) 滑移不重时在港进行原地修理。采用加热曲柄臂(如用氧 乙炔焰)或用冷却主轴颈(如用液氮、液氢)的方法，并同时对 曲柄臂施加扭矩使之反向转动滑移角度后复位。 (3) 进厂修理采用更换主轴颈和重新进行红套修复。
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2.曲轴臂距差的测量
1)测量点 2)测量条件与要求 (1)在柴油机冷态进行测量。 柴油机热态是指停机时的状态。柴油机停机后立即测量，机 件热态使臂距表的测量值不准确，且随着温度的不断降低先 后测量时的温度影响不同，测量值不稳定。 (2)夜间、清晨或阴雨天气时测量 海水，气温直接影响船 体变形，进而影响曲轴臂距差值。轮机员测量曲轴臂距差时 应注意环境温度的影响，避免船舶在大阳暴晒下测量。 (3)船舶装载条件相同的情况下测量 船舶装载条件不同船体 变形不同，如空载与满载时的曲轴臂距差不同。为便于比较， 应在相同的装载条件下进行测量。通常新造船舶和修理船舶 都在空载条件下测量臂距差。
在水平平面内:△-= L左—L右>0，即△-=(+) △-= L左—L右<0, 即△-=(-)
结论:在水平平面内，当曲柄的两个主轴承位置偏右，曲轴轴线呈右弧 线弯曲，即呈"）"形时，该曲柄的臂距差值为正值;当曲柄的两个主轴 承偏左，曲轴轴线呈左弧线弯曲，即呈"("形时，该曲柄的臂距差值为 负值。
曲轴臂距差值的大小表明曲轴弯曲变形的程度; 臂距差值的符号表明曲轴轴线弯曲变形的方向。
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3.曲轴裂纹与断裂的检修 1）裂纹的检验 中国船级社的(规范》中规定，锻钢和铸钢的曲轴毛坯 进行无损探伤检验。 曲轴锻钢件所有加工表面均应进行磁粉检验，按严格检 查整锻曲轴的主轴颈、曲柄销颈与曲柄臂连接处过渡圆角， 半组合式曲轴的曲柄销颈表面、曲柄销与曲柄臂连接过渡 圆角处。 曲轴锻钢件还应进行超声波检测。曲轴铸钢件应进行超 声波探伤，曲轴所有表面均应进行磁粉探伤，在最终热处 理和精加工后分别进行。 对于新购成品曲轴或修理的曲轴依具体情况进行着色探 伤、磁粉探伤或超声波探伤，以检查曲轴表面和内部的缺 陷状况，
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4. 曲轴红套滑移的修理 1）曲轴红套 红套又称热套，是实现零件过盈配合的一种工艺。利用金 属材料的热胀冷缩的特性把轴和孔牢固地连接在一起。 大型柴油机的曲轴为全组合式或半组合式，采用红套工艺 把主轴颈，曲柄销颈分别与曲柄臂或主轴颈与曲柄连接成一 体。曲轴红套工艺是把曲柄臂上小于轴颈直径的孔加热，使 孔胀大超过轴的直径，将轴顺利地插入孔中，待冷却后孔径 收缩恢复原值而与轴颈牢固地连接在一起。 曲轴红套时应保证以下技术要求： (1) 曲柄间轴向距离(即主轴颈的长度)和曲轴轴向长度应 符合图纸要求； (2) 曲柄夹角符合要求； (3) 主轴颈与曲柄销颈的平行度符合要求。
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在垂直平面内：△⊥= L上—L下>0，即△⊥=(+) △⊥= L上—L下<0, 即△⊥=(-)
结论:在垂直平面内，当曲柄的两个主轴承较低，曲轴轴线呈塌腰形或 下弧线弯曲，即呈“∪”形时，该曲柄的臂距差△⊥为正值:当曲柄的 两个主轴承较高，曲轴轴线呈拱腰形或上弧线弯曲，即呈“∩”形时， 该曲柄的臂距差△⊥为负值。
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图 四冲程柴油机曲轴轴颈的磨损
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对四冲程柴油机来说，曲柄销的内侧(近曲轴轴心线 的一侧)的磨损比外侧（远离曲轴轴心线的一侧)为大，如图 所示。出现这样的磨损特征是由于四冲程柴油机工作时， 气缸在工作行程中所产生的压力仅占一个循环中总平衡力 的20％左右，此压力由连扦传至曲柄销时使曲柄销外侧磨 损；而在其它三个行程中，连杆大头所产生的惯性离心力 却起着主要作用，它逼使连杆有与曲柄销脱离的倾向，并 经常地压向曲柄销的内侧。故曲柄销的磨损主要是由于不 等速运动部分的惯性力引起的摩擦力所造成的。可见曲柄 销的内侧磨损比外侧要大些。 对于主轴颈来说，根据作用力与反作用力恒等的原理， 其受力方向与曲柄销相反。所以，主轴颈在靠近曲柄销的 一侧磨损较大。
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4）曲轴臂距差标准
(1)柴油机说明书 曲轴臂距差随柴油机机型、结构、尺寸和计算方法不同而 异。各类柴油机说明书中均对其曲轴臂距差测量方法、安 装值和极限值有明确规定。 MAN_B&W型柴油机测量点在{(S+D)/2-10}mm处的标准。 (2)中国船级社规定 在《海上营运船舶检验规程》(1984)中规定了曲轴臂距差 测量点在(S十D)/2处。 (3)中国修船标准 《中华人民共和国船舶行业标准》CB3364-9l、CB/T354494分别对船舶副柴油机和船舶主柴油机曲轴臂距差作出规 定。
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第七节
曲轴的检修
作用：是把活塞的往复运动变成曲轴的回转运动,汇集并 输出各缸功率等。
主要损伤:磨损、腐蚀、裂纹和断裂、红套滑移等 (曲轴的变形和断裂可通过测量曲轴臂距差)
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一、曲轴损伤的检修 l.曲轴轴颈的磨损检修 1)曲轴磨损的测量 2)曲轴磨损的修复 (1)修理尺寸法 (2)恢复尺寸法
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1.分析法 利用臂距差、轴线状态和轴承位置的基本关系，分 析判断主轴承高度。 臂距差Δ⊥>0，表明该曲柄轴线呈塌腰形状态，两 主轴承低于相邻轴承; 臂距差Δ⊥< 0，表明该曲柄轴线呈拱腰形状态，两 主轴承高于相邻轴承。
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2.桥规法
测量基准:桥规值是将桥规置于机座上平面上，桥规的测 量基准面至所测主轴颈的距离。 工具:桥规 方法: ① 测量前，拆去主轴承上盖、上瓦等，清洁主轴颈和机 座上平面，按说明书要求的位置或按上次测量时曲轴 的位置，即将曲轴首（尾）曲柄转至上止点位置进行 测量，或使所测主轴颈相邻曲柄销分别在0º 、90º 、 180º 、270º 四个位置进行测量，取其平均值。 ② 测量时，将桥规置于机座上平面并紧贴，用塞尺测量 桥规基准面与主轴颈之间的距离。柴油机出厂时的桥 规值在一定时间内有效，当换新主轴瓦或机座变形修 理后应重新测定桥规值。
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封缸的一般具体做法:
6. 封缸运行的柴油机，为了避免发生停车后 机动操纵时不能重新启动的紧急情况，应事先 与驾驶台联系，要求将启动次数限制到最低的 程度。 7. 当柴油机停车后万一被封的一缸正处在启 动位置而不能起动时，应迅速进行换向操作， 换向完毕后立即进行瞬时冲车，使该缸曲柄迅 速转过原启动位置，再进行换向、起动，迅速 地完成紧急情况下的起动操纵。
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3）利用桥规值作垂直平面内的曲轴轴线状态图
桥规值反映了曲轴各道主轴颈相对于机座上平面的位置，即反映了整根曲 轴的轴线相对于机座上平面的状态。 利用桥规值作出垂直平面内的曲轴轴线状态图。 作图步骤： (1)首先画一水平线oo，代表机座上平面， (2)在oo线上等距画出垂线1，2，·· ·，8，代表各道主轴颈(或主轴承)的中 · 线; (3)分别在各道主轴颈中线上自oo线向下截取相应的桥规值长度a1， a2，·· 8，连接各线段的端点，即得到垂直平面内的曲轴轴线状态图。 ·，a · 从图中可看出曲轴轴线状态和各道主轴承的高度，其中第六道主轴承位置 较低，说明该轴承下瓦磨损严重;第七道主轴承位置较高，其下瓦磨损轻 微。通过拂刮位置较高轴承的下瓦和更换磨损严重的轴承下瓦来调整曲轴 轴线状态。
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3.影响曲轴臂距差的因素 1)主轴承下瓦的不均匀磨损 2)机座变形和下沉 3)船舶装载的影响 4)活塞运动装置和爆发压力的影响 5)飞轮的影响 6)轴系连接误差的影响
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三、主轴承高度的判断
1.分析法 2.桥规法 3.臂距差法 1)经验判断法 2)简单作图法 3)MAN-B&W型柴油机作图法