书城工业船舶动力装置故障诊断技术
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第6章 船用柴油机故障 (6)

(5)消声器安装的位置不对,致使排气阻力增大。

6.排气管内有水

(1)汽缸盖水道处炸裂。

(2)汽缸盖垫片损坏,与水道相通。

(3)汽缸套裂纹,缸套下垫太薄或损坏渗漏。

(4)喷油器孔密封圈、垫片损坏,漏水。

(5)水夹层排气管有裂纹或被水击穿。

(6)外接水夹层排气管年久失修,出现裂纹、蚀孔、焊裂。

7.排气管内有油

(1)个别喷油器漏油、滴油、雾化不良。

(2)个别或整体喷油时间过迟,在排气管内燃烧余油。

(3)机油压力太高,进入缸盖罩壳内的机油太多,机油窜入汽缸内排入排气管。

(4)气门杆未装置气门油封,进气开启时机油被吸入汽缸,随排出气体排入排气管。

8.外接排气管的安装特点

柴油机外接排气管设计、安装是否合理,直接影响它的输出功率。对外接排气管的设计、安装应注意四个问题:一是排气管长度应尽量缩短,弯度变化应平缓,忌用90°的急弯;二是排气管内壁光滑,无凸凹现象;三是排气管的截面积选取要适当,选取太小会使排气阻力增加,太大则浪费材料,增加重量,占据船体空间;四是自制消声器的排气管排气阻力要小。

(1)外接排气管内壁要光滑,少用急弯

选用排气管时应注意内壁光滑,内壁腐蚀严重、凸凹较多的不可用。安装排气管时弯头应尽量少,因为管道中的弯头会带来额外损失,如每个90°的急弯会增加动压1/4的摩擦损失。此外,外接排气管都是用切割和焊接方法弯制成形的,内壁粗糙,凸凹甚多,难以保证光滑的要求。在柴油机排气通路中,任何一处存在阻力或不畅通都会造成排气阻力增加,泵气损失递增。

(2)外接排气管的截面积选取

外接排气管内径的选取在实际工作中有两种方法:一是按外接排气管口的直径选取。但应注意,外接排气管长度为1~1.5 m的可用此法;外接排气管长度大于1.5 m时不可采取此法。"水运7号"轮为6135AG型柴油机,外接排气管总长度4.5m,按上述方法选取。在拖载200t货、主机转速为1462r/min时,排气冒黑烟,当即拆除2.5m排气管,主机转速增至1489r/min,黑烟减少,后来在拖载的任何情况下观测主机转速都要增加18~27r/min。这说明外接排气管过长,排气阻力增加,应增加内径补偿。根据实践得知,外接排气管长度为1.5~8m,外接排气管内径应按外接排气管口径的1.1~1.3倍选取,增压柴油机按1.2~1.4倍选取;另一种方法是按下式计算外接排气管口的截面积f:

f=K[j·h·cos α(D+h·sin α·cos α)]

式中:j--排气门数目;

h--排气门开启时最大升程,mm;

α--排气门阀面锥角,一般取45°~60°;

D--排气门直径,mm;

K--系数,外接排气管长1.5 m,取值K=1.2~1.3,每增加长度1m,其取值也增加0.1。

小型船舶外接排气管的安装大多是将排气管直立向上通过顶篷甲板伸出或从后舱主甲板下伸至船尾,一般长度是2.5~5m,也有的为6~8m,这样长的外接排气管在安装时内径选取太小会使气流阻力增大,废气残余量增加,造成柴油机有效功率下降,油耗增加。

(3)降低自制消声器的排气阻力

消声器是为了减弱排气时的冲击声,在选取它的结构和尺寸时,既要消声,又不能增加太大的排气阻力。如果在排气系统中安装精心设计和匹配合理的消声器,不但不会降低功率,反而会因排气管内的压力波动效应使功率提高。通过实践证明,小型船舶可采用圆筒直通式消声器,消声器直径是外接排气管直径的4~5倍,长度是其直径的2倍,常装在外接排气管出口处,并以渐扩型喇叭口与消声器相连。

(4)外接排气管处要安装膨胀接头

不论是增压或是非增压柴油机的外接排气管处都应安装膨胀接头,以防振动损坏增压器或排气管连接螺栓。膨胀接头可利用厚壁钢管、缸套台肩段、活塞环等,以排气出口直径配车,其气环的轴向间隙为0.13~0.20mm,开口间隙为0.75~0.95 mm,缸套与厚壁管的间隙为0.4~0.5mm,安装3道气环。与排气管用螺栓连接,也可以在专卖店根据尺度购置波纹管或膨胀管接头。

三、增压器

1.增压器漏气、漏油

(1)密封环磨损或折断、粘住。

(2)回油管阻塞、变形。

(3)浮动轴承及止推轴承端面磨损,漏油。

(4)废气在增压器前端泄漏。

2.增压器进气量不足

(1)空气滤芯粘上污物或阻塞。

(2)空压机气流通道阻塞或不畅。

(3)柴油机的进气道漏气。

(4)吸入的空气稀薄。

3.增压器有异响声或振动

(1)压气机喘振。

(2)压气机通道粘上污物。

(3)气体通道狭窄,致使空气机排气不畅或阻塞。

(4)密封环积炭,烧坏卡死。

(5)轴承损坏,使叶轮与固定件碰擦。

(6)叶轮松动或损坏。

(7)叶轮匹配不当。

4.增压器涡轮转子轴不转动

(1)漏油引起油胶或积炭。

①轴承间隙磨大。

②吸气阻力增大。

(2)轴承烧坏。

①润滑油不足或油管进油不畅、阻塞。

②机油过脏。

③机油温度太高。

④转子动平衡破坏。

⑤装配不当。

⑥突然启动或停车。

(3)转子碰擦或损坏。

①超速超温工作。

②有异物进入。

③轴承磨损严重。

④增压器工作年久变形。

⑤排气管变形或转子轴弯曲。

第六节 配气机构和缸盖

柴油机的配气机构是由配气凸轮轴、挺柱、推杆、摇背、气门等驱动控制,与汽缸盖配合,形成燃烧室。

一、凸轮轴常见故障

1.凸轮磨损严重,造成凸轮下凹,致使整根凸轮不在一条线上,配气定时错误,排气冒黑烟。

2.凸轮轴键槽损坏,键变形。

3.凸轮轴传动齿磨损严重,齿隙扩大。

4.凸轮轴弯曲、变形。

5.轴套磨损、松动。

6.凸轮轴隔圈与推力轴承端面磨损间隙增大,致使凸轮轴前后窜动。

7.油道阻塞失油,凸轮轴与轴套卡死。

二、气门漏气

1.气门间隙调节太小,使气门受热后关闭不严,漏气烧损。

2.气门与座圈积碳太多,关闭不严。

3.气门杆与导管间隙过大,使气门左右摆动。

4.气门弹簧折断或弹力不足。

5.未装置气门油封,使机油沿气门杆、气门座进入汽缸,造成严重积碳。

6.喷油时间太迟,致使温度过高导致气门与座严重烧损。

7.气门与座严重磨损或烧缺。

三、气门卡住

1.喷油时间太迟,致使温度过高,导致气门杆与导管无油润滑干摩擦。

2.喷油压力太低,使喷油嘴雾化不良。

3.气门座烧损,高温气体侵蚀。

4.气门弹簧折断或无弹力。

四、气门严重积炭

1.柴油机使用的柴油胶质太多,在高温作用下,黏附在气门杆上积炭。

2.喷油嘴雾化不良或滴油,造成积炭。

3.油浴式空气滤清器,机油添加过多,机油吸附在气门上积炭。

4.气门导管磨损成喇叭口或椭圆形,机油从此处进入形成积炭。

五、气门烧损

1.气门间隙调节太小,使气门与座密封不严造成漏气,在高温气体的作用下烧坏气门与座。

2.气门弹簧折损或弹力减弱。

3.气门座接触锥面铰得太宽,使气门关闭不严烧损。

4.气门杆或推杆弯曲、变形。

5.活塞顶撞气门。

六、气门推杆弯曲、变形

1.推杆强度不够,空心推杆管壁厚度不够。

2.气门或推杆制造质量太差。

3.挺柱导筒凹处有杂物顶住推杆。

4.活塞顶撞气门。

5.气门间隙过小或调整错误,造成无间隙工作。

6.汽缸盖型号搞错。

7.气门、摇背、摇背座不合型号。

8.配气凸轮轴弯曲。

七、气门常见故障特征与原因

1.气门弯曲、断裂

(1)特征:气门锁槽部位完好,气门杆弯曲,气门颈部折断。

(2)原因:①气门锁夹选用不当、安装不良或受强烈震动冲击,使气门锁夹脱落,气门掉入汽缸。②气门弹簧折断,使气门掉入汽缸。

2.气门顶撞折断

(1)特征:气门顶撞活塞,在活塞顶部留下气门盘直径大小的坑,盘面无积碳,活塞损坏或破碎。

(2)原因:定时齿轮装错或滚键,正时齿轮过度磨损,凸轮轴凸轮磨坏,致使配气相位紊乱或不正确的气门间隙调整。

3.气门颈部断裂、盘部掉入汽缸

(1)特征:气门杆单边磨损严重,气门与座偏磨,呈现明显的疲劳断口。

(2)原因:气门落座不正,由交变弯曲应力引起,其主要原因如下所述。

①气门导管与气门杆间隙过大。

②气门座口与气门导管不同心。

③气门座松脱。

④气门间隙过大。

⑤柴油机超速、超负荷。

⑥其他原因使气门受到撞击。

4.气门盘缺块

(1)特征:气门杆、导管、气门座面偏磨,气门杆端与摇背接触位置不正。

(2)原因:由于摇背与气门杆端接触不正产生侧推力,导致气门落座时局部冲击力过大引起掉块。

5.气门盘部裂开

此种损伤是由于气门过高的热应力和机械负荷引起。柴油机过载、负荷过大及不正常燃烧引起气门变形。当气门落座时造成机械过载,如此反复冲击使盘部裂开。

6.气门锁夹槽断裂

(1)特征:锁夹槽部断裂,因锁夹接触部位可见明显的啮伤痕迹或在杆端可见与摇背接触偏向一边。

(2)原因:①锁夹与气门锁夹槽形不合。

②两片锁夹不配对,与气门弹簧上座不正。

③摇背与气门接触处偏差大,气门杆端受到侧向推力。

④气门弹簧两端不平行或弹簧因不直而偏斜。

7.气门座接触面与边缘烧损。

气门与座密封不良漏气引起烧损;柴油机过热引起气门变形;更换的气门研磨质量太差;气门间隙过小;弹簧折断或弹力不足;气门积炭发卡。

八、船用柴油机气门免磨工艺

船用柴油机进气和排气是靠气门开启和关闭完成的,而气门密封作用好坏又是由气门与座的工作面决定的。柴油机工作时由于高温高压及燃烧的腐蚀作用,工作表面会出现烧蚀、沟槽、斑痕,致使气门密封不良,造成柴油机启动困难、功率下降、耗油增多、排气冒黑烟等。要恢复气门正常工作,保证有足够的密封性,必须对气门与座进行处理。

柴油机被广泛用作船舶主机、辅机有近百年历史,大都靠传统工艺来恢复气门与座的密封性,即采用气门研磨砂或研磨剂涂抹在气门与座的接触面,然后用皮碗吸附气门平面,将气门提起与座迫击和旋转。这种工艺有三个弊病:一是费时费工,增加了船舶维修期和维修费;二是研磨过程中气门杆与导管互相摩擦,再加上迫击时飞溅的研磨砂,均会加速杆与导管磨损,造成气门座口与导管不同轴程度增大,影响其密封性,致使漏气窜油;三是气门座有深痕、失圆度较大,特别是自带气门座的汽缸盖研磨时间过长,会使其接触面互相被切割形成凹槽,缩短气门与座的密封寿命。由上述可看出,传统的工艺必须改变。这里介绍一种行之有效的气门免磨工艺。

1.气门座的处理

船用柴油机气门有两种:一种是汽缸盖自带气门座;一种是可换气门座。铰削气门座之前必须对气门、气门座、导管仔细检查和清洁,以免影响铰削质量。若是气门杆与导管间隙太大,必须换新进行铰削。

自带气门座与旧气门配合应按原始角度铰削,新换气门应按气门角度铰削。若是烧蚀、凹痕严重,用平铰刀铰削平面,保持进气门座宽度1~1.3mm,排气门1.3~1.8mm。气门座铰削过低,则应更换新气门来保持燃烧室容积不变。

可换气门座同样应按气门原始角度进行铰削,若是烧、凹痕严重应换新,其新气门座的铰削宽度为0.8mm,排气门为1.0~1.2mm。气门座铰削一定程度后要进行精铰,精铰时用锋利铰刀,用刀轻而平稳均匀。铰削难免出现气门座口形位偏差、光洁度不足和细微棱角,因此铰削后的气门座必须进行修整、抛光。有条件时可采取气门座抛光机进行修整与抛光,若无此设备,可用两张"00"号砂布,有布的一面安放在同角度铰刀上,有砂的一面朝座口,轻微旋转铰刀数转以代砂磨。然后用同角度气门,杆上涂少许机油,压在此砂布上,用电钻夹住活动螺丝批对准气门面口,开动电钻旋转以代抛光,其粗糙度Ra可达到1.25~5。

2.气门的处理