1、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。触火面为热压应力，冷却面为热拉应力。为零。触火面为压热应力，冷
2、却面为拉热应力。热应力与部件壁厚成正比，即壁厚愈大，热应力愈大。 由机械应力和热应力可知：因而从降低机械应力的角度看，应使增大，但热应力与部件壁厚成正比，因此增大，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
3、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，频率较低。二、气缸盖1作用：（1）组成燃烧室（2）安装喷油器、进、排气阀、启动阀、示功阀、安全阀等附件。（3）构成冷却水通道和进、排气通道2工作条件（
4、1）承受螺栓的预紧力作用。（2）承受气体力作用：触火面压应力，冷却面拉应力。（3）承受热负荷的作用：触火面压热应力，冷却面拉热应力。（4）承受腐蚀疲劳作用：缸盖承受冷却水的腐蚀和机械循环应力作用，产生腐蚀疲劳。3要求：（1）足够的强度和刚度。（2）底部各种阀孔之间的金属堆积处和高温部位，要冷却良好，使各部位的温度均匀。（3）各种阀件的拆装、维护方便。（4）冷却水腔的水垢易于清除。4类型：（1）按材料分：铸铁 铸钢 锻钢 增压度较高的低速机多采用锻钢制成（2）按气缸盖与气缸之间的数量关系可分为：单体式：每个气缸设一个气缸盖，用在中、大型高增压柴油机。特点是气缸盖和气缸套接合面处的密封性好，拆装方
5、便，但气缸的中心距加大，柴油机长度增加。整体式：整个柴油机所有气缸的气缸盖铸成一体，多用于小型柴油机。特点是气缸的中心距小，结构紧凑，但易变形，密封性差，结构复杂，加工不便。分组式：23个气缸的气缸盖合铸成一体，用在缸径较大的中小型高速机上。5构造1）大型低速柴油机气缸盖的构造图 MAN-B&W S-MC-C型柴油机气缸盖1-排气阀孔；2-冷却钻孔；3-垂直孔；4-喷油器孔；5-起动阀孔；6-安全阀于示功阀孔；7-气缸盖螺栓孔；8-冷却水腔；9-冷却水套（1）冷却水孔离燃烧室却很近，构成“薄壁强背”，可降低热负荷和机械负荷。（2）气缸盖底面为倒锥形，利于换气和燃烧。（3）两只喷油器对称布置，有
6、利于油雾形状和燃烧室形状的配合，确保油、气良好混合。（4）缸盖底最下部的内圆柱形壁面，使缸盖和缸套的接合面下移，以便接合处不受火焰的直接冲击，对接合面起到保护作用。（5）冷却水由接合面的外部进入气缸盖，消除了冷却水通过接合面漏入气缸内部的可能。（6）缸盖螺栓在圆周上均匀分布，保证缸盖、缸套受力均布。2）中速柴油机气缸盖的构造（1）进、排气道左右布置，减少高温排气对低温进气的加热作用。（2）进气阀孔比排气阀孔大，以提高充气量。（3）缸盖底板上设有水平中隔板，可把底板减薄，提高冷却效果，减少热应力。（4）中隔板通过气道、喷油器道与底板相连，使底板得到强有力的支承，提高底板的机械应力。（5）中隔板把
7、冷却水腔分成上、下两个部分，可提高冷却水流速。（6）缸盖前后壁开有较大尺寸的孔，用于清洁冷却水腔中的水垢。6常见故障气缸盖最常见的故障是在缸盖底面上产生裂纹、冷却水侧的腐蚀及阀座的磨损。1）裂纹部位四冲程机常在进、排气阀孔和喷油器孔及座面上产生裂纹。二冲程机常在孔与孔之间和孔的圆角处，即有应力集中的地方。2）裂纹原因缸盖产生裂纹的根本原因是热应力和机械应力周期作用引起的热疲劳操作不当：起动、加速太快或超负荷运行；冷却、润滑液不足或中断；突加冷却水等。维护保养不当：每按规定上紧螺栓或各螺栓受力不均。3）裂纹判断（1）管理中判断：开车前冲车时，观察示功阀有无水汽、水珠喷出。如有，表明气缸盖可能产生
8、了裂纹。运转中，观察冷却水压力是否波动，冷却水出口温度是否升高，膨胀水箱水位是否正常；滑油中是否有水，油位是否升高。吊缸时，活塞顶部有积水或锈痕，表明气缸盖有裂穿现象。（2）目侧法：（3）粉剂显痕法：煤油、白粉、15min（4）水压试验法：0.7MPa（5）磁力探伤：三、气缸套（2）四冲程机是活塞运动的导承，承受侧推力（3）二冲程机与活塞运动配合控制换气过程（4）与缸体构成冷却水空间（1）承受周期性变化的气体力作用：触火面压应力最大，冷却面为零。 切向：触火面拉应力最大，冷却面拉应力最小。（2）承受热负荷的作用：（3）承受摩擦作用（4）内表面承受燃气的化学腐蚀，外表面承受冷却水的腐蚀作用。（5
9、）筒状活塞承受冷却水的穴蚀作用。4材料：采用耐热、耐磨的合金铸铁，内表面镀铬以提高耐磨性，外表面涂防锈漆或装锌块。5 类型：（1）湿式气缸套：缸套外表面直接与冷却水接触特点：散热性好缸套厚度大，刚性好制造和更换方便易产生穴蚀和腐蚀。（2）干式气缸套：6构造：以二冲程十字头式Sulzer RTA型柴油机为例（1）缸套凸肩做得又高又厚，采用钻孔冷却，可降低缸套上部的机械应力和热应力。（2）缸套上部固定，下部呈自由状态，受热后可向下膨胀。（3）设有O型密封圈3、3a，防水漏入LR空间，可从KB1孔检查（4）O型密封圈6可防水漏入扫气箱，并防扫气箱空气进入冷却水腔。可从KB孔检查（5）上部注油点设有布
10、油槽，均匀分布。（6）缸套下部扫气口均匀分布。7常见故障：气缸套的损坏形式有内表面磨损、裂纹、拉缸、外表面的腐蚀和穴蚀1）裂纹部位：一般发生在应力集中的部位。如气口、布油槽及凸肩等处。原因：检查方法：2）磨损（1）气缸套磨损的形式熔着磨损：一般发生在活塞位于上止点时第一道活塞环所对应的缸套位置。腐蚀磨损：A、低温腐蚀 防止低温腐蚀的措施 B、高温腐蚀磨料磨损：（2）过度磨损 正常磨损：铸铁缸套的磨损量0.1mm/kh 镀铬缸套的磨损量0.01-0.03mm/kh原因：（3）缸套磨损的最大位置大多数柴油机缸套磨损的最大位置是在活塞位于上止点时第一道活塞环所对应的缸套位置活塞在上部运动速度较低，不
11、易形成液体动力润滑和油膜缸套上部温度高，气缸油易氧化变质、蒸发烧结缸套上部压力高，作用在环背上的气体力大，摩擦力大缸套上部为燃烧室，燃烧产物所生成的磨料形成颗粒及燃烧产物形成腐蚀磨损。（4）缸套的测量用量缸表或内径百分表测量部位：活塞位于上止点时第一道活塞环所对应的缸套位置活塞位于行程中点时第一道活塞环所对应的缸套位置活塞位于行程中点时最后一道刮油环所对应的缸套位置活塞位于下止点时最后一道刮油环所对应的缸套位置大型二冲程低速机，有气口且行程较长，可在气口上、下方增加两个测量点。3）拉缸4）穴蚀：在缸套外表面产生的蜂窝状的小孔群损伤。一般发生在筒状活塞柴油机（1）原因：穴蚀主要是由于振动引起的。
12、（2）防止穴蚀的措施：四、活塞组件1活塞的功用：（2）将气体力传给曲柄连杆机构实现能量转换。（3）筒状活塞承受侧推力，起往复运动的导向作用；（4）十字头式活塞控制扫、排气口的启闭。2活塞的工作条件：（1）承受周期性变化的气体力作用（2）承受热负荷作用（3）承受燃气的腐蚀和冷却水的腐蚀作用（4）承受机械磨擦作用（5）承受往复惯性力的作用强度高、刚度大、气密可靠、冷却效果好、摩擦损失小、耐磨损。摩擦副具有良好的润滑、较小的磨损以及较少的润滑油消耗量。对中、高速柴油机活塞还要求重量轻。4活塞的构造：1）十字头式活塞W L-MC型1-活塞杆；2-冷却油管；3-活塞裙；4-活塞环；5-活塞头长裙活塞：用
13、于弯流扫气，裙部做得较长，防止新鲜空气流失， 短裙活塞：用于直流扫气，裙部做得较短。（1）活塞尺寸大，单位容积的散热面积小，采用强制冷却。（2）头部和裙部分开制造，头部承受高温高压燃气作用，用耐热合金钢制造；裙部与缸套接触，产生摩擦，采用耐磨铸铁制成，两者用柔性螺栓连接。（3）顶部制成凹形：有利于扫气，有利于自由膨胀，有利于燃油与空气的混合。（4）采用钻孔冷却，构成薄壁强背结构。活塞加速和减速作用产生“鸡尾振荡”效应，提高传热效果。（5）头部有五道活塞环槽，用于密封。（6）裙部设有青铜承磨环，用于改善磨合性能；（7）头部直径小于裙部直径。（8）裙部不受侧推力，故做得较薄。2）筒状活塞（1）活塞
14、头部有落阀坑，防进、排气阀重叠开启时与活塞相撞。（2）活塞顶部较厚，保证偶足够强度。（3）头部有3-4道环槽，保证密封。（4）顶部内壁与裙部用大圆弧过渡连接，可减少应力集中。（5）裙部较长，可减轻侧推力比压。（6）裙部设有1-2道刮油环，用于刮掉缸壁多余的滑油。（7）头部直径小于裙部直径，工作时使头部和裙部的热膨胀量趋于一致。（8）活塞销附近的裙部制成椭圆形，以消除热膨胀后出现的失圆。长轴在垂直于活塞销轴线方向上，短轴位于活塞销轴线方向上。 原因：筒形活塞在侧推力作用下将使活塞裙沿销轴方向变长，气体力作用在活塞上，会使活塞产生弯曲变形使裙部直径沿销轴方向变长，裙部在销座方向的金属堆积较多，受热
15、后将销轴方向产生较大的热膨胀变形，使裙部沿销座中心线方向增大。5材料：大型：活塞头用耐磨合金钢，裙部用铸铁。中、高速机：铸铁、铝合金、铸钢。6活塞的冷却：（1）套管式：冷却介质为水（2）铰链式：冷却介质为滑油7活塞杆：8活塞销：1）工作条件：（1）承受气体力和往复惯性力的作用。（2）尺寸小，轴颈比压很大。（3）工作时相对于活塞销座和连杆小端衬套的滑动速度小，温度高，单位承压面积压力大及变形，润滑条件差。 活塞销同其配合的轴承是柴油机中工作条件最恶劣的摩擦副之一。2）要求：有足够的疲劳强度、刚度、表面硬度和抗冲击韧性。3）材料：一般用优质碳钢或合金钢，表面渗碳、淬火处理，4）活塞销的装配形式：（
16、1）固定式：销固定在销孔的销座上，活塞销跟连杆小端衬套作相对滑动，这种装配形式使工作中冲击减小，但活塞销单边磨损严重。（2）半浮动式：销与连杆小端固紧，两端与销孔是间隙配合，这种装配形式因润滑困难，目前很少使用。（3）浮动式：销既可相对连杆小端衬套转动，又可相对销孔转动，这种装配形式使塞销表面相对速度低，磨损均匀，工作可靠，拆装方便，因而广泛应用于中、高速柴油机中。 铝合金活塞采用浮动式装配形式，在常温下，销与销孔是过盈配合，理由是铝合金材料的热膨胀系数比销高，这样在工作时（热态）才会有合适的间隙，装配时通常把活塞加热到90-100，然后将销轻轻地推入销孔中，切忌硬敲击以免擦伤销和销座。销在销
17、孔中必须轴向定位，以防轴向窜动而刮伤气缸套，一般用卡簧或塞子定位。图 活塞销的轴向定位9活塞环：十字头-注油润滑-压缩环、承磨环筒型活塞-飞溅润滑-压缩环、刮油环1）作用：密封、散热、支承、布油、刮油2）工作条件：受到高温高压燃气的作用往复惯性力作用缸套摩擦力作用3）环在环槽中的运动分析轴向运动径向运动回转运动扭曲运动4）要求：良好的密封性、耐磨性，足够的强度、热稳定性及弹性，表面硬度稍高于缸套5）压缩环（1）作用：密封、散热、支承（2）密封机理漏气的主要途径密封机理：第一次密封是依靠环自身的弹性。第二次密封是依靠作用在环上表面和漏到环背内圆柱面的气体力，使环紧贴在环槽的下表面和缸套的内壁上。
18、 第二次密封比第一次密封更为重要（气体力比环弹力大得多），但没有第一次密封，就无法保证第二次密封。（3）压缩环的断面形状a.矩形环：b.梯形环：c.倒角环：不宜做第一和第二道环。d.扭曲环：分内切槽环和外切槽环两种。安装扭曲环时常将内切槽环放在第二、第三道，目的是为下两道环切槽处存留滑油，以利润滑。另外安装时应注意内切槽环的切槽朝上，外切槽环的切槽朝下。（4）环的搭口形式：直搭口、斜搭口、重叠搭口 二冲程柴油机搭口要倒角，以防与气口挂碰，但不宜过大，否则，漏气。 校正环，使用时不用倒角，冷态时搭口做成略向内弯，热态时伸直与缸壁贴合。（5）材料：一般采用合金铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁 为提高活塞环
19、的工作能力，常采用的结构措施有：a表面镀铬以提高耐磨性b松孔镀铬以提高表面储油性加快磨合c内表面刻纹镀铬以提高弹性d外表面镀铜以利磨合e外表面喷镀钼以防止粘着磨损。（6）配合间隙：搭口间隙：天地间隙（平面间隙）：背隙：（7）气环的泵油作用：泵油原理：活塞开始下行时，气环压在环槽上平面上，环在运动中把缸壁上的油刮到环槽中。当活塞上行时，气环压在环槽下平面上，把环槽下方的滑油挤到环的上方（上一道环槽下方）。如此周而复始，滑油就逐渐向上窜入燃烧室内。泵油的危害：滑油的消耗量增加，燃烧后造成大量积碳，增加缸套磨损。防止泵油的措施：正确安装刮油环；适当减小天地间隙。气环的泵油作用6）刮油环：材料：合金铸
20、铁结构特点：a.环与壁的接触面积小以提高刮油能力 b.环与槽的天地间隙小，以降低泵油作用c.开有泄油槽工作原理：刮油环只能在活塞下行时起刮油作用，因此安装刮油环时要注意把刮刃尖端朝下，若方向装反，则会向上刮油，使大量滑油窜入燃烧室。图 油环的结构形式和工作原理7）承磨环：作用是为活塞和缸套磨合设置材料：青铜10活塞组件常见的故障1）活塞：常见的故障有活塞顶裂纹、烧蚀和磨损。活塞顶裂纹：活塞顶烧蚀：高温时，活塞顶部金属材料发生氧化或脱落的现象。部位：喷油器相对的活塞顶面，第一道环漏气时在第一道环槽会发生烧蚀。措施：堆焊修补，不严重时允许将活塞头转过90使烧伤部位避开油区。活塞磨损：环槽、裙部和销
21、座筒状活塞上部磨损比下部大，左右方向磨损大于前后方向（左右方向承受侧推力）十字头式活塞主要是由于安装不正，滑快与导板过度磨损等引起。2）活塞环：常见的故障有活塞环异常磨损、粘环、断环（1）环的异常磨损0.30.5mm/kh 环外圆磨损反映在搭口间隙，环与环槽磨损反映在天地间隙上。润滑不良、燃烧不良、磨合不良、冷却不良、摩擦表面有硬质颗粒等。（2）粘环：a.环或气缸过热b.滑油过多c.滑油不净d.燃烧不良结碳判断：a.严重漏气，柴油机工作无力b.机油（或冷却水）温度升高c.燃油和滑油消耗量增加。防止措施：a.防窜气，窜气会使滑油变质 b.提高刮油环的刮油能力，防刮油环装反。c.适当增加天地间隙
22、d.控制气缸注油量e.保持气缸冷却水温度适宜 f.定期更换润滑油和加入抗氧化添加剂粘环的后果：a.燃烧室漏气b.活塞环断裂c拉缸（3）断环活塞方面：环槽损坏，表面不平活塞头部热变形，使环槽表面相对活塞中心线扭曲活塞头部与缸套间隙过大。气缸方面：上止点附近因磨损严重产生阶梯状，当连杆大端轴瓦产生较大磨损，由于惯性力作用而断环二冲程机扫、排气口倒角不够大。环自身方面：环搭口间隙过小，常在开口对侧附近折断环的振动侧隙太大或太小开口处倒角不够大，环挂在气口上。使用方面：环温度太高润滑不良爆压过大 断环的征象：气缸压力下降，漏气加剧机油消耗量增加柴油机功率下降排温升高燃烧恶化冒黑烟。 防止措施：防止粘环
23、和磨损 保证搭口间隙和天地间隙在要求范围内。3）活塞环磨损测量：环与缸套的磨损使环的搭口间隙变大，环与环槽的磨损使天地间隙变大。（1）天地间隙的测量：（2）搭口间隙的测量：缸径最小部位，二冲程气口以下部位。4）活塞环的检查：（1）质量缺陷的外观检查：（2）环上、下端面的挠曲度检查：检查方法为将环平放在平板上，观察环端面与平板的接触情况。 合格要求：环平面应与平板完全接触，不得有明显的间隙，但允许有局部间隙，其间隙值为：缸径200mm者，不大于0.05mm；缸径200500mm者，不大于0.08mm；缸径500mm者，不大于0.1mm。（3）漏光检查 将活塞环放入标准气缸套内（或圆筒形量规），用
24、活塞把环推平。在缸套中活塞环的下侧放一光源，上侧用比气缸外套内径小34mm的盖板将环盖住，检查环圆面与缸套壁面的漏光情况。每处漏光弧长不得超过30，同一根活塞环的漏光弧长总和不得超过90，但在活塞环开口处左右30范围内不允许漏光，并且漏光径向间隙用0.020.03mm塞尺不得通过。（4）活塞环弹性定性检验（自由开口法、永久变形量法）自由开口法 活塞环自活塞上取下后，测量自由状态下的开口大小。通常新环在自由状态下开口尺寸为（0.100.13）D，D为缸径。若所测自由开口小于新环自由开口值，说明环的弹性下降。永久变形量法 活塞环取下清洁后，人为将自由开口闭合或将其扩大一倍再松开，若其永久变形量大于
25、自由开口值的10，则表明环的弹性下降。（5）搭口间隙和天地间隙的检查：5）活塞环失效对柴油机运转的影响（1）发生漏气，使PC、PZ、Tr、Ne下降（2）环的散热作用下降，使活塞头过热。（3）刮油环的刮油作用下降，使缸壁表面积集大量气缸油或窜入燃烧室，引起积碳。（4）缸壁油膜被破坏，加速环与缸套磨损。（5）十字头式柴油机，漏气严重，会引起扫气箱着火。（6）箱式柴油机，污染曲柄箱内滑油，加速氧化变质，甚至会使曲柄箱内滑油产生油雾引起爆炸。五、燃烧室部件的管理要点1磨合：磨合是通过磨损的方法达到的。用尽量少的时间达到燃烧室良好的密封是磨合的主要目的。为此在磨合中应遵循以下管理要点：（1）磨合中运转负
26、荷、转速与时间分配应按磨合规范，其要点是由空车开始逐渐负荷，连续运转并定时停车检查。（2）磨合期气缸润滑使用纯矿物油或低碱性气缸油，以获得一定的腐蚀磨损，加快磨合。（3）磨合期应增大气缸注油量以密封燃烧室防止拉缸。比正常供油量多50。2运行中的监视：（1）注意监视各运行参数。（2）确保气缸润滑，防注油中断。（3）注意倾听运转声响。3观察孔（扫气口）检查： （1）活塞环工作状况：若向上、向下盘车时环在环槽中可动，说明无粘环现象。用小木棍推压环时环无张力，说明环已断裂。若环工作表面有黑色、无润滑油的区域，说明环的密封性不好。 （2）气缸润滑状况：若发现活塞头上有白色、微黄色的沉积物，则说明所用滑油
27、碱值太高。若气缸套表面上有白色或微带褐色的区域，这是由于腐蚀磨损，说明滑油碱值太低。若第一道活塞环表面有半干半湿的润滑油膜存在，活塞环与缸壁表面油膜干净，则说明注油量适中。若发现活塞与活塞环槽内结炭粘着现象较重，活塞与缸套表面油膜污染变黑，气口因结炭堵塞较重，则说明注油量过多。如果第一道活塞环表面干燥而环与缸壁均出现磨痕、环的棱边出现毛刺，说明注油量过少。 （3）冷却腔密封状况：若气缸套外表面有水漏下，说明气缸套外侧密封圈可能失效。若气缸套内表面有水漏出，说明气缸套或气缸盖可能有贯穿性裂纹或气缸注油器接头处漏水。（4）吊缸检查。气缸盖进行下表面积碳、裂纹和烧伤检查，对冷却水腔积垢、腐蚀检查，气阀与阀座磨损和密封性检查，缸盖与缸套结合面密封性检查。对缸套应进行缸径测量、疏通注油孔及注油接头、检查缸套水空间密封。清洗活塞组件、测量天地间隙和搭口间隙。思考题：1何谓热负荷？热负荷过高或过低对柴油机工作有何影响？2气缸盖和气缸套各有何功用？工作条件如何？3气缸套一般采用什么材料？内外表面常采用哪些办
