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第三节 活塞的检修

2024-09-08 来源:一二三四网


第三节

活塞的检修

活塞是柴油机的主要运动机件之一,燃烧室的组成部分。活塞工作时承受着很大的机械应力和热应力,同时还承受着摩擦。因此,在使用中活塞容易损坏,特别是高速柴油机的活塞。活塞的主要损坏形式有:外圆表面及环椿的磨损、裂纹和破裂,顶部烧蚀等。

一、活塞的损坏与检修 l.活塞外表面的磨损检测 1)活塞外表面磨损部位与检测

一般中、小型柴油机的筒形活塞裙部外表面容易发生磨损。这是由于运转中活塞裙部起导向作用和承受侧推力的结果。大型十字头式柴油机活塞运动部件的运动是靠导板、滑块起导向作用和承受侧推力,况且活塞与气缸之间的间隙较大,所以正常运转中活塞外圆面是不会磨损的,只有在活塞运动装臵不正和拉缸等异常情况下才会发生。

活塞裙部外表面磨损后,裙部直径减小,活塞与气缸的间隙增大,活塞横截面产生圆度误差、纵截面产生圆柱度误差。这些都直接影响活塞的工作性能和柴油机的功率。

在船上是通过测量活塞直径来检验活塞的磨损程度。通常采用外径千分尺、游标卡尺进行测量。测量部位为活塞的上部、中部和裙部的外径,有承磨环的活塞应测量每道环的外径。测量每一测量点的横截面上相互垂直的两个直径:平行曲铀方向的直径和垂直曲轴方向的直径。将测量值记录在表格中,计算出每个横截面的圆度、纵截面的圆柱度,以其中最大值与说明书或标准比较,以确定活塞的磨损程度。表8-5为活塞裙部外表面的圆度,圆柱度的磨损极限。

CB/T3543-94 表8-5 活塞裙部外圆磨损极限(mm)

气缸直径 <100 >100-150 >150-200 >200-350 >300-350 >400-500

筒型活塞裙部圆度、圆柱度 十字头活塞裙部圆度、圆柱度 0.10 - 0.12 - 0.12 - 0.15 0.30 0.20 0.30 0.35 0.48

>500-550 >550-600 >600-650 >650-700 >700-750 >750-800 >800-850 >850-900 >900-950 >950-1000 >1000-1050 >1050-1100 0.30 - - - - - - - - - - - 0.45 0.50 0.60 0.65 0.75 0.85 0.95 1.05 1.15 1.25 1.35 1.40 2)活塞外圆表面磨损的修复

活塞裙部外问表面磨损不太严重时,采用光车裙部外圆,消除几何形状误差。光车后仍满足表10-1所列活塞与气缸间隙时可继续使用。否则依活塞材料不同采用不同的对策,铝活塞采用换新;铸铁活塞采用热喷涂、镀铁等工艺恢复尺寸:铸钢活塞采用镀铁、堆焊金属等恢复尺寸。承磨环适度磨损、严重拉伤或松动时应换新。

2.活塞环槽的磨损检修

1)环槽磨损的原因

活塞环槽端面磨损是活塞常见的损坏形式,尤其以铝合金活塞为多。环槽端面磨损主要是由于环在环糟中的相对运动,包括环在环槽中往复运动(即环上、下运动)、环的径向胀缩运动、环环槽在中的转动和扭曲运动。其次是由于新气中的灰尘硬质颗粒、燃气中的炭粒,尤其是燃用重油时的更大更坚硬的炭粒,这些硬质颗粒在环与环槽端面之间形成磨粒加速环槽端面的磨损。此外,如果燃烧室的高温使活塞头部和环糟变形、材料性能下降、环与环槽端面间的油膜破坏时,则环槽磨损更加严重。

环槽端面磨损使其与环的配合间隙增大,这将使活塞环的密封性下降,产生漏气和使压缩压力和爆发压力降低,同时进人环背面的燃气增多,高压燃气将环压向缸壁致使环容易折断。环糟端面磨损使环槽截面形状由矩形变为梯形或出现磨台,且以第一、二道环槽磨损为重为快,如图8-9所示。一般活塞环槽端面的磨损率小于0.0lmm/kh为正常磨损。 2).环槽磨损的测量与修复

环槽磨损程度是利用样板和塞尺测量环槽高度的变化来确定的。样板是以新活塞的环槽高度为准制作的,也可以用一只新活塞环作为样板。测量时,将样板水平插入环槽并紧贴环槽下端面,用塞尺测量环与环糟上端面之间的距离,即环与环槽的配合间隙,称为平面间隙或天地间隙。测量值与说明书或标准表8-6比较。当测量值超过极限值时,说明环槽严重磨损,应予以修复。根据环槽端面磨损情况可选用以下方法修复:

(1)光车或磨削环槽端面,依加工后的修理尺寸配制相应加大尺寸的活塞环,保证平面间隙符合原有要求。采用此法将会使槽脊厚度(环槽之间的轴向高度)减小,强度降低。为了不便槽脊过分减薄,要求槽脊减薄量不得超过原槽脊设讨厚度的20%-25%。同时要求同一活塞上不得有两个环槽采用此法修复。因为如果同一活塞上各道环槽均采用此法修复时,由于各环槽的修理尺寸不同,新配制的各道活塞环尺寸不同。一只活塞上有多种规格的活塞环将给备件供应和管理带来麻烦。

(2)光车环槽端面或采用喷焊、堆焊、镀铬等工艺恢复环槽原有尺寸。例如,MAN-B&WL6OMC/MCE型柴油机的活塞环与环槽最大平面间隙超过0.7mm时,可采用恢复尺寸的方法修复环糟端面,使平面间隙值恢复到0.4-0.45mm。 (3)环糟端面镶垫环恢复环槽原有尺寸。低速柴油机钢制活塞的环槽端面严重磨损时,可采用镶垫环的方法修复:首先光车环槽端面,消除几何形状误差,然后在环槽下端面镶耐磨垫环来恢复环槽原有尺寸和平面间隙。图8-10为环糟镶垫环法。

采用焊接工艺将垫环焊在环槽下端面上形成永久性连接,这种垫环称为死环,这种方法称为镶死环法。此法连接牢固,使用中垫环不会脱落,但垫环磨柄后则难以修复。

采用过盈配合将垫环镶在环糟下瑞面上,称为镶活环法。由于垫环不固死在环槽端面上,便于再度磨损后更换垫环,但垫环容易松动肿落到气缸内引发事故。

3.活塞裂纹的检修

1)活塞头触火面裂纹

活塞头部触火面裂纹是指在活来顶元产生的径向或圆周向裂纹、起吊孔边缘裂纹及第一道环槽根部裂纹,如图8-11所示。

活塞头部裂纹主要是热应力引起的,同时还有机械应力的作用。柴油机运转时,活塞顶部温度分布不均:顶部中央或边缘温度最高,铸钢活塞可达450ºC,铝活塞可达300-375ºC,顶面冷却侧和第一道环槽附近温度在200ºC左右。在正常工作条件下,活塞头部各处存在着温差应力和高压燃气作用的机械应力等,而

且这些应力又都是周期性的;当喷油定时不正、燃油雾化不良或火焰直接触及活塞顶面时就会造成局部过热,引起过大的热应力;当柴油机超负荷运转或活塞顶部冷却不充分时也会引起热应力。过大的热应力会引起裂纹。柴油机频繁起动、停车也会引起热疲劳裂纹。

活塞顶面裂纹还会因冷却不充分,活塞顶面散热不良所致。例如水冷活塞冷却侧结垢严重或活塞顶面积炭严重时就会使活塞顶面局部过热,导致裂纹。通常,结垢层或积炭层超过o.5mm时,就会使因过热产生裂纹的可能性急剧增加。所以,为防止裂纹产生,柴油机应定期吊缸检修,加强冷却水的定期处理等维护保养工作。

活塞顶面的起吊孔边缘和第一道环槽根部会因应力集中产生裂纹。 2)活塞冷却侧裂纹

活塞顶面冷却侧、筒状话塞的活塞销座处产生裂纹更是屡见不鲜。主要是由于过大的机械应力引起的,同时还会由于设计不良、材质不佳和毛坯制造缺陷等在这些部位存在应力集中而加速裂纹的产生。

活塞裂纹可通过观察或着色探伤进行检查。钢质、铝质活塞的顶部裂纹较轻时,可采用焊补工艺修理,钢质活塞顶部裂纹严重时采用局部更换。活塞环槽根部裂纹、活塞上穿透性裂纹及无法修理的冷却侧裂纹则应将活塞报废换新。

4.活塞顶部烧蚀的检修

1)烧蚀原因

首先由于活塞顶部直接与燃气和火焰接触,温度很高,尤其当喷油定时不正、喷油器安装不良或冷却侧结垢时使顶部局部过热,温度更高;其次,由于柴油机燃用的重油中含钒、钠过多,就会在活塞顶,部温度达550ºC以上的部位产生高温腐蚀。同时,活塞材料过热时发生氧化、脱碳而使其化学成分变化。在以上因素综合作用下,活塞顶部金属产生层层剥落使顶部厚度逐渐减薄,出现钒腐蚀的麻点或凹坑,大小、深浅不一地分布于活塞顶部,这种现象称为活塞顶部烧蚀。严重时可使顶部烧穿。

活塞顶部烧蚀使顶部厚度减薄、强度降低,甚至影响气缸压缩比,降低柴油机的工作性能。

2)烧蚀测量和修复

活塞顶部烧蚀的程度可用活塞顶部样板和塞尺逆行测量,图8-12为

MAN-B&WS/L60MC/MCE型柴油机活塞顶部烧蚀的测量。测量时,将样板臵于活塞顶部,用塞尺测发样板与活塞顶部之间的最大间隙t。测量时,还应使样板绕活塞轴线转动,每转45º角测量一次,取其中最大值t。当t超过15mm时应换新活塞。在缺乏备件或应急情况下可采用以下措施,

(1)改变活塞的安装位臵 当烧蚀尚不太严重,而且活塞结构又允许的情况下,改变活塞安装角度。例如,B%W型柴油机活塞顶部烧蚀部位对应于喷油器喷油方向,燃油在此部位集中燃烧和采用冷却效果不良的油冷,致使该部位产生烧蚀。由于活塞结构允许,在产生不太严重的烧蚀时将活塞安装位臵转过90º角,使烧蚀部位避开喷油方向继续使用。

(2)焊补修理 烧蚀严重时(最大烧蚀厚度接近规定值时)可采用堆焊工艺进行修补,焊后进行机械加工恢复活塞顶部形状。

(3)换新 当活塞顶部最大烧蚀厚度超过说明书规定值或使活塞顶部厚度浅至设计厚度的一半时应将活塞报废换新。

二、活塞的验收

船上购臵的成品活塞或专门配制的活塞在装机前必须进行检验,确保质量合格和装机后的正常运转。

所购臵的成晶活塞是按照柴油机制造厂的备件编号册订购,由厂家供应,不需专门验收审查,厂家负责产品质量。除此之外购臵的成品活塞或配制活塞均应对其材料成分、性能、尺寸、形状和位臵精度、表面粗糙度等进行验收。 1.材料成分和机械性能符合原设计要求

由供应商和制造厂提供活塞材料成分、机械性能检验报告单、轮机员应认真审核。

2.活塞的尺寸、形状、位臵精度和表面粗糙度等均应符合设计图纸

的要求

轮机员除对活塞尺寸、形状和表面粗糙度做一般性检验外。还应对活塞的位臵精度进行平台检验。活塞位臵精度的技术要求及其检验方法如下: (l)活塞销孔中心线与活塞中心线应垂直,垂直度要求不大于

0.025mm/100mm。检验时,将活塞臵于平台4上,则活塞中心线垂直于平台4。

当活塞销孔中心线与平台4平行时,表明活塞销孔中心线与活塞中心线垂直,测量L长度内百分表的读数差即为垂直度误差,如图8-13(a)所示。

(2)活塞销孔中心线应与活塞中心线相交,其位臵度要求,活塞直径<200mm时应不大于0.lOmm,活塞直径>2O0mm时应不大于0.2Omm。

检验时,将销孔插有心轴3的活塞1垂直平台4放臵,用内径千分尺分别测量立式直角平板5紧贴活塞左、右侧时与心轴的距离。两侧距离平均值差的一半即为位臵度误差,如图8-13(b)所示。

(3)活塞环槽平面应与活塞中心线垂直,垂直度应不大于0.02mm。 检验时,在图8-13(a)上,用百分表沿环槽端面转一周,其平面跳动量即为环槽平面与活塞中心线垂直度误差。

(4)活塞顶面形状的检验 用样板和塞尺检验活塞顶面形状,要求符合图纸要求。

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