柴油机主要机件及其工作条件

青青

第一节  柴油机主要机件及其工作条件
一、主要机件
    1．燃烧室组件
    燃烧室组件包括气缸套，气缸盖和活塞组件。它们共同构成密闭的气缸工作空间，是柴油机工质更换、燃气形成和膨胀作功的空间。它们都承受高温、高压和腐蚀性燃气的直接、反复作用。
    2．曲柄连杆机构
    曲柄连杆机构包括连杆组件和曲轴组件。它们将活塞往复运动转变为曲轴回转运动，将作用于活塞的燃气压力转为转矩并由曲轴向外输出。工作中，曲柄连杆机构的机件主要承受气体力及运动惯力所形成的机械负荷。
    3．支承联接组件
    支承联接组件主要有机座、主轴承、机体等。它们形成柴油机的骨架、支承和安装运动机件、燃烧室组件以及柴油机各种系统设备。
    柴油机的主要机件也可以按工作时运动状态不同分为固定部件和运动部件两大类。
    固定部件包括气缸盖、机体、机座和主轴承等不动的主要机件和它们的联接紧固件。在气体作用力、运动惯性力及联接紧固力等机械负荷作用下不变形、保证正确的支承与导程作用，它们应有足够刚度和强度。但又必须尺寸小，质量轻以及便于操作管理与维修。
    运动部件有活塞组件，连杆组件和曲轴组件等。工作中，运动部件转换运动形式，并将气体对活塞所作的往复功变为转矩输出。要求它们有足够的抗疲劳强度和一定耐磨性。管理中应力争减轻机械负荷的冲击性和保证摩擦表面的良好润滑。
二、主要机件的工作条件
    1．主要机件的机械负荷
    1）气体作用力
    工作循环中，活塞顶面（或缸盖底）所受的气体总压力Fg等于气体压力Pg与活塞面积F的乘积。Pg的最大值称为最高爆发压力Pmax。
气体压力Pg和气体总压力Fg在工作循环中呈周期变化，其变化的频率正比于转速、最大幅值是出现最高爆发压力Pmax时。循环变化的气体力对机件产生脉动应力，会引起柴油机的振动呈现为高频应力，并会使其材料疲劳。通常将最高爆发压力Pmax作为柴油机机械负荷的主要标志。
    2）运动惯性力
    活塞组件及连杆小端在变速往复运动时会产生往复惯性力。连杆大端及曲柄销和曲柄绕曲轴中心回转时会产生离心惯性力。这两种运动惯性力随运动质量和转速的平方增大而增大。它们亦呈周期变化，同样会引起机件疲劳，不平衡的运动惯性力和力矩还会引起柴油机振动。
    3）联接紧固预紧力
    联接紧固件对被联接件施加的预紧力使机件材料产生的应力称为安装应力。其一般呈为静应力。
    2．主要机件的热负荷
    柴油机工作循环中，气缸内高温燃气通过辐射、对流等形式反复对机件加热，使机件温度升高。高温使机件材料机械性能下降，同时使机件各处温度不均而产生热应力。此外高温还会改变机件间的配合性质，使机件相对运动表面的润滑条件恶化。
    1）与最高允许温度比较
    将受热机件的工作温度，与其材料和润滑油允许的最高温度进行比较。机件的实际工作温度越接近允许的最高温度，则机件的热负荷越高。
2）排气温度
    工作中柴油机的排气温度可以直接测量并用仪表显示。它是轮机管理中监视柴油机热负荷的有效方法。排气温度能反映气缸内燃油燃烧的数量和燃烧的完善程度以及燃烧的及时性，也能反映高温燃气对燃烧室组成诸机件加热时间长短和程度轻重。
    3）热应力
    热应力是机件中各部份热胀冷缩互相牵制而在材料内部产生的应力。
    现以气缸壁为例说明热应力的形成与作用。
    工作中，气缸套内壁与燃气接触，称为触火面。外壁与冷却水接触。内壁热量沿缸壁径向传递。缸内壁温度最高，外壁最低。内壁热膨胀受到外壁的限制，故呈现受压应力。内壁膨胀大于外壁，欲带动外壁膨胀，故外壁呈现受拉应力。内外壁热胀冷缩相互牵制，而在高温侧产生压应力，低温侧产生拉应力。这种应力值随着两侧的温度差异增大而加剧，故又把热应力称为温差应力。当机件各部分金属质量分布不均，也会在金属多处呈现压应力，金属少处呈现拉应力。
    在柴油机工况稳定时，热应力呈现为静应力。在柴油机工况变化时，热应力大小也随之变化。其变化频率与柴油机起动、停车频率相同，呈现为低频应力。
    当缸壁内外温差足够大时，热应力会使材料产生塑性变形。如高温的内壁在较大挤压热应力下金属会产生挤压塑变（称为蠕变），蠕变使挤压热应力减小甚至为零。但是当柴油机停车，机件温度下降时，原产生挤压堆积的金属部分不能恢复到原来的形状和尺寸。这样这些部位就呈现拉应力，又称残余应力。这种残余应力只在柴油机起动工作，机件工作温度又升高的时候减缓下来，故残余应力亦呈为低频应力。如果柴油机繁频重复地起动、停车，热应力会呈为高频应力。如热应力增大或变化太快；会使材料疲劳破坏。这种破坏称为热疲劳。
    3．主要机件的其它工作条件
    主要机件在工作中还会受到燃气中腐蚀成份的腐蚀，冷却液的腐蚀以及相互摩擦表面产生磨损等危害，从而加速机件的损伤。
www.ap5u.com