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第三章 柴油机主要部件

大连船用柴油机厂

  

2011-05-10 13:32:46|  分类: 财经 |  标签: |字号 订阅

 

第三章  柴油机主要部件

第四节  机座(或油底壳)、机体、主轴承

    一、组合结构型式

    船用柴油机根据其结构特点,机座(或油底壳)、机体、主轴承的组合结构有以下几种型式。
    (一)具有正置式主轴承的机体-机座组合结构
    这种组合结构有两种型式:一种是气缸体、机架、机座都是分别制作(机体由气缸体和机架二部分组成),三者由螺栓连接,这种型式用在大型低速十字头式柴油机中,如图3-61(a)所示;另一种是气缸体与机架为一整体,机座单独制作,这有利于提高机体刚度,主要用在中小型柴油机中,如图3-61(b)所示。
    这种组合结构的主轴承座设在机座的横隔板上,主轴承盖用螺栓与主轴承座相连,组成主轴承,曲轴的主轴颈安装在主轴承中。
    (二)倒挂式主轴承的机体-油底壳组合结构

  这种组合结构的主轴承座设在机体下面的横隔板上,曲轴主轴颈通过轴承盖用螺栓倒挂在主轴承中,这种型式的主轴承盖承受很大的作用力。机体下面只用轻便的油底壳封闭,柴油机靠机体下部外侧的简单支座与船上的柴油机安装底座相固定;但也有的倒挂式主轴承柴油机,例如B&WVT23设有底座,它只起油底壳和支座的作用,其上并不设置主轴承座。
    这种组合结构也有两种型式,一种是气缸体与曲轴箱(机架)铸成一体的型式,如图3-62(b)所示;另一种是气缸体与曲轴箱分开制作的型式,如图3-62(a)所示。这种组合结构主要用于高速柴油机中。
    (三)隧道式机体结构型式
    这种结构型式的机体中,从前端到后端均开有较大直径的座孔承装主轴承(滚动式轴承),这些主轴承座孔排列在主轴线上,形如隧道一般,因此称之为隧道式机体。圆盘式曲轴由机体的一端装入。由于机体上开有大直径座孔,使机体原强度受到较大削弱。
    图3-63是气缸体与曲轴箱铸成一体的结构型式,底部由油底壳封闭。
    图3-64是轻42-160星形柴油机曲轴箱,在同一横截面上有七个气缸是均布的,气缸体与曲轴箱是分开制作的。为了使活塞连杆组件装拆方便,曲轴箱必须分段制作。该机曲轴箱由七段组成,每段都开有安装主轴承的座孔以及装置气缸套的七个半圆孔,各段间由拉紧螺栓联接。这种结构型式没有专门的油底壳。


    以上是目前所见到的柴油机的几种典型的组合结构型式。

钢球网架>

    在上述的几种结构组合型式中,正置式主轴承的机体-机座结构组合型式的重量比倒挂式机体重量大25~30%,尺寸也较大,但维修方便,制造工艺相对简单些,成本也低些。倒挂式主轴承的机体结构紧凑、体积小、重量轻、刚性也较好,但制造材料和质量要求高,维修不太方便。隧道式机体结构主要是刚性较好,但制造工艺较为复杂,维修保养不方便;为了减轻隧通式机体的工作应力,有的柴油机在主轴承座孔两侧装设一对拉杆螺栓,目的是在轴承座处先产生预压力,以抵消工作时的拉应力。


    二、机座、油底壳的功用和结构
    (一)机 座
    机座位于柴油机的最底部,曲轴主轴颈坐落在机座上的主轴承座中。机座的主要功用是:支承机体、气缸盖、运动部件以及所有附属机件的全部重量;承受着燃气的爆发压力、各运动部件的惯性力、连接螺栓的预紧力等;收集或贮存从各摩擦表面漏出的润滑油,柴油机通过机座与船体上的底座固定。因此,要求机座不仅要具有足够的强度,而且更重要的是具有足够的刚度。因为机座的变形会直接影响运动部件的精确位置和良好的配合,将加速运动部件的磨损,导致柴油机不能正常工作。
    大型柴油机机座型式一般是整体方箱形结构,如图3-65(b)所示。图3-65(a)是平底焊接结构机座的横剖面,它是由上座板、纵向侧板、下座板、内横隔板、主轴承座等组成,各框形空间相通并设有输油孔。为了增加纵向刚度,增设中间侧板。为了减轻重量在横隔板上设有减重孔。贯穿螺栓的螺帽压紧在横梁下端边缘上。在底板上方设有滤网,避免落入油池的润滑油产生气泡和滤掉杂物。下座板可直接安装在机舱双层底的舱板上,不用另设基座。
    大连船用柴油机厂生产的L6OMC柴油机机座是由两侧的纵梁及带铸钢轴承座的焊接横梁组成。该机机座具有很高的刚性和较小的外形尺寸,其结构形状如图3-66所示。
    图3-67为整体铸铁机座,主要用在中小型柴油机中。图3-66(a)为6250柴油机机座的横剖面,图3-66(b)为4140柴油机机座立体简图。在机座上平面有与机体连接的螺孔,主轴承座设在横隔板上,横隔板上铸有加强筋条两侧有与船体基座相连接的支承,这种机座相对支承的重心较低。
    (二)油底壳
    油底壳是具有倒挂式或隧道式主轴承结构的柴油机所具有的部件。其主要功用是:封闭曲轴箱,防止脏物进入而污染滑油;收集和贮存(湿式)润滑油。常见的油底壳是钢板焊接或由铸铁、铝合金浇铸而成。
    油底壳结构比较简单,上边四周平面用螺钉与机体下平面相连接,在连接面间设有防漏垫。在油底壳上设有油标尺插孔、放油口、感温元件接口等。图3-68(a)为Z12V19OB型柴油机的油底壳,是由钢板焊接而成。中间装有防泡板,用以消除润滑油落入油底壳时产生泡沫,影响润滑系统的正常工作。在底部还装有二排蛇形铜管,首尾两端与预热蒸汽系统相通,用以柴油机在低温起动前通入蒸汽,预热滑油,降低粘度减少摩擦阻力,使起动容易。图3-68(b)为135柴油机的油底壳,较深部分是为了保证润滑油具有一定深度,滑油泵的吸入口就设在这里。
    三、机体功用和结构
    (一)机体的功用
    机体是柴油机的骨架,大、中型柴油机机体由气缸体和机架两部分组成,小型柴油机和轻型大功率高速柴油机的机体由气缸体和曲轴箱组成。气缸体上面安装气缸盖;气缸体中装有气缸套,气缸套与气缸体间形成冷却水腔(湿式气缸套),机体下平面与机座或油底壳相连,形成曲轴回转的封闭空间,在机体外部还安装有喷油泵、调速器、起动换向装置、配气和喷油泵的驱动机构、扫气箱、各种管路系统及其他辅助装置等。
    因此,机体承受着气体爆发压力,运动部件的侧推力、惯性力以及安装部件的紧固力等。这就要求机体具有足够的强度和刚度。一般,中小型铸造机体采用高强度铸铁,如HT21-40、HT28-48或合金铸铁。在高速轻型柴油机中往往采用铝合金铸造而成的机体。在大型低速柴油机中为了减轻重量,机体用钢板焊接而成。
    (二)机体结构
    在低速十字头式柴油机中,机架和气缸体是分开制作的。图3-69是L6OMC大型低速柴油机的机架和气缸体的立体简图,机架形如“A”字,由钢板焊接而成。机架两侧设有道门孔,用以装修人员从此进入接近十字头、主轴承及曲柄销轴承等。机架内设有贯穿螺栓孔,用以通过贯穿螺栓把机座、机架、气缸体三者紧固成一体;机架内对每个气缸安装有十字头滑块的导板及一个开槽的冷却润滑油出口管(在该管内固定在十字头上的冷却润滑油出口管可以移动)。
    每个气缸的气缸体是单独制作的,各气缸体之间通过结合面由螺栓拉紧连接。每个气缸体有两个中心孔包住(封闭)气缸套,一个孔位于气缸体内的顶部,另一个是在气缸体内侧中间向下的位置上。气缸体的上部包着气缸套中部形成了冷却水腔,而其底部构成扫气空间(参看图3-82)。气缸体底部的中心孔用来安装活塞杆填料函(参看图3-8l RL56型机的缸体部分)。在气缸体排气侧有一圆形开孔,它与柴油机纵向的扫气总管相通。另外还有一个孔供冷却水管通入(图中未画)。气缸体另一侧布置有供清扫和检查冷却水腔的道口及门盖。
    图3-70(a)是6250型中速柴油机的机体横剖面。机架与气缸体用高强度铸铁铸成一个整体。机体内装有气缸套,右上方设有安装凸轮轴的孔道,左侧内铸有冷却水总管。机体两侧设有道门孔供拆装或检查连杆和主轴承用,平时由道门封闭。该机为正置式主轴承型式,所以机体上没有主轴承座。图3-70(b)为4140型柴油机机体的立体简图。
    图3-71是L20/27型柴油机具有倒挂式主轴承座的箱式机体结构。它的横截面是双层矩形,抗挠曲性能好;进气管和空气冷却器均包容在机体内,使机体外形整齐。机体上部内孔有三个支承供安装气缸套用,以加强缸套的刚性。


    图中左上腔是装喷油泵的空间,喷油泵成倒挂式安装在这里;右上腔是安装空气冷却器的空间;左、右中部空间与气缸套形成储气腔,从增压器出来的空气自柴油机输出端入口进人中部左侧气腔,再经相邻气缸套下部之间进入中部右侧气腔,对气缸套下部进行一定冷却,然后进入空气冷却器,经过冷却后的空气再进人气缸。这样可以缓和由增压器出来的高速空气流,将气流的动能变成压能,使进入各气缸的空气流量较为均匀。



    机体下部设有倒挂式轴承座。
    在轻型高速柴油机中,气缸体和曲轴箱也是分开制作的,如轻12V18O和轻42-160型柴油机就是这样。
    四、主轴承的功用、分类和结构
      (一)主轴承的功用
    曲轴的主轴颈安装在主轴承中,因此主轴承的功用是支承曲轴,保证曲轴的正确轴线,使曲轴在其中能轻快平稳地转动。每台柴油机都有几个普通的径向轴承和一个定位止推轴承。普通径向主轴承仅用来承受曲轴的径向力,而定位止推轴承除了承受径向力外,还承受轴向推力并起轴向定位作用。有的柴油机曲轴上专门设有推力环,这就必须设有与之对应的专门推力轴承来承受推力和起定位作用(作为较大功率的船舶主机)。


    主轴承承受燃气压力和运动部件的惯性力,使之受到冲击负荷;主轴承与曲轴主轴颈相对回转运动,因而受到摩擦力作用。各主轴承中心不仅要同心,而且其中中心线要与气缸中心线相垂直,因为这会直接影响运动部件与气缸、主轴承的正确位置关系。因此,主轴承要具有足够的强度、刚度和耐磨性能;主轴承与主轴颈要有合适的间隙,允许进入适量的润滑油,保证油膜的形成,减少摩擦并带走摩擦而产生的热量。轴承的间隙很重要,间隙太小会使轴承缺油,造成轴承过热甚至引起轴承合金烧熔而产生抱轴事故;间隙太大会产生振动和冲击,不利于油膜的形成,使磨损增加,甚至敲碎轴承合金,同时也会引起润滑系统滑油压力过低。合适的间隙在各柴油机说明书中都有规定。


    (二)主轴承的分类和结构
    主轴承按摩擦方式可分为滚动主轴承和滑动主轴承两类。按主轴承座的位置可分为正置式、倒挂式、隧道式三种,前两种采用滑动式轴承,后一种采用滚动式轴承。
    滑动式主轴承主要由轴承座、轴承盖、轴瓦、轴承螺栓等组成。正置式主轴承的轴承座设在机座横隔板上,与机座成一整体,其内放置下轴瓦,轴承盖内放置上轴瓦,曲轴主轴颈装入后轴承盖通过2~4个连接螺栓与轴承座紧固。为了调整主轴承与主轴颈的间隙,在轴承盖与主轴承座接合面间加有垫片。轴承盖上还设有润滑油管。具体结构如图3-72所示。


    在中、大型柴油机中,轴承盖的固紧方式也有采用撑柱螺栓的。如图3-73是RL56型柴油机的撑柱螺栓紧固式主轴承。螺栓上面顶在机架上,下面压住轴承盖。由于撑柱螺栓的撑支点可以靠近轴承盖的中部,因而可使轴承盖中部所受弯矩减少,同时在结构上也允许缩小贯穿拉杆螺栓的横向跨距,从而降低机座所承受的横向弯曲应力。撑柱螺栓两端设有钢球,分别嵌在轴承盖及机架上的凹坑内,上端设有油压拉伸器,由液压油缸和液压活塞等组成。


    要压紧轴承盖时,按专门的高压油泵说明书规定的压力供给高压油,高压油进入拉伸器活塞的上部空间,使液压油缸向上顶住机架,活塞向下移动,这样使撑柱螺帽与液压油缸下面出现间隙,这时可用扳手插入螺帽孔中向上旋转螺帽直到与油缸下面接触为止,然后放泄高压油,撑柱螺栓又有弹性伸长,主轴承盖被牢牢压紧在主轴承座上。为了保证轴承盖压紧后不偏斜,两个撑柱螺栓要同时上紧。为了防止上紧后的螺帽转动,用钢丝将其与撑柱螺栓锁紧。



    另外,为了在不拆卸轴承盖的情况下能检查主轴承的磨损量,在主轴承瓦的前后两端钻有测量孔,以便用深度量规进行测量。
    如图3-74所示,倒挂式主轴承座设在机体上的横隔板上并与之成一整体,轴承盖通过主轴承螺栓与主轴承座紧固在一起,将曲轴倒挂在主轴承中,这种轴承的轴承盖承受着燃气压力和运动部件的惯性力,因此要求轴承盖及轴承螺栓有足够的强度和刚度。其优点是拆修曲轴及轴承时比较方便,只需拆下油底壳即可。
    滑动主轴承的上、下轴瓦构成轴承的圆孔,在轴瓦壳内表面上浇有减磨合金。轴瓦分为厚壁轴瓦(6mm以上)和薄壁轴瓦(6mm以下)两种,以适应不同柴油机的需要。为了使润滑油进入摩擦表面并能均匀分布,在轴瓦上开有油槽;在上下轴瓦的接合面内侧还铣有斜油槽,其宽度约为轴瓦宽度的三分之二左右,该油槽的作用是储存润滑油,使润清油均匀分布到轴承的全部宽度范围内,同时也能沉积磨损下来的金属微粒和其它机械杂质,以免这些硬粒在摩擦表面增加轴承和轴颈的磨损,如图3-75所示。
    此外,各道主轴承的中心必须一致,否则将引起曲轴的变形。


    在运转中曲轴产生中心线挠曲的主要原因是:个别主轴承过度磨损、局部下沉;也可能由于机座本身变形或受船舶载重不当引起船体变形而导致机座的变形。
    判断主轴承的高低可用测量臂距差(拐档差)的方法或用桥规的测量方法。所谓臂距差是指活塞在上、下止点位置时单位曲柄两曲柄臂之间的距离差。如图3-76(a)、(b)所示,当两端主轴颈中心线发生挠曲现象后,将出现臂距差,根据臂距差来分析轴承的高低情况。
    “桥规”是检查主轴承下沉的专用量具,一般柴油机制造厂随机配备一把。测量时将轴承盖卸下,如图3-76(c)所示把桥规放上,将测得的数值k与出厂时的原始值及上次测的数值加以比较即可得到主轴瓦的磨损而引起主轴颈下沉量或曲轴中心线的弯曲状态。
    船舶在营运过程中,如果发现臂距差过大在修正前最好用桥规测量各道主轴颈的桥规值k和轴承的下沉量,通过桥规值与臂距差绘出来的轴线状态图进行一下比较,如果两者不一致,则说明臂距差过大不是因主轴承磨损不均匀所引起的,可能是由于机座变形的缘故。



    柴油机中除了上述承受径向力的若干个径向主轴承外,还有一个起轴向定位的推力轴承,以防止曲轴的轴向移动,这种轴承常设置在输出端最末一个轴承座上。当采用厚壁轴瓦时,在轴瓦两侧制有翻边,翻边上也浇有减磨合金,利用翻边来防止曲轴轴向移动,如图3-77(a)所示。当采用薄壁轴瓦时,出于强度不足,不能靠翻边来起定位和止推作用,可另外加一副止推环,它由两半环组成。环端面浇有减磨合金,其中一半用铜平头螺钉紧固在主轴承盖端面半圆环槽内,另一半压入主轴承座端面半圆环槽内,靠止推环来承受轴向力,防止曲轴的轴向移动,如图3-77(b)所示。
    在大型船用主机中,在曲轴末端专门设有推力环,专门的推力轴承位于柴油机机座的最末端。螺旋桨产生的推力通过尾轴、中间轴再由推力环传给安装有推力盘(座)中的位于推力环两侧的推力块(由多个扇形组成),推力盘(座)装在轴承壳体内并固定于适当位置,于是推力通过推力盘到轴承座传给船体。扇形块相对于推力环摩擦表面上浇有白合金。它们之间由柴油机压力润滑系统进行润滑,并装有控制和警报装置。如果轴承中的滑油温度过高或滑油压力降低,则该装置开始起作用。L-MC/MCE柴油机的推力轴(带有推力环的轴段)与曲轴锻为一体,推力环的外圆法兰用来固定传动凸转轴的主动链轮,如图3-44(b)所示。
    该机型的推力轴承结构如图3-77(c)所示。由正、倒车推力块各八块,沿圆周排列,约占2/3圆周的扇面,分别装于正、倒车推力块的上方各设有止动器10来定位;推力环与推力块之间的滑油来自主轴承润滑系统;为了防止润滑油从轴颈处漏出机外,在轴颈上设有油封,在轴的转动下,甩油环2将轴上的滑油甩回,未甩净的滑油再由刮油环刮下。


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