Назначение и устройство шатуна: Шатун поршня: конструкция, причины неисправности, ремонт

Содержание

Шатун и его назначение в двигателе

Шатун является важным элементом и звеном между коленчатым валом и поршнем, и именно от него зависит преобразование поступательного движения поршня во вращательное движения вала.

Постоянные нагрузки, начиная от растяжения и заканчивая сжатием, оказывают не самое лучшее воздействие на шатун, потому к данному элементу выдвигаются самые жесткие требования. Так, шатун должен быть максимально прочным и в меру жестким, но, в то же время, вполне легким. Чаще всего он изготавливается одним из двух методов – горячей штамповкой или литьем из стали. Шатуны на спортивных моделях авто также нередко выбираются из сплава титана.

В зависимости от компоновочной схемы и типа силовой установки, конструкция шатуна может быть различной. Высота силовой установки определятся длиной шатуна. Сам шатун условно можно подразделить на несколько важных составляющих: кривошипную голову, поршневую головку и стержень.

Стержень обладает двутавровым сечением, но так бывает не всегда. В частности, встречаются шатуны с крестообразным, прямоугольным, Н-образным и круглым сечением. К подшипнику поршневой головки масло подается через канал, расположенный в стержне шатуна.

По своему виду поршневая головка напоминает цельную проушину, в которую с натягом внедрена втулка – подшипник скольжения, который обеспечивает скольжение поршневому пальцу. Втулка бывает различных видов, но чаще всего встречаются два вида – бронзовые втулки и биметаллические, в которых комбинируется несколько сплавов (к примеру, сталь и олово, или сталь и свинец). Устройство головки поршня напрямую зависит от того, каков он по своим размерам и какой способ крепления использован. В некоторых силовых установках применяются специальные шатуны, имеющие трапециевидную форму головки поршня. Это обеспечивает не только уменьшение общей массы шатуна, но и снижение нагрузки на поршневой палец.

Соединение коленчатого вала и шатуна обеспечивается кривошипной головкой. Она чаще всего создается разъемной на большей части двигателей, и это напрямую обусловлено особенностями технологии сборки ДВС. Крышка (низ головки) посредством болтов соединяется с шатуном. Бандажное и штифтовое соединение частей головки также встречается, но значительно реже. Разъем бывает двух видов – косой и прямой. Первый исполнен под углом оси стержня, а второй ей перпендикулярен. В V-образных моторах преимущественно используется косой разъем, а блок силовой установки становится за счет этого значительно компактнее.

Стыковые поверхности кривошипной головки создаются профилированными, что позволяет эффективно препятствовать воздействию поперечных сил. Выделяют несколько типов соединений, среди которых самыми популярными являются замковое и зубчатое. Но наибольшее распространение получило соединение частей способом сплит-разъема (так называют метод контролируемого раскалывания). Благодаря разлому становится возможным высочайшая степень точности стыковки различных частей.

Длина блока цилиндров определяется толщиной кривошипной головки. В особенности данное утверждение справедливо по отношению к W- и V-образным силовым установкам

. Чтобы лучше понять это, достаточно отметить, что нижняя головка шатуна мотора W12, которым оснащаются популярные модели Audi, по своей толщине равна 13 мм..

Размещенный в кривошипной головке шатунный подшипник состоит из 2-х вкладышей. Данные вкладыши могут состоять из различного количества слоев, начиная от двух, и заканчивая пятью. Наиболее популярными принято считать двух и трехслойные вкладыши. Состоящий из двух слоев вкладыш в своей основе имеет прочную сталь, а на эту сталь нанесено антифрикционное специальное покрытие. Те же самые компоненты составляют и трехслойный вкладыш, но, помимо них, в него еще включается изоляционная прокладка.

Как отбалансировать шатун своими руками (видео):

Доработка шатунов двигателя ВАЗ (видео):

Как определить менять шатун или нет (видео):

Назначение, материал изготовления и устройство шатуна

Ш ату́н (иногда ещё называют тяговое дышло) — деталь, соединяющая поршень (посредствомпоршневого пальца) и шатунную шейку коленчатого вала или движущих колёс паровоза. Служит для передачи возвратно-поступательных движений поршня к коленчатому валу или колёсам для преобразования во вращательное движение. Для меньшего износа шатунных шеек коленчатого вала между ними и шатунами помещают 

специальные вкладыши, которые имеют антифрикционное покрытие.

Виды, назначение, материал изготовления и устройства поршневых колец

Поршневые кольца — это незамкнутые кольца, которые плотно посажены в канавках на внешних поверхностях поршней в поршневых двигателях, таких как двигатели внутреннего сгорания или паровые двигатели.

Поршневые кольца выполняют три главные функции:

  1. уплотнение (герметизацию) камеры сгорания (или камеры расширения).

  2. Улучшение теплопередачи через стенку цилиндра.

  3. Регулирование расхода смазки.[1][1]

Разрыв между концами поршневого кольца сжимается до нескольких тысячных долей сантиметра, когда поршень установлен в цилиндре.

1. Перед установкой новых поршневых колец проверьте зазор в замке поршневого кольца.

2. Расположите поршни и поршневые кольца в соответствии с цилиндрами, в которых они будут работать.

3. Установите поршневое кольцо в канавку поршня.

4. Лезвием щупа измерьте зазор поршневого кольца в канавке поршня.

5. Установите верхнее уплотнительное кольцо в первый цилиндр и днищем поршня протолкните его в цилиндр до основания цилиндра.

6. Используя щуп, измерьте зазор в замке поршневого кольца.

7. Повторите процесс измерения с кольцом, установленным в верхней части цилиндра и сравните результаты измерения с техническими требованиями.

8. Повторите операцию проверки для каждого кольца в первом цилиндре, затем для колец в остальных цилиндрах.

9. Установите поршневые кольца на поршни таким же образом, как и при снятии (см. рис.Расположение поршневых колец на поршне).

10. В первую очередь устанавливается маслосъемное кольцо, которое состоит из трех отдельных элементов. Установите расширитель маслосъемного кольца в канавку поршня, затем последовательно установите верхнее и нижнее маслосъемные кольца.

11. Установите компрессионное кольцо 2 таким образом, чтобы метка на торце была направлена вверх (см. рис. Расположение метки R или N на поршневом кольце). Не перепутайте первое и второе компрессионные кольца, так как они имеют различный профиль.

12. После установки поршневых колец на поршне проверьте легкость перемещения поршневого кольца в канавке поршня.

13. Установите замки поршневых колец на поршне так, как показано на рис. Расположение замков поршневых колец на поршне

1. Назначение, конструкция и условия работы шатуна дизеля Д100. Устройство и ремонт шатунно-поршневой группы дизеля Д100

Похожие главы из других работ:

Автоматика паротурбинной установки танкеров типа «Крым»

4. Условия работы дизеля

Судовые дизельные установки состоят из двигателя и систем, обеспечивающих его функционирование: топливоподачу, воздухоподачу, смазывание, охлаждение, пуск, реверс, ручное и автоматическое управление…

Генератор постоянного тока ГП-311

1. Назначение и условия работы тягового генератора постоянного тока ГП311

Тяговые генераторы предназначены для преобразования механической энергии дизеля в электрическую питанию тяговых двигателей непосредственно или через выпрямительную установку…

Организации технического обслуживания и ремонта главного контроллера ЭКГ-8Ж

1.1 Назначение, конструкция и условия работы главного контроллера ЭКГ-8Ж

Главный контроллер ЭКГ-8Ж предназначен для переключения под нагрузкой ступеней вторичной обмотки тягового трансформатора с целью изменения напряжения на тяговых двигателях…

Проект участка сборки и ремонта двигателей авторемонтного предприятия на 1600 автомобилей ГАЗ-53А

3.2 Назначение и условия работы восстанавливаемой детали

Коленчатый вал является высоконагруженной деталью двигателя. В процессе эксплуатации двигатель машины подвержен различным нагрузкам, в том числе и неблагоприятным, это пуск двигателя в холодных условиях, не качественное смазочное масло…

Рабочие процессы рулевого привода автомобиля ГАЗ–3308

1.1 Назначение и условия работы

Рулевой привод совместно с рулевым механизмом передает управляющее усилие от водителя непосредственно к колесам и обеспечивает этим поворот управляемых колес на задаваемый угол…

Разработка технологии восстановления клапана автомобиля ГАЗ-24

1.1 Назначение и условия работы двигателя

На автомобили «Волга» устанавливаются четырёхцилиндровые четырёхтактные карбюраторные двигатели двух модификаций (24Д и 2401) с рядным расположением цилиндров и жидкостным охлаждением. Эти двигатели отличаются только степенью сжатия…

Разработка технологии капитального ремонта мостового крана

1.5 Назначение, конструкция, принцип работы мостового крана. Техническая характеристика

Мостовой кран — подъемный кран, предназначенный для подъема, опускания и горизонтального перемещения различных грузов. По конструкции моста краны (см. рисунок 7) разделяются на двухбалочные и однобалочные — кран-балки…

Разработка технологического процесса ремонта поршня дизеля Д49

1.1 Назначение, конструкция и условия работы поршня дизеля Д49 на тепловозе

Шатунно-поршневая группа вместе с коленчатым валом являются основным рабочим механизмом поршневого двигателя внутреннего сгорания. Поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала при помощи шатуна…

Спроектировать участок по ремонту двигателей и разработать технологический процесс и восстановления коленчатого вала

3.1 Назначение, конструктивные особенности, условия работы заданной детали

Коленчатый вал — одна из основных деталей двигателя, определяющая вместе с другими деталями цилиндро-поршневой группы его ресурс. Коленчатые валы двигателей внутреннего сгорания являются кривошипом кривошипно-шатунного механизма…

Судовые двигатели внутреннего сгорания

1. Назначение, конструкция, условия работы, материалы блоков и блок-картеров судовых ДВС

Современный дизель представляет собой сложную тепловую машину, состоящую из определенных групп деталей, механизмов, систем и устройств. Современный двигатель состоит из неподвижных деталей двигателя, которые называются остовом дизеля…

Технологический процесс восстановления вилки включения гидронасоса

1.1 Функциональное назначение, техническая характеристика и условия работы агрегата

Привод гидронасоса предназначен для передачи крутящего момента к гидронасосу, а также для включения и отключения его. Крутящий момент подаётся на зубчатое колесо, находящееся в постоянном зацеплении с шестерней…

Технологический процесс восстановления вилки включения гидронасоса

2.1 Функциональное назначение, технические требования и условия работы детали

Вилка включения гидронасоса предназначена для перемещения муфты включения гидронасоса в осевом направлении. Она крепится на оси рычага с помощью болта и фиксирующей втулки. Соединение неподвижное…

Технология ремонта масляного насоса

1. Назначение и условия работы масляного насоса

Для циркуляции смазки под давлением на дизеле установлен шестеренчатый масляный насос. Чугунный корпус насоса имеет два патрубка с фланцами. К одному из них масло подводится из поддизельной рамы, а по другому оно нагнетается в масляную систему…

Технология ремонта полоза токоприёмника П-3 электровоза ВЛ-8 в объёме подъёмочного ремонта ТР-3

1. Назначение, конструкция и условия работы ремонтируемого узла

Полоз токоприёмника является одной из самых важных частей токоприёмника. Он устанавливается на токоприёмнике электровоза и предназначен для крепления токосъёмных вставок. Токосъёмные вставки являются сменными токопроводящими элементами…

Устройство и ремонт шатунно-поршневой группы дизеля Д100

2. Описание характеристик неисправностей и износа деталей сборочной единицы — шатуна дизеля Д100

Шатуны и шатунные болты с трещиной в любом месте — бракуют и заменяют. Производить любые сварочные работы на шатуне категорически запрещено. У верхней головки трещина первоначально возникает со стороны отверстия под втулку…

Шатунный механизм тепловоза — Устройство и ремонт дизеля — Справка 2ТЭ116

     Шатун передаёт усилие от поршня на кривошип коленчатого вала  и вместе с ним преобразует возвратно – поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Шатунный механизм (рис.35) состоит из главного 1 и прицепного 11 шатунов. Для повышения усталостной прочности поверхности шатунов и крышки подвергаются дробенаклёпу.

     Шатуны соединены между собой пальцем 12, который  устанавливается во втулке 13, запрессованной в проушине главного шатуна. Прицепной шатун крепится к пальцу 12 двумя болтами 10, которые стопорятся шайбами.

     В верхние головки обоих шатунов запрессованы стальные втулки 7, залитые свинцовистой бронзой. Для подачи масла к поршневому пальцу в средней части каждой втулки имеется канал с двумя отверстиями. Нижняя головка главного шатуна имеет съемную крышку 15, которая крепится к стержню четырьмя болтами 14.

Рис. 35 – Шатунно-поршневая группа

1 – главный шатун; 2 – поршень; 3 – пружина; 4 – стакан; 5 – маслосъемное

кольцо с экспандером; 6 – тронк; 7 – втулка верхней головки шатуна; 8 – палец; 9 – стопорное кольцо; 10 – болт прицепного шатуна; 11 – прицепной шатун; 12 – палец прицепного шатуна; 13 – втулка-подшипник; 14 – шатунные болты; 15 – крышка; 16 – вкладыши; а, в, г, д, е – каналы, б – полость охлаждения, ж – отверстие под штифт; з – зубчатый стык.

     Стык нижней головки и крышки 15 имеет зубцы треугольной формы, препятствующие поперечному смещению крышки. В нижнюю головку главного шатуна установлены верхний и нижний 16 стальные тонкостенные вкладыши, залитые свинцовистой бронзой. На свинцовистую бронзу нанесено гальваническое покрытие из сплава олова, свинца и меди.

     Вкладыши устанавливаются с натягом, положение каждого из них фиксируется штифтами. Значение натяга вкладыша, измеренного в специальном приспособлении, выбито цифрами на торце вкладыша. Верхний и нижний вкладыши не взаимозаменяемы. В нижнем вкладыше, в отличие от верхнего, имеется канавка с отверстиями для  перетока  масла.

     Шатунный подшипник смазывается и охлаждается маслом, поступающим из коренных подшипников через каналы коленчатого вала.

 

 

Рис. 36 – Шатунный механизм

1 – главный шатун; 10 – болт прицепного шатуна; 11 – прицепной шатун; 12 – палец прицепного шатуна.

 

     По отверстиям в нижнем вкладыше и по каналу д в крышке 15 масло перетекает в канал нижней головки шатуна и по втулке, уплотненной кольцом, в канал стержня главного шатуна. Далее часть масла поступает в продольный канал в стержне главного шатуна к втулке 7. Другая часть масла идет к втулке 13 и через канал  е  в пальце 12 по продольному каналу г  в стержне прицепного шатуна 11 к втулке 7. Из втулки 7 через отверстия в верхних головках шатунов масло поступает на охлаждение поршней.

     Вкладыши имеют толщину 5,9 мм, диаметр расточки нижней головки под подшипники 202 мм. У дизель-генераторов 1А-9ДГ исп.1 вкладыши имеют толщину 4,9 мм, а диаметр расточки нижней головки 210 мм. Изменение толщины вкладыша и диаметра расточки и увеличение площади зубчатого стыка позволили повысить жесткость нижней головки шатуна у дизель-генераторов 1А-9ДГ исп.2.

 

Ремонт

     Характерными неисправностями шатунного механизма являются: износ втулок верхних головок шатунов; трещины в шатунах; износ внутренних поверхностей головок шатунов; обрыв шатунных болтов; износ и повреждение резьбы болтов и гаек; вытягивание ниток резьбы.

     После разборки шатунов тщательно осматривают и проверяют магнитным дефектоскопом шатунные болты, поперечные риски на стержне и галтелях, трещины, повреждения резьбы не допускаются. При обнаружении трещин в главном шатуне его меняют вместе с крышкой. После проверки магнитным дефектоскопом проводят размагничивание деталей, подвергшихся проверке.

     При ослаблении посадки втулки верхней головки шатуна или втулки под прицепной палец, втулки меняют. При замене втулок их запрессовывают с натягом за счет разности температур (охлаждая втулки в жидком азоте и нагревая шатун, но не выше чем до 150ºС). При отсутствии азота допускается производить запрессовку втулок с помощью специального пресса.

     Обмерами проверяют зазор между втулкой верхней головки шатуна и поршневым пальцем, втулкой в проушинах и пальцем прицепного шатуна. При увеличении зазоров выше допустимых дефектные детали заменяют.

     В случае износа пальца – меняют втулку и палец. Пятна контактной коррозии на опорной поверхности нижней головки прицепного шатуна зачищают.

     При наличии более двух рисок шириной более 1 мм, глубиной более 0,3 мм, прижогов, очагов разрушения бронзы или износа гальванического покрытия до бронзы на рабочей поверхности вкладыши заменяют.

     Проверяют размер по стыку в свободном состоянии и натяг вкладышей при приложении равномерно распределенной нагрузки, равной 5900±100  Кгс. При несоответствии размеров, вкладыши меняют.

Как устроен и работает кривошипно-шатунный механизм двигателя

Двигатели внутреннего сгорания, используемые на автомобилях, функционируют за счет преобразования энергии, выделяемой при горении горючей смеси, в механическое действие – вращение. Это преобразование обеспечивается кривошипно-шатунным механизмом (КШМ), который является одним из ключевых в конструкции двигателя автомобиля.

УСТРОЙСТВО КШМ

Кривошипно-шатунный механизм двигателя состоит из трех основных деталей:

  1. Цилиндро-поршневая группа (ЦПГ).
  2. Шатун.
  3. Коленчатый вал.

Все эти компоненты размещаются в блоке цилиндров.

ЦПГ

Назначение ЦПГ — преобразование выделяемой при горении энергии в механическое действие – поступательное движение. Состоит ЦПГ из гильзы – неподвижной детали, посаженной в блок в блок цилиндров, и поршня, который перемещается внутри этой гильзы.

После подачи внутрь гильзы топливовоздушной смеси, она воспламеняется (от внешнего источника в бензиновых моторах и за счет высокого давления в дизелях). Воспламенение сопровождается сильным повышением давления внутри гильзы. А поскольку поршень это подвижный элемент, то возникшее давление приводит к его перемещению (по сути, газы выталкивают его из гильзы). Получается, что выделяемая при горение энергия преобразуется в поступательное движение поршня.

Для нормального сгорания смеси должны создаваться определенные условия – максимально возможная герметичность пространства перед поршнем, именуемое камерой сгорания (где происходит горение), источник воспламенения (в бензиновых моторах), подача горючей смеси и отвод продуктов горения.

Герметичность пространства обеспечивается головкой блока, которая закрывает один торец гильзы и поршневыми кольцами, посаженными на поршень. Эти кольца тоже относятся к деталям ЦПГ.

ШАТУН

Следующий компонент КШМ – шатун. Он предназначен для связки поршня ЦПГ и коленчатого вала и передает механических действий между ними.

Шатун представляет собой шток двутавровой формы поперечного сечения, что обеспечивает детали высокую устойчивость на изгиб. На концах штока имеются головки, благодаря которым шатун соединяется с поршнем и коленчатым валом.

По сути, головки шатуна представляют собой проушины, через которые проходят валы обеспечивающие шарнирное (подвижное) соединение всех деталей. В месте соединения шатуна с поршнем, в качестве вала выступает поршневой палец (относится к ЦПГ), который проходит через бобышки поршня и головку шатуна. Поскольку поршневой палец извлекается, то верхняя головка шатуна – неразъемная.

В месте соединения шатуна с коленвалом, в качестве вала выступают шатунные шейки последнего. Нижняя головка имеет разъемную конструкцию, что и позволяет закреплять шатун на коленчатом валу (снимаемая часть называется крышкой).

КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ

Назначение коленчатого вала — это обеспечение второго этапа преобразования энергии. Коленвал превращает поступательное движение поршня в свое вращение. Этот элемент кривошипно-шатунного механизма имеет сложную геометрию.

Состоит коленвал из шеек – коротких цилиндрических валов, соединенных в единую конструкцию. В коленвале используется два типа шеек – коренные и шатунные. Первые расположены на одной оси, они являются опорными и предназначены для подвижного закрепления коленчатого вала в блоке цилиндров.

В блоке цилиндров коленчатый вал фиксируется специальными крышками. Для снижения трения в местах соединения коренных шеек с блоком цилиндров и шатунных с шатуном, используются подшипники трения.

Шатунные шейки расположены на определенном боковом удалении от коренных и к ним нижней головкой крепится шатун.

Коренные и шатунные шейки между собой соединяются щеками. В коленчатых валах дизелей к щекам дополнительно крепятся противовесы, предназначенные для снижения колебательных движений вала.

Шатунные шейки вместе с щеками образуют так называемый кривошип, имеющий П-образную форму, который и преобразует поступательного движения во вращение коленчатого вала. За счет удаленного расположения шатунных шеек при вращении вала они движутся по кругу, а коренные — вращаются относительно своей оси.

Количество шатунных шеек соответствует количеству цилиндров мотора, коренных же всегда на одну больше, что обеспечивает каждому кривошипу две опорных точки.

На одном из концов коленчатого вала имеется фланец для крепления маховика – массивного элемента в виде диска. Основное его назначение: накапливание кинетической энергии за счет которой осуществляется обратная работа механизма – преобразование вращения в движение поршня. На втором конце вала расположены посадочные места под шестерни привода других систем и механизмов, а также отверстие для фиксации шкива привода навесного оборудования мотора.

ПРИНЦИП РАБОТЫ МЕХАНИЗМА

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма рассмотрим упрощенно на примере одноцилиндрового мотора. Такой двигатель включает в себя:

  • коленчатый вал с двумя коренными шейками и одним кривошипом;
  • шатун;
  • и комплект деталей ЦПГ, включающий в себя гильзу, поршень, поршневые кольца и палец.

Воспламенение горючей смеси выполняется когда объем камеры сгорания минимальный, а обеспечивается это при максимальном поднятии вверх поршня внутри гильзы (верхняя мертвая точка – ВМТ). При таком положении кривошип тоже «смотрит» вверх. При сгорании выделяемая энергия толкает вниз поршень, это движение передается через шатун на кривошип, и он начинает двигаться по кругу вниз, при этом коренные шейки вращаются вокруг своей оси.

При провороте кривошипа на 180 градусов поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ). После ее достижения  выполняется обратная работа механизма. За счет накопленной кинетической энергии маховик продолжает вращать коленвал, поэтому чему кривошип проворачивается и посредством шатуна толкает поршень вверх. Затем цикл полностью повторяется.

Если рассмотреть проще, то один полуоборот коленвала осуществляется за счет выделенной при сгорании энергии, а второй – благодаря кинетической энергии, накопленной маховиком. Затем процесс повторяется вновь.

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ. ТАКТЫ

Выше описана упрощенная схема работы КШМ. В действительности чтобы создать необходимые условия для нормального сгорания топливной смеси, требуется выполнение подготовительных этапов – заполнение камеры сгорания компонентами смеси, их сжатие и отвод продуктов горения. Эти этапы получили название «такты мотора» и всего их четыре – впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Из них только рабочий ход выполняет полезную функцию (именно при нем энергия преобразуется в движение), а остальные такты – подготовительные. При этом выполнение каждого этапа сопровождается проворотом коленвала вокруг оси на 180 градусов.

Конструкторами разработано два типа двигателей – 2-х и 4-тактный. В первом варианте такты совмещены (рабочий ход с выпуском, а впуск – со сжатием), поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за один полный оборот коленвала.

В 4-тактном двигателе каждый такт выполняется по отдельности, поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за два оборота коленчатого вала, и только один полуоборот (на такте «рабочий ход») выполняется за счет выделенной при горении энергии, а остальные 1,5 оборота – благодаря энергии маховика.

ОСНОВНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ

Несмотря на то, что кривошипно-шатунный механизм работает в жестких условиях, эта составляющая двигателя  достаточно надежная. При правильном проведении технического обслуживания, механизм работает долгий срок.

При правильной эксплуатации двигателя ремонт КШМ потребуется только из-за износа ряда составных деталей – поршневых колец, шеек коленчатого вала, подшипников скольжения.

Поломки составных компонентов КШМ происходят в основном из-за нарушения правил эксплуатации силовой установки (постоянная работа на повышенных оборотах, чрезмерные нагрузки), невыполнения ТО, использования неподходящих горюче-смазочных материалов.

Последствиями такого использования мотора могут быть:

  • залегание и разрушение колец;
  • прогорание поршня;
  • трещины стенок гильзы цилиндра;
  • изгиб шатуна;
  • разрыв коленчатого вала;
  • «наматывание» подшипников скольжения на шейки.

Такие поломки КШМ очень серьезны, зачастую поврежденные элементы ремонту не подлежат их нужно только менять. В некоторых случаях поломки КШМ сопровождаются разрушениями иных элементов мотора, что приводит мотор в полную негодность без возможности восстановления.

ОБСЛУЖИВАНИЕ КШМ

Чтобы КШМ не стало причиной выхода из строя силового агрегата, достаточно выполнять ряд правил:

  1. Не допускать длительной работы двигателя на повышенных оборотах и под большой нагрузкой.
  2. Своевременно менять моторное масло и использовать смазку, рекомендованную автопроизводителем.
  3. Использовать только качественное топливо.
  4. Проводить согласно регламенту замену воздушных фильтров.

Не стоит забывать, что нормальное функционирование мотора зависит не только от КШМ, но и от  смазки, охлаждения, питания, зажигания, ГРМ, которым также требуется своевременное обслуживание.

Назначение и конструкция шатунов.

Механизм движения служит для передачи энергии расширяющих газов на коленчатый вал дизеля, т.е. для преобразования поступательного движения поршня во вращательное вала.

В тронковых двигателях это осуществляется с помощью шатуна, соединяющего поршень с кривошипом коленвала.

Материал шатунов- углеродистая и легированная сталь.

Способ изготовления- ковка или штамповка.

Шатун состоит из трех основных частей- верхней головки, стержня (штока) и

нижней (мотылевой) головки

 

 

Разъемная нижняя головка шатуна.

1 вкладыши мотылевые

2,3 нижняя головка шатуна(мотыль).

 

1 верхняя головка шатуна. 2 вкладыши мотылевые. 3 корончатая гайка шатунного болта. 4 шатунный болт. 5 втулка головного подшипника. 6 Крышка нижней головки шатуна (мотыля). 7 шплинт гайки шатунного болта. 8 стопорный штифт шатунного болта.

Стержень шатуна может иметь сечения-круглые и двутавровые. В середине стержня делается отверстие для подвода масла от нижнего подшипника к головному на смазку поршневого пальца ,если предусмотренно конструкцией, охлаждение поршня. В маломощных ДВС иногда от не делают, но имеются отверстия в в верхней головке шатуна для смазки пальца от разбрызгивания масла в картере.

в двс средней и большой мощности нижнюю головку делают отъемной, которая крепится к пятке стержня шатуна шатунными болтами (рисунок слева) или отдельными специальными болтами( рисунок справа).


На корпусе нижней головки ставят заводской номер и номер цилиндра.

Для увеличения площади вкладышей и снижения на них удельной нагрузки для высоконагруженных ДВС нижнюю головку делают с косым разъемом ( для обеспечения условий монтажа в цилиндр).

 

В современных двс затяжку шатунных болтов проводят гидравлическим приспособлением- специальным домкратом определенным давлением растягивается шпилька, от руки воротком закручивается круглая гайка и снимается давление гидравлического домкрата. Откручивание происходит в обратном порядке.

 

Как известно, кроме рядного расположения цилиндров на водном транспорте широко применяются V-образные двигателя различной мощности. В этих двигателях встречаются различные схемы компановки расположения цилиндров и, соответственно, расположения и присоединения шатунов к кривошипу коленчатого вала.

Схемы соединения шатунов V-образных двигателей.

 

 

Слева направо-

1. Шатуны левого и правого ряда цилиндров чередуются и установлены каждый на отдельной мотылевой шейке.

2. Шатуны левого и правого ряда установлены на одной мотылевой шейке,но каждый конструктивно имеет свою нижнюю головку.

3. Шатун правого ряда(основной) имеет прицепной шатун.

Судовые дизели мощностью, как правило, более 4000л.с., делают 2-х тактными и крейцкопфными. В такой конструкции поршень имеет шток, который соединяется с крейцкопфом,- механизмом, который скользит по направляющим упорам. К нему же крепится шатун верхней головкой шатуна.

Такие двигатели выше чем тронковые. Однако их преимущество в том, что боковая сила давления газов не воспринимается поверхностью втулки цилиндра, а воспринимается крейцкопфом, что увеличивает значительно срок службы цилиндро-поршневой группы. Подпоршневое пространство у таких ДВС отделено специальным сальником от картера и часто используется как продувочный насос (дополнительный механический наддув).

 

Шатунные болты

Шатунные болты тихоходных двигателей (например, двухтактных) изготовляют из углеродистых (стали 35, 40, 45 и др.), а также хромоникелевых среднеуглеродистых сталей. Для изготовления шатунных болтов быстроходных двигателей используют высокопрочные хромоникельмолибденовые (или вольфрамовые) и хромо-никель-молибдено-ванадиевые стали 40ХН2МА, 40Х2Н2МА, 38ХНЗМА, 36Х2Н2МФА. Шатунные болты автомобильных и тракторных двигателей изготовляют из сталей 40Х, 45Х, ЗОХМА, 35ХМ и др. Болты должны заходить в отверстие плотно, гайка по резьбе двигается без заеданий, легко. Часто один болт имеет средний, центрующий половинки подшипника, если нижняя головка отъемная то второй болт имеет центрующий поясок вверху-центрует пятку шатуна и верхнюю половину подшипника. Затяжка болтов должна проводится динамометрическим ключом для исключения перетяжки, что может привести к разрыву болта во время работы ДВС. Корончатая гайка должна быть после затяжки зашплинтована.

Шатунные подшипники быстроходных ДВС часто соединяются болтами или шпильками и стопорятся специальными пастами.

Шатунные вкладыши.

 

Конструктивно шатунные вкладыши мало чем отличаются от рамовых. На некоторых дизелях они взаимозаменяемы с рамовыми.

От проворачивания имеют *усики*, которые заходят в постель вкладыша, но может быть вырез в торцах вкладыша для стопорения шатунным болтом. Затягиваются вкладыши с натягом 0.1-0.3 мм. В верхнем вкладыше, имеющем наибольшую нагрузку распределительную канавку для масла, как правило, не делают.

На старых моделях судовых дизелей антифрикционный слой из баббита, залитого в корпус нижнего подшипника. Перед установкой такой подшипник требует дополнительной шабровки (подгонки прилегания по шейке вала). Между половинками вставлялись специальные калиброванные прокладки из фольги для регулировки масляного зазора.

На современных судовых ДВС применяются трехслойные вкладыши, выдерживающие большие нагрузки, но требующие качественного смазочного масла.

Такие вкладыши не требуют подгонки при установке, запрещено замерять зазор щупом (только индикатором или обмером), и устанавливать прокладки для регулировки зазора.

Сквозь белый металл просвечивается медный слой более 50 % по площади-вкладыши требуют замены.

 

 

 

Ответить на следующие вопросы:

 

1. какое назначение поршня?

 

2. что такое составной поршень?

 

3. от чего зависит форма днища поршня.?

 

4. каково назначение и конструкции поршневых колец?

 

5 какова цель и способы охлаждения поршней?

 

6. назначение и конструкции, способы крепления поршневого пальца?

 

7. назначение и конструкции шатунов.

 

8. назначение и конструкции шатунных болтов.

 

 

Тема 1.5 2012 Коленчатый вал ДВС. Крутильные колебания и демпферы,

Маховики.

Поступательное движение поршня при помощи кривошипно –шатунного механизма превращается во вращательное движение коленчатого вала. В рамовых (коренных) шейках коленвал вращается под действием сил газов в процессе сгорания топлива, действующих на поршень ,шатун и на кривошип коленвала.

Изготавливают коленвалы ковкой или штамповкой, цельными или составными (для мощных дизелей.). Для повышения износоустойчивости шеек их обычно подвергают поверхностной закалке ТВЧ.

Материал коленчатых валов:

1— углеродистая сталь 35,40,50,35Г,45Г ( для МОД и СОД средней мощности.

2— Легированная сталь 40ХН, 40ХНВА и др. ( для ВОД и мощных СОД).

3— Высокопрочный модифицированный чугун со сферическим графитом

Конструктивно коленвал состоит из:

1—- рамовая (коренная шейка.

2—- щека кривошипа ( другие названия- колено,мотыль).

3—- шейка кривошипа.

Щеки вала могут быть прямоугольной ,овальной и круглой формы. Две щеки и шейка образуют кривошип, число которых соответствует числу цилиндров дизеля. Во избежание концентрации напряжений переход от шейки к щеке делается строго по определенному радиусу и называется галтелью. В рамовой и шатунной шейке имеются сквозные отверстия, которые соединяются между собой каналом в щеке. Тем самым обеспечивается подвод масла к шатунному, затем к головному подшипнику

Угол заклинки кривошипов и порядок вспышек в цилиндрах выбирается из условий наибольшей равномерности вращающего момента, уравновешивания ,равномерной нагрузки на рамовые подшипники и зависит от количества цилиндров дизеля. Для 4-х тактного ДВС угол заклинки равен =720\Z, для 2-х тактного 360\z,

Где z- число цилиндров.

На щеках коленвала часто устанавливают противовесы для компенсации влияния сил инерций. Коленвалы небольших размеров изготовляют вместе с противовесами, затем подвергают баллансировке ( высверлен металл). На коленвалах больших размеров устанавливают съемные противовесы закрепленные на болтах.

Кормовой конец коленвала имеет фланец, к которому крепится маховик на призонных болтах, и потребитель (валопровод, генератор и т.д.). Носовой конец используется для привода навешенных механизмов ( насосы систем охлаждения и смазки, навесной компрессор и т.д.), для этого на нем установлена приводная шестерня. Иногда на носовом конце устанавливают муфту отбора мощности- устройство позволяющее подключать, когда необходимо, еще один дополнительный потребитель (например ходовой электрогенератор, пожарный насос и т.д.).

Чтобы предотвратить просачивание масла после концевого рамового подшипника находится маслосбрасывающий гребень. В месте выхода коленвала из двигателя устанавливают сальниковое уплотнение ( монжету или войлочное уплотняющее кольцо). У нереверсивных двигателей предусматривается на валу со стороны концевого подшипника перед сальником маслосгонная резьба.

 

Маховик

Маховик или так называемое маховое колесо, представляет собой устройство из массивного диска (тяжелое колесо), расположенное на валу двигателя. Основное назначение маховика заключается в накапливании кинетической энергии движения. С помощью этой накопленной энергии он выводит поршни из мертвых точек и создает равномерность вращения коленчатого вала.

Маховик изготавливают путем отливки из чугуна. При стартерном запуске ДВС на обод маховика напрессовывают зубчатый венец (изготовленный из стали), который вращается вместе с маховиком и используется при пуске двигателя от шестерни стартера. Габариты маховика определяют допустимыми отклонениями от номинальной частоты вращения кинетической энергии, которую маховик должен отдать машине в заданное время.

. Энергия, которая аккумулируется маховиком, соответствует пропорциям его массе и квадрату скорости её вращения. Так как скорость больше, чем больше удаление массы от оси вращения маховика, ему обычно придают форму колеса с массивным ободом.

По окружности маховика наносится градуировка 360 град., котороя используется для регулировочных работ ( согласование распредвала с коленвалом, проверка и регулировка фаз газораспределения, угла опережения подачи топлива, угол открытия воздушного пускового клапана.). со стороны маховика снимается полезная мощность двигателя, т.е. к нему подключаются потребители энергии ДВС.

 

Демпферы (гасители крутильных колебаний)

Демпфер служит для ограничения напряжений , возникающих в коленчатом вале и валопроводе в результате резонанса крутильных собственных и вынужденных ( частоты вспышек в цилиндрах) колебаний. По конструкции существуют два типа демпферов:

1.. Жидкостные— энергия крутильных колебаний переходит в тепловую энергию жидкости (обычно селиконового масла). В корпусе демпфера находится свободно установленный обод (маховик гасителя). Зазоры между корпусом и ободом заполнены густым селиконовым маслом. Во время резонанса обод не успевает за корпусом, жидкость его задерживает и нагревается- тем самым уменьшаются значения напряжений в валах.

2.. в механическом демпфере масса установлена в корпусе на пружинах- энергия крутильных колебаний во время резонанса переходит в энергию пружин.

Резонанс собственных и вынужденных колебаний может наступить только на определенных оборотах. Такие обороты называются критическими. Если эти обороты находятся в зоне рабочих оборотов двигателя, то на тахометре их выделяют красным сектором-работать на критических оборотах запрещено и нужно их быстро проходить. Работа ДВС на критических оборотах характеризуется сильной вибрацией двигателя, валопровода и может привести к поломке коленвала или валопровода.

 

Упорный подшипник

Количество рамовых шеек на одну больше числа цилиндров. Для исключения осевого смещения коленвала один из рамовых подшипников выполняет роль упорного и имеет специальные боковые бурты с антифрикционным сплавом. В некоторых дизелях роль упорного подшипника выполняют специальные упорные полукольца и устанавливаются в одном из рамовых подшипников.

 

 

. В главных дизелях при прямой передаче мощности на винт иногда на коленчатом валу отковывается специальный упорный гребень для упорного подшипника с дополнительной рамовой шейкой- первой от маховика. Встроенный упорный подшипник ( подшипник Митчелла) работает как подшипник скольжения за счет специальных сегментов с антифрикционным сплавом, прижимаемые по комплекту с обоих сторон гребня (переднего и заднего хода), которые передают упор винта на фундаментную раму и далее на судовой фундамент дизеля. В мощных силовых установках упорный подшипник устанавливается в отдельном корпусе на промежуточном валу. В редукторах при небольшой мощности иногда применяют роликовые упорные подшипники.

 

УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК

а\ —неправильная кромка. б\— правильная подрезанная кромка сегмента

 

слева- подшипник Митчелла сегменты

справа- роликовый подшипник подшипника Митчелла

 

Тема 1.6 2012 механизм газораспределения, агрегаты продувки, газовыпускной тракт

 

Механизм газораспределения служит для управления процессами впуска воздуха в цилиндр и выпуска отработавших газов. В 4 –х тактных дизелях состоит из впускных и выпускных клапанов и механизма их привода. В 2-х тактных дизелях в зависимости от типа продувки газораспределение осуществляется поршнем открытием и закрытием продувочных и выпускных окон во втулке цилиндров(петлевая продувка), или с применением выпускного клапана (прямоточно- клапанная продувка).

В 4-х тактных двигателях

(рис а) всасывающий клапан открывается до прихода поршня в ВМТ (угол а) и закрывается после НМТ ( вращение по часовой стрелке). Это делается для лучшего наполнения цилиндра воздухом . В двигателях с высоким наддувом он может закрываться в НМТ. Далее следует такт сжатия , подача топлива в конце такта и процесс сгорания топлива. После прохождения ВМТ поршень под действием давления газов от сгоревшего топлива движется к НМТ, совершая полезную работу. Не доходя до НМТ открывается выпускной клапан ,с целью сброса давления в цилиндре, при движении поршня к ВМТ удаляются газы из цилиндра.

Углы открытия и закрытия клапанов газораспределения относительно мертвых точек называются фазами газораспределения.

От величины фаз газораспределения зависит качество очистки цилиндра от остаточных газов и наполнение его свежим зарядом воздуха.

Сумма углов открытия всасывающего клапана и закрытия выпускного( оба клапана открыты, но находятся в движении) называется углом перекрытия клапанов.

В 4-х тактных ДВС применяются две схемы привода клапанов газораспределения: с нижним расположением распредвала и с верхним.

 

Классическая схема привода клапанов с нижним расположением распределительного вала.

1..Коленвал 2.. Распредвал с кулачными шайбами

3.. клапан 4.. возвратная пружина клапана

5.. коромысло клапана 6,7.. винт с гайкой регулировки теплового зазора 8.. штанга 9.. толкатель привода

10.. шестерня распредвала 11,12.. Промежуточные шестерни 13.. ведущая шестерня коленвала.

 

При вращении распредвала кулачок, набегая на толкатель через штангу и коромысло воздействует на шток клапана, открывая его. Закрытие клапана происходит под действием пружины.

 

В 4-х тактных двс частота вращения распределительного вала ровно в два раза меньше частоты вращения коленвала ( за 2 оборота коленвала по одному разу открываются каждый клапан).

 

Назначение шатуна

Шатуны используются во многих ситуациях, чаще всего в двигателях автомобилей. Шатуны соединяют коленчатый вал с поршнями и необходимы для правильного функционирования двигателя внутреннего сгорания. Целью шатуна является обеспечение движения жидкости между поршнями и коленчатым валом.

Применение

Шатуны широко используются в транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания.Во всех легковых и грузовых автомобилях с двигателем этого типа используются шатуны. Сельскохозяйственное оборудование, такое как тракторы и комбайны, также использует шатуны. Даже в строительной технике, такой как бульдозеры, используются двигатели внутреннего сгорания, поэтому требуются шатуны.

Facts

Все шатуны для использования в автомобилях должны быть легкими, но достаточно прочными, чтобы выдерживать и передавать тягу от поршней на коленчатый вал двигателя. Отверстия на обоих концах шатуна обработаны для идеального соединения с поршнями и коленчатым валом.Соединительные стержни доступны в различных размерах и материалах, идеально подходящих для определенных ситуаций.

Поставщики

В настоящее время существует несколько производителей различных типов шатунов. Windsor — компания, специализирующаяся на производстве и продаже всех типов шатунов. Omkar Motors — еще одна компания, производящая детали двигателей, в том числе шатуны. В основном они продают запасные части для новых моделей автомобилей, произведенных, в частности, Chevrolet, Hyundai, Ford, Toyota и Mitsubishi.Компания GRP Connecting Rods производит шатуны, которые используются во многих гоночных двигателях по всему миру.

Материалы

Существует несколько материалов, которые обычно используются при изготовлении шатунов. Шатуны обычно изготавливаются методом штамповки из стального сплава. Стержни, изготовленные этим методом, способны выдерживать очень большие нагрузки без скручивания, поломки или изгиба. Алюминий и титан — это материалы, которые также используются в производстве шатунов для высокопроизводительных автомобилей.

Предупреждения

Поскольку работа двигателя внутреннего сгорания зависит от правильного функционирования его шатунов, крайне важно, чтобы шатун был изготовлен надлежащим образом из качественного материала. Все шатуны должны иметь характеристики крутящего момента. Шатун с неправильными характеристиками крутящего момента может выйти из строя и вызвать серьезные повреждения двигателя внутреннего сгорания.

Подробная информация об ошибке IIS 8.5 — 404.11

Ошибка HTTP 404.11 — Не найдено

Модуль фильтрации запросов настроен на отклонение запроса, содержащего двойную управляющую последовательность.

Наиболее вероятные причины:
  • Запрос содержал двойную escape-последовательность, а фильтрация запросов настроена на веб-сервере на отклонение двойных escape-последовательностей.
Что вы можете попробовать:
  • Проверьте настройку configuration/system.webServer/security/[email protected] в файле applicationhost.config или файл web.confg.
Подробная информация об ошибке:
модуль
RequestFilteringModule
Уведомление Bearwrequest
Handler StaticFile
код ошибки 0x00000000
Запрошенный URL-адрес    http://www.biancogianfranco.com:80/agg%20area%20uk/rolling%20gear%20tester%20and%20other%20checking%20equipment/control%20of%20connecting%20rods.pdf
Физический путь    D:\inetpub\webs\biancogianfrancocom\agg%20area%20uk\rolling%20gear%20tester%20and%20other%20checking%20equipment\control%20of%20connecting%20rods.pdf 9000 Logon Method еще не определено
вход пользователя еще не определено
Запрос Trading Directory D: \ LogFiles \ FienceReqlogFiles
Дополнительная информация:
Это функция безопасности.Не изменяйте эту функцию, пока полностью не поняты масштабы изменений. Перед изменением этого значения следует выполнить трассировку сети, чтобы убедиться, что запрос не является вредоносным. Если сервер разрешает двойные управляющие последовательности, измените параметр configuration/system.webServer/security/[email protected] Это может быть вызвано искаженным URL-адресом, отправленным на сервер злоумышленником.

Посмотреть дополнительную информацию »

заземляющих стержней: что это такое? И как они защищают ваше электрооборудование и приборы?

Основополагающим компонентом безопасности и защиты электрической системы вашего предприятия и/или дома является надлежащее заземление.По этой причине в соответствии с Национальным электротехническим кодексом (NEC) и местными строительными нормами на вашем участке требуется один или несколько заземляющих стержней. Заземляющие стержни просты и недороги, но имеют решающее значение для защиты вашего электрического оборудования и приборов, поэтому ими нельзя пренебрегать.

Что такое заземляющий стержень?

Заземляющий стержень обычно располагается очень близко к главному щиту электроснабжения и часто изготавливается из меди или стали с медным покрытием. Они примерно ½ дюйма в диаметре и от восьми до 10 футов в длину.Он должен быть электрически связан с вашей основной сервисной панелью, чтобы обеспечить утвержденное заземление.

Если одно заземление имеет сопротивление 25 Ом или менее, строительные нормы и правила позволяют использовать его в качестве единственного заземляющего устройства. Если сопротивление заземляющего стержня больше 25 Ом, требуется как минимум один дополнительный заземляющий стержень.

Стержни заземления просты и недороги, но имеют решающее значение для защиты вашего электрического оборудования и приборов.

Проверка стержня заземления

Заземляющие стержни и их соединения с электрической системой вашего предприятия или дома могут со временем выйти из строя, и их необходимо надлежащим образом обслуживать.Причинами повреждения являются коррозия, циклы замерзания/оттаивания, оборудование для озеленения или небрежное устройство площадок для другого оборудования, такого как кабельное телевидение, системы безопасности или генераторы.

Визуальную проверку заземления можно выполнить, осмотрев провод, соединяющий электрическую панель рядом со счетчиком с заземляющим стержнем. Как правило, это медная проволока диаметром около 1/4 дюйма, которую можно увидеть уходящей в почву. Под поверхностью провод соединяется с одним или несколькими заземляющими стержнями.Верхушки заземляющих стержней обычно находятся ниже поверхности, и их может быть нелегко осмотреть. Однако иногда заземляющие стержни выступают над поверхностью на несколько дюймов, что облегчает осмотр соединения.

В некоторых случаях проблемы с заземляющими стержнями легко заметить. Стержни, которые не полностью установлены, могут выступать над поверхностью почвы на фут и более. Это снижает эффективность грунта. Заземляющие стержни, которые согнуты, имеют отсоединенные провода или сильно корродированы, должны быть заменены.Заземляющие стержни, установленные в каменистой или сухой почве, должны быть проверены, чтобы убедиться, что они по-прежнему имеют низкое сопротивление. Если условия почвы изменяются из-за дренажа или других факторов, влияющих на влажность почвы, заземляющий стержень, который был приемлемым во время установки, может больше не соответствовать утвержденным требованиям.

К сожалению, мы не можем контролировать, насколько надежно заземлена ваша электрическая панель. Если вы не обеспечите надлежащее заземление в соответствии с NEC, у вас не будет возможности уменьшить электрические повреждения, которые могут возникнуть за пределами вашего электрического щита. Если у вас есть опасения по поводу заземления вашего бизнеса или дома, обратитесь к лицензированному подрядчику по электроснабжению.

Защита от скачков напряжения

Среди различных ситуаций, которые могут возникнуть в вашей электрической системе, наиболее распространенными являются скачки высокого напряжения и повреждение или потеря одного из сервисных проводников.

  • Скачки высокого напряжения часто вызываются ударами молнии в линии электропередач или рядом с ними. Кроме того, скачки напряжения могут возникать при включении или выключении крупных бытовых приборов или тяжелой техники в близлежащих местах.Надлежащее заземление обеспечивает стабильность электрической системы вашего дома и снижает воздействие этих скачков напряжения.
  • Если упадет ветка дерева или автомобиль врежется в столб, может быть поврежден служебный провод от инженерной сети до вашего дома. Правильное заземление вашего дома и офиса важно для устранения или сведения к минимуму возможного ущерба. При недостаточном заземлении перепады напряжения в доме могут привести к повреждению электроприборов из-за пониженного напряжения или повреждению электроники из-за перенапряжения.

Еще одним важным вопросом, связанным с чувствительным электронным оборудованием, является правильная установка и эксплуатация устройств защиты от перенапряжения (SPD). Лучшее оборудование для защиты от перенапряжений гораздо менее эффективно без правильно установленной и обслуживаемой системы заземления. SPD работает, шунтируя разрушительные электрические скачки от вашей чувствительной электроники на землю, и для правильной работы им требуется наилучшее заземление.

Поэтому вам необходимо иметь и поддерживать систему заземления, одобренную NEC, как часть вашей электрической системы.

Этот блог был создан на основе основного блога Peninsula Light Co., который можно найти здесь .

Разработка разъемных стальных шатунов излома

Ссылка: Парк, Х., Ко, Ю., Юнг, С., Сонг, Б. и др., «Разработка шатунов из расщепленной стали», Технический документ SAE 2003-01-1309, 2003, https: //doi.org/10.4271/2003-01-1309.
Скачать ссылку

Автор(ы): Хёнсу Пак, Ён Сан Ко, Сын Чхил Чон, Бён Таг Сон, Ён Ха Джун, Бён Чхоль Ли, Чон Дэ Лим

Филиал: Hyundai Motor Company, Центр исследований и разработок

Страницы: 7

Событие: Всемирный конгресс и выставка SAE 2003

ISSN: 0148-7191

Электронный ISSN: 2688-3627

Также в: Инновации в стальном листе и прутках-SP-1764

Обновление контроля температуры на шатунах поршневых компрессоров для повышения надежности

https://doi.org/10.1016/j.jestch.2015.09.012Получить права и содержание

Abstract

В последние годы ранее истощенные отечественные нефтяные месторождения снова стали добывать за счет третичной добычи нефти. При третичной добыче нефти воду и углекислый газ (CO 2 ) альтернативно закачивают в пласты через нагнетательные скважины. Это повышает давление на месторождении и выталкивает нефть в добывающие скважины, где она затем перекачивается в резервуар для хранения, называемый аккумуляторной батареей. Эта статья посвящена действующему подразделению в Пермском бассейне (США).CO 2 добывается из подземных куполов в Колорадо, а затем транспортируется по трубопроводам на нефтяные месторождения в Западном Техасе и Нью-Мексико.

Компрессоры используются для перемещения CO 2 и повышения давления газа до требуемого рабочего давления, обычно около 2200 фунтов на кв. дюйм. Поршневые компрессоры гибки и способны справляться с широкими колебаниями производительности и условий, предлагают эффективный метод сжатия газа практически любого состава в широком диапазоне давлений и имеют множество применений и широкий диапазон мощностей.Это делает их жизненно важным компонентом на различных промышленных объектах. Мониторинг состояния критического вращающегося оборудования широко применяется операторами центробежных компрессоров. Однако мониторинг состояния поршневого оборудования, такого как компрессоры и двигатели внутреннего сгорания, не получил такой же степени признания. В данной работе рассматривается влияние на надежность в результате модернизации устройств контроля температуры на шатунах поршневых компрессоров с электроприводом.Также представлен анализ затрат, чтобы продемонстрировать, что модернизация аппаратного и программного обеспечения в конечном итоге приведет к экономии эксплуатационных расходов.

Ключевые слова

Поршневые компрессоры

Контроль температуры

Надежность

Анализ затрат

Рекомендуемые статьи

Copyright © 2016, Авторы. Производство и хостинг Elsevier B.V. от имени Университета Карабук.

Титановый соединительный стержень ESF – IMEX Veterinary

Зажим SK ESF, одинарный

Внешняя скелетная фиксацияВнешняя скелетная фиксация > SK Linear ESF SystemВнешняя скелетная фиксация > SK Linear ESF System > ЗажимыНовые продуктыПродукция

Зажимы Компоненты_Зажимы | Стержни ESF System Size_Large ESF System Size_Mini ESF System Size_Small Внешняя скелетная фиксация SK Linear ESF System

Зажим SK ESF, двойной

Внешняя скелетная фиксацияВнешняя скелетная фиксация > SK Linear ESF SystemВнешняя скелетная фиксация > SK Linear ESF System > ЗажимыНовые продуктыПродукция

Зажимы Компоненты_Зажимы | Стержни ESF System Size_Large ESF System Size_Mini ESF System Size_Small Внешняя скелетная фиксация SK Linear ESF System

Шатун из углеродного волокна

Внешняя скелетная фиксацияВнешняя скелетная фиксация > SK Linear ESF SystemВнешняя скелетная фиксация > SK Linear ESF System > Соединительные стержниНовые продуктыПродукты

Компоненты_Зажимы | Стержни Соединительные стержни ESF System Size_Large ESF System Size_Small Внешняя скелетная фиксация SK Linear ESF System

Шатун ESF из нержавеющей стали

Внешняя скелетная фиксацияВнешняя скелетная фиксация > SK Linear ESF SystemВнешняя скелетная фиксация > SK Linear ESF System > Соединительные стержниНовые продуктыПродукты

Компоненты_Зажимы | Стержни Соединительные стержни ESF System Size_Mini Внешняя скелетная фиксация SK Linear ESF System

Сверлильные втулки SK ESF

Сверла и втулкиВнешняя фиксация скелетаВнешняя фиксация скелета > Система SK Linear ESFВнешняя фиксация скелета > Система SK Linear ESF > Сверла и втулкиВнешняя фиксация скелета>ИнструментыИнструменты>Внешняя фиксацияНовые продуктыПродукты

Сверла и гильзы Гильзы для сверл ESF System Size_Large ESF System Size_Mini ESF System Size_Small Внешняя скелетная фиксация SK Linear ESF System Tools

Стартовые комплекты Mini SK ESF

Внешняя фиксация скелетаВнешняя фиксация скелета > Система SK Linear ESFВнешняя фиксация скелета > Система SK Linear ESF > Стартовые комплектыНаружная скелетная фиксация>Начальные комплектыНовые продуктыПродукты

ESF System Size_Mini Внешняя скелетная фиксация SK Linear ESF System Starter Kits

Поддержка

7.1 Введение

Шатун передает всю мощность, вырабатываемую в процессе сгорания, от поршневого пальца к коленчатому валу и преобразует энергию возвратно-поступательного движения в энергию вращения, которая приводит в движение гребной винт или генератор.
В этой главе мы дадим ответы на следующие вопросы:

В этой главе мы дадим ответы на следующие вопросы:

  • Возможен ли капитальный ремонт шатунов?
  • Как предотвратить повреждение двигателя, вызванное e.грамм. ослаблены шатунные болты?

7.2 Функция шатуна

«Соединительной деталью» между поршнем и коленчатым валом является шатун. Как и все другие детали двигателя, непосредственно участвующие в процессе сгорания, шатун подвергается высоким нагрузкам. Шатуны чередуются, сравнительное напряжение в основном питается 3 различными силами:

  • сила ускорения, возникающая в процессе сгорания
  • сила массы, от поршня и поршневого пальца
  • изгибающая сила, вызванная углом наклона шатуна

С долей около 80% шатунный вал в основном нагружается динамически действующими сжимающими напряжениями вне процесса сгорания.Остальные 20% составляют динамически действующие изгибающие нагрузки. Это приводит к очень сложному профилю напряжений в проушине шатуна (или шатуне) при работе двигателя.

Вал шатуна может быть изготовлен с Н-образным или О-образным профилем (круглое сечение). Современные двигатели с высокой удельной мощностью оснащены полностью механически обработанными шатунами. По производственным причинам они имеют О-образный вал.

Для смазки поршневого пальца, а также для охлаждения поршня шатунный вал очень часто просверливается в продольном направлении.

Верхний конец шатуна является проушиной шатуна. В нем размещается нераздельный подшипник поршневого болта — так называемый малый концевой подшипник. Нижний конец шатуна разделен на две половины, так как шатун проходит через цилиндр сверху — так называемый подшипник шатуна.
Первоначально шатунные подшипники были разделены по горизонтали. Когда удельная мощность двигателей увеличилась, возникла необходимость в больших поверхностях для подшипников, и были разработаны шатуны с диагонально разделенными большими концами, чтобы вытягивать шатун вверх своей ножкой через гильзу цилиндра.
Во избежание открытия корпуса шатунного подшипника во время технического обслуживания поршня современные шатуны разделены на шатунный вал и корпус шатунного подшипника. Кроме того, промежуточная пластина позволяет изменять степень сжатия двигателя за счет различной толщины этой пластины.

Резьбовое соединение корпуса подшипника шатуна является одним из самых сложных соединений для винтов из-за высокой несимметричной нагрузки на них. Это приводит к динамическим изгибающим напряжениям, с которыми приходится справляться силами затяжки.Из-за этого процедура затяжки требует чрезвычайно повышенного внимания.

Из-за проворачивания шатуна во время сгорания и сжатия внутри цилиндра подшипник шатуна подвергается воздействию асимметричных сил, что приводит к асимметричному и динамическому износу. Поэтому необходимо регулярно проверять овальность корпусов подшипников шатунов. Из-за высоких усилий сопрягаемая поверхность между нижней половиной и верхней половиной корпуса подшипника шатуна должна иметь наивысшую степень плоскостности, чтобы избежать фреттинг-износа.

В случае диагонального разъема большой головки срезающие усилия должны поглощаться поверхностью зубчатого соединения.

7.3 Профилактическое обслуживание шатунов

Точные размеры шатуна, а также его геометрия (например, овальность корпуса шатунного подшипника) должны регулярно проверяться при каждом техническом обслуживании. Требуемый отчет об измерениях в большинстве случаев является частью руководства по эксплуатации двигателя от производителя вашего двигателя.

Полная потеря двигателя из-за ослабления 1 комплекта болтов шатуна на борту судна

НИКОГДА! использовать новые и бывшие в употреблении компоненты сборки на одном и том же шатуне

Размеры и состояние шатуна

Сопрягаемые поверхности болтов и резьбы должны быть в надлежащем состоянии и не должны подвергаться грубому обращению, поскольку небольшие повреждения могут стать отправной точкой усталостных трещин.

Примечание: Новые шатунные болты дешевле…. чем новый двигатель!

Всякий раз, когда это точно для большинства из нас… но вот наша рекомендация о том, что необходимо для получения надежных измерений для правильных решений:

  • измерение напр. диаметр и овальность корпуса подшипника шатуна
    требуется полностью затянутых болтов шатуна   с
    собранным шатунным валом !
  • требует также использования соответствующей смазки для болтов и гаек
    (в соответствии с рекомендациями производителя вашего двигателя)
    => см. Sidekick 1
  • требует также, чтобы температура корпуса, калибровочного
    и измерительного устройства была как можно более одинаковой
    => см. Sidekick 2
  • требует также калибровки вашего измерительного устройства перед измерением

Sidekick 1
Если вы хотите обеспечить правильную работу компонента двигателя, такого как f.е. поршень, головка цилиндра и, конечно же, шатун, важно использовать правильную смазку для сборочных частей (болты, гайки и т. д.)
тип смазки, которую вы должны использовать. Важно понимать, что это инструкция, а не просто рекомендация, которой можно пренебречь или пренебречь, если подходящей смазки нет в наличии. Игнорирование или пренебрежение этой инструкцией может привести к значительному отклонению требуемого усилия затяжки! И если это произойдет… удачи вашему двигателю…

Сколько смазки следует использовать? Многое помогает? Нет, все совсем наоборот. Работа смазки заключается в уменьшении трения между резьбой болтов и гаек. Достаточно тонкого слоя смазки; если иное не указано производителем двигателя. При окончательной сборке поршней мы используем (не смейтесь) зубные щетки для меньших и бутылочные щетки для больших резьб, чтобы обеспечить только тонкий слой смазки.

Нужен пример? Вот оно: сборка поршня MAN 16/24 со слишком большим количеством Molykote на резьбе болтов (погружение болтов в Molykote) приведет к ослаблению крутящего момента, который более чем на 40% ниже требуемого.Как следствие, днище поршня разбалтывается при работе двигателя. Мы видели такие случаи на борту нескольких судов, когда экипаж несколько лет назад менял заводную головку…

Sidekick 2
По мере увеличения размера измеряемой величины погрешность измерения также увеличивается при отклонении температур между компонентом двигателя, калибровочным и измерительным устройством.

Разница температур всего в 6°C (предполагается 28°C корпуса и 22°C измерительного устройства) между корпусом подшипника шатуна с предполагаемым диаметром отверстия e.грамм. 450 мм, а измерительный прибор даст погрешность измерения прибл. 0,03 мм ! Допуск «как новый» в этом диапазоне отверстий обычно составляет всего +0,04 мм.

 

Состояние шатунных болтов

Поверхность болтов и резьбы должны быть в надлежащем состоянии и не должны подвергаться грубому обращению: небольшие повреждения могут стать отправной точкой усталостных трещин.

НИКОГДА! используйте новые и бывшие в употреблении компоненты сборки на одном и том же шатуне.

 

Правильная затяжка болтов шатуна

Убедитесь, что болты затянуты в полном соответствии с инструкциями производителя вашего двигателя во всех отношениях, таких как, например. — этапы затяжки, правильная смазка и, конечно, => отсутствие использования молотков и других тяжелых инструментов.

 

7.4 Восстановление шатунов по SECO

Своим клиентам SECO и MMS предлагают капитальный ремонт шатунов для поддерживаемых типов двигателей.

Выполняемая нами процедура восстановления состоит из:

  • разборка и очистка шатуна
  • визуальный осмотр
  • измерение диаметра и овальности
    — корпус подшипника шатуна в полностью затянутом состоянии
    — втулка подшипника поршневого пальца (маленький конец)
  • шлифование привалочной поверхности промежуточной пластины (если применимо)
  • Разборка
  • и магнитопорошковая дефектоскопия всего шатуна
    .
  • очистка
  • линейная расточка
  • все детали в сборе будут заменены на новые один раз

7.5. Резюме

Механическая нагрузка на шатун огромна, и поврежденный шатун приведет к катастрофе – в основном к полной потере двигателя. Поэтому правильное техническое обслуживание имеет важное значение.

 

….продолжение в части 8 — Коленчатый вал


Введение

Давайте начнем с основ коленчатого вала…

Во всех поршневых двигателях коленчатый вал преобразует линейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Во время работы двигателя массовые силы возвратно-поступательных поршней, возникающие, таким образом, в процессе взрывного сгорания, будут преобразованы в крутящий момент. Затем этот крутящий момент используется для привода генератора или гребного винта, прикрепленного к двигателю.

Для создания максимально возможного движения, соответственно крутящего момента, коленчатый вал соединен с маховиком или демпфером крутильных колебаний, чтобы уменьшить пульсирующие характеристики 4-тактного цикла и покрыть эластичность сам коленвал.

8.1 Коленчатый вал

Охватывая весь спектр современных двигателей внутреннего сгорания, коленчатые валы изготавливаются либо из чугуна с шаровидным графитом (например, для автомобильной промышленности), либо из легированной стали (например, для электростанций и судовых дизельных двигателей большого диаметра). Коленчатые валы малого размера будут штампованными как единое целое и, наконец, подвергнуты механической обработке. Большой коленчатый вал будет откован в виде отдельных деталей; правильно выровнены и расположены в правильном направлении и, наконец, обработаны.

Коленчатые валы крупнокалиберных силовых и судовых дизельных двигателей в целом можно разделить на две разные категории:

  • Частично собранный коленчатый вал — отдельные изготовленные щеки собираются усадкой.
  • Полностью собранный коленчатый вал — все отдельные изготовленные детали вала собраны.

 

Коленчатые валы всех современных электростанций и судовых дизельных двигателей обычно изготавливаются из легированной стали с пределом прочности на растяжение от 800 до 900 н/мм². Малые коленчатые валы закалены пламенем или индукционной закалкой. Чтобы получить более высокое внутреннее напряжение сжатия, область перехода между штифтом и щеками также должна быть закалена.

Внутри коленчатых валов имеются отверстия для подачи смазочного масла к коренным и шатунным подшипникам и шатуну.

Если проектируется новый коленчатый вал, массовые силы, силы ускорения, крутящие силы и изгибающие моменты, использованные для расчета коленчатого вала, должны быть проверены и одобрены классификационным обществом; если коленчатый вал, то соответственно двигатель будет эксплуатироваться на морских судах.

В дополнение к этому сам материал, механические свойства которого, все термообработки и все связанные с ним производственные процессы также нуждаются в одобрении классификационного общества.

8.2 Проверка и техническое обслуживание коленчатых валов

8.2.1 Измерение коленчатого вала

Круглость вала и штифта можно измерить подвижными микрометрами

Очень важно, чтобы положение коленчатого вала в двигателе было абсолютно правильным. В противном случае сам коленчатый вал и/или коренные и шатунные подшипники будут повреждены из-за больших усилий, соответственно высоких напряжений, которые возникают в коленчатом вале во время работы двигателя.
Правильное положение коленчатого вала в двигателе должно обеспечиваться абсолютно правильной центровкой.

На правильную центровку коленчатого вала будет влиять тип муфты, которая установлена ​​между двигателем и генератором, соответственно между двигателем и коробкой передач.

Как уже упоминалось, правильное положение коленчатого вала в двигателе должно быть обеспечено в любое время. Чтобы проверить это положение, необходимо измерить расстояние между каждой парой щек за один полный оборот.Если разница в расстоянии между отдельными положениями выходит за допустимые пределы, необходимо откорректировать центровку двигателя. Таким образом, могут быть предприняты контрольные меры вне ходовых испытаний судов/двигателей, соответственно ввод двигателей в эксплуатацию.

Необходимо выполнить измерение прогиба коленчатого вала

  • До и после причаливания судна
  • Повреждение или посадка судна на мель
  • Если обнаружена деформация фундамента двигателя
  • Если износ подшипников двигателя ненормально высокий или неравномерный (больше износ по краям, чем в середине).
8.2.2 Проверка креплений противовеса

Незакрепленный противовес вызывает полную остановку двигателя

Даже если это должно быть очевидным, мы настоятельно рекомендуем вам включить проверку правильности затяжки резьбовых соединений между противовесами и коленчатым валом в вашу процедуру профилактического обслуживания . Это необходимо для того, чтобы эта важная проверка выполнялась на регулярной основе.

Если противовес ослабнет, винты будут перегружены.Рано или поздно винт перегрузится и сломается….по любому. Наиболее вероятным последствием будет полная потеря вашего двигателя.

8.2.3 Трещины

Типичная фреттинг-коррозия

При стандартном осмотре или после замены коренных и/или шатунных подшипников необходимо проверить наличие микротрещин по краям между кривошипами, валом и шатунной шейкой. Эти трещины действительно очень опасны и могут быть отправной точкой усталостной трещины.

8.2.4 Обработка смазочного масла и вязкость смазочного масла

Абразивный износ шатунной шейки из-за повреждения подшипника

Подробная информация об обработке смазочного масла будет описана в следующей главе) Смазочное масло, загрязненное нагаром, увеличивает износ коренных подшипников и подшипников шатунов. Если подшипник полностью изношен, подшипник может вращаться, что повлияет на коленчатый вал: Если система охлаждения не работает должным образом, температура масла будет слишком высокой, а вязкость масла слишком низкой: оно потеряет свои смазывающие свойства и возрастет и износ подшипников.

8.3 Ремонтные работы

Измерение шероховатости шатунной шейки

Если вал или шейки подвержены перегреву из-за изношенных подшипников или из-за вращения подшипников, коленчатый вал может быть отшлифован специализированной компанией на месте или в мастерской. В этом случае необходимо использовать подшипники увеличенного размера, чтобы компенсировать потерю диаметра вала или штифта. Коленчатые валы предназначены для этой процедуры; однако необходимо проверить, достаточна ли остаточная прочность для рассматриваемой мощности.

Неравномерность опорных площадей может быть измерена опытным персоналом сбоку с помощью профильомера (известного также как пертометр).

 

8.4 Резюме

Динамические напряжения, возникающие при работе двигателя и передающиеся на коленчатый вал, чрезвычайно высоки.

Однако, если коленчатый вал обслуживается должным образом (измерение прогиба, надлежащая обработка смазочным маслом, контроль крепления противовеса), срок службы коленчатого вала будет таким же, как срок службы двигателя.

 

….продолжение в части 9 — Гильза цилиндра


6.1 Введение

Поршневой палец, также известный как поршневой палец, передает всю мощность, вырабатываемую в процессе сгорания, от поршня через шатун к коленчатому валу. В связи с тем, что поршневой палец не вращается, он является той деталью двигателя, которой приходится выдерживать самые высокие нагрузки при работе двигателя.

В этой главе мы дадим ответы на следующие вопросы:

  • Почему поршневые пальцы могут растрескиваться во время работы двигателя?
  • Как избежать повышенного износа поршневых пальцев?
  • Как избежать последующих повреждений из-за треснувших поршневых пальцев?

6.2 поршневых штифта

Поршневой палец соединяет поршень и шатун и должен выдерживать чрезвычайно высокие нагрузки при изменении направления. Обычно он изготавливается из цементируемой или азотированной стали с закаленной, гладкой шлифованной и полированной поверхностью.

 

Для того, чтобы выдерживать возникающие нагрузки вне процесса сгорания, а также постоянно увеличивающееся давление горения, важно постоянно оптимизировать несущую способность этого компонента..

Поршневые пальцы отличаются точностью, разнообразием применения и высочайшим качеством материалов.

Из-за осциллирующих сил давления зажигания и сил инерции масс в противоположном направлении поршневой палец изгибается насквозь, приобретает овальную форму и подвергается сдвигу. При чрезмерно больших деформациях поршневого пальца может быть повреждена бобышка поршневого пальца, что может привести к полному разрушению поршня.

Только при небольших деформациях болтов напряжения остаются ниже допустимых значений.

 

Поршневой палец устанавливается для передачи усилия в отверстии под палец поршня и шатуна. Оптимальный зазор между поршневым пальцем и бобышкой пальца, а также втулкой шатуна очень важен для функционирования. Кроме того, шероховатость поверхности должна быть очень низкой. Поэтому рекомендуется проверять это на регулярной основе.

Для высокоскоростных двигателей с более высокими нагрузками, чем в среднеоборотных двигателях, были разработаны покрытия из DLC (алмазоподобного углерода), чтобы свести к минимуму трение между поршневым пальцем и шатуном и их вкладышами подшипника.

6.2 Повреждение поршневого пальца

Во избежание повреждения поршневого пальца (поршневого пальца) необходимо принять следующие меры.

Измерение размеров
После технического обслуживания двигателя и перед повторной установкой поршневых пальцев следует проверить диаметр и овальность каждого отдельного пальца и сравнить их с рекомендуемыми пределами износа и овальности, установленными производителем двигателя.

Изношенные штифты могут вызывать вибрации, соответственно, микровибрации.Следовательно, вибрации вызывают повреждения подшипниковых втулок шатуна и самой цапфы.

Испытание на растрескивание поршневых пальцев
В дополнение к проверке размеров (контроль износа) мы настоятельно рекомендуем, особенно для поршневых пальцев с отверстиями под смазку, перед установкой пальца провести испытание на растрескивание с помощью проникающей жидкости.

Это испытание необходимо также провести, если поршневой палец новый! Сообщается, и мы можем подтвердить это также из нашего собственного опыта, что производитель использовал очень редко, но иногда некачественный материал.

 

 

Повреждение поршневого пальца, вызванное кавитацией
Любая ошибка, допущенная во время сборки новой или отремонтированной головки поршня на юбке поршня, приведет к небольшому, но непрерывному движению между посадочными участками этих деталей.

В результате этого движения на поверхности поршневого пальца возникает кавитация.

Эта кавитация является результатом повышения давления в смазочном масле. В фазе ускорения этого процесса вакуум будет создаваться на миллисекунды и взрываться; мелкие частицы материала отрываются от поверхности поршневого пальца.

6.3. Резюме

Поршневой палец передает всю мощность процесса сгорания от поршня через шатун к коленчатому валу и является наиболее нагруженной частью двигателя. Поэтому штифт необходимо тщательно и регулярно проверять на предмет износа.

Испытания на растрескивание, являющиеся важной частью запланированного графика технического обслуживания, снижают риск поломки пальцев и (как всегда и здесь снова) хорошая обработка смазочным маслом предотвращает повышенный износ поршневого пальца.

 

….продолжение в части 7 — Шатун


5.1 Введение

Поршневые кольца – это уплотнения между камерой сгорания и картером. Если они выйдут из строя — по какой бы то ни было причине — может произойти серьезное повреждение всего двигателя.

В этой главе мы дадим ответы на следующие вопросы:

  • Почему поршневые кольца так важны для правильной работы двигателя?
  • Как устроены поршневые кольца?
  • Как определить, что поршневое кольцо работает неправильно?

5.2 функции поршневых колец

Поршневое кольцо есть не что иное, как отлитое из сплава на основе железа уплотнение.

Однако, чтобы обеспечить все требуемые свойства/характеристики поршневого кольца, необходимо добавить некоторые легирующие элементы в жидкий чугун перед процессом литья. Характеристики поршневого кольца, а точнее основные задачи поршневого кольца:

  • для уплотнения камеры сгорания относительно картера
  • для передачи тепла сгорания от поршня к гильзе цилиндра
  • для контроля расхода смазочного масла двигателем

Коэффициент теплового расширения кольца должен быть таким же, как у гильзы цилиндра, чтобы обеспечить постоянный зазор между гильзой и кольцом.

Обычно существует два вида поршневых колец:

  • Кольца компрессионные обеспечивающие газовое уплотнение ; для герметизации камеры сгорания
    под высоким давлением относительно картера.
  • Маслосъемные кольца контролируют подачу смазочного масла к гильзе цилиндра

Если вас интересует более подробная информация о существующих конструкциях поршневых колец, ознакомьтесь с немецким стандартом DIN 24909.

          Рисунок 5.2 Pear-Curve                                             Рисунок 5.3 Apple-Curve

Чтобы компенсировать уменьшающееся радиальное напряжение в течение его срока службы (вызванное экстремальными тепловыми условиями во время работы двигателя), в процессе производства в поршневое кольцо вводится неравное радиальное напряжение.

Звучит сложно? Но это не так.

Новые поршневые кольца имеют положительную овальность, что приводит к неравномерному распределению радиального давления после сборки; как показано на рисунке 5.2 слева.

Для 4-тактных двигателей пик напряжения всегда находится в канавке поршневого кольца и создает этот типичный график, который хорошо известен как «грушевидный график» поршневого кольца. Это типичное распределение радиального натяжения также отвечает за уменьшение «тенденции флаттера» поршневого кольца во время работы двигателя.

В завершение этой темы вы найдете типичное распределение напряжения поршневого кольца для двухтактных двигателей на рисунке 5.3. слева. Поскольку этот график распределения натяжения очень похож на яблоко, эта диаграмма также известна как «График яблока» для двухтактного поршневого кольца.

5.2.1 Компрессионные кольца

Компрессионные кольца являются единственным уплотнением между камерой сгорания с давлением до 250 бар и картером с давлением, близким к атмосферному. В дополнение к своей основной задаче — герметизации картера — компрессионные кольца дополнительно воздействуют на масляную пленку на стенке цилиндра.

Во избежание перегрева днища поршня компрессионное кольцо (кольца) также отвечает за бесперебойную передачу тепла от днища поршня к гильзе цилиндра во избежание перегрева днища поршня.1-е (компрессионное) кольцо, конечно, получает наибольшую тепловую нагрузку от сжатия воздуха для горения и процесса горения.

1-е компрессионное кольцо всегда является «жертвой» самого высокого износа из-за:

  • более тонкая масляная пленка в верхней части гильзы цилиндра
  • высокие температуры сгорания
  • агрессивные соединения топлива (сера и углеродистые отложения)

Для предотвращения чрезмерного износа в настоящее время в стандартном исполнении используются компрессионные кольца с хромовым или хромокерамическим покрытием.

Вместо обычных частиц оксида алюминия в хромокерамическом слое также можно использовать мелкие алмазы. Таким образом, износостойкость значительно возрастает. В разработке находятся кольца со «структурированным хромовым покрытием», сохраняющие небольшое количество масла в слое для улучшения скольжения поршня в гильзе и снижения расхода смазочного масла.

Прямоугольные кольца
обычно используются в качестве компрессионных колец в кольцевой канавке 1 st с различной формой рабочей поверхности.Эта поверхность может быть симметричной или асимметричной с бочкообразной конструкцией, создающей смазочную щель. Таким образом, поршневое кольцо не касается поверхности гильзы.

 

Кольца с конической поверхностью
быстро принимают форму гильзы из-за небольшой контактной поверхности. «Время приработки» этих колец намного короче; того же эффекта можно достичь, используя асимметричный дизайн, как описано выше.

 

 

Кольца для ключей
используются, если возможно растрескивание остатков топлива и/или смазочного масла.В связи с тем, что эти кольца вращаются постоянно, остатки были удалены из кольцевой канавки. Кольцо замкового камня упруго следует за стенкой цилиндра, поэтому герметичность между поршнем и гильзой очень хорошая. Убедитесь, что ваше топливо (мы предполагаем, что это тяжелое дизельное топливо) остается на уровне

.
5.2.2 Маслосъемные кольца

Это поршневое кольцо расположено в самой нижней кольцевой канавке. Подпружиненный, он контролирует толщину масляной пленки на стенке гильзы цилиндра.

  • Слишком высокое контактное давление создает слишком тонкую пленку, и как маслосъемное кольцо, так и гильза цилиндра изнашиваются раньше.
  • Слишком низкое контактное давление создает слишком толстую пленку, и сгорает больше смазочного масла; таким образом, увеличивается расход смазочного масла и образуются нагары.

Существуют различные конструкции поршневых колец (1-составные прорезные кольца различной формы, 2-составные пружинные кольца и 3-составные кольца). В современных 4-тактных дизельных двигателях используются двухкомпонентные пружинные кольца.

 

5.3 Как обнаружить повреждения поршневых колец

 5.3.1 Высокое давление в картере из-за прорыва выхлопных газов

5.3.1-1 Следы ударов на компрессионном кольце 1 st

5.3.1-2 Следы ударов на пакете колец

5.3.1-3 Результат испытания на проникновение красителя на поршневое кольцо

В случае проблемы с поршневым кольцом (по какой последней причине) уплотнение между поршнем и гильзой становится недостаточным.В результате горячие выхлопные газы проходят из камеры сгорания вниз в картер.

Если затем последовательно давление внутри картера превышает 20 мбар, необходимо выяснить, какой из цилиндров потерял герметичность. Это можно сделать, измерив давление сжатия в каждом отдельном цилиндре.

Необходимо немедленно устранить герметичность, так как горячие выхлопные газы могут вызвать взрыв внутри картера.

Давление в картере (см. также часть 3 нашей серии статей) следует измерять и записывать как минимум каждые 3 месяца.

Причинами повышенного давления в картере — среди возможных других — являются:

  • Заклинившее поршневое кольцо
  • Сломанное поршневое кольцо
  • Изношенная гильза цилиндра
  • Изношенное поршневое кольцо
  • Износ канавки поршневого кольца
  • Прорези колец частично
    или полностью в той же позиции

 

5.3.2 Высокий расход смазочного масла

Если что-то не так с поршневыми кольцами, то увеличится расход моторного масла из-за слишком толстой масляной пленки на поверхности гильзы, которая сгорает в процессе сгорания.

5.3.3 Вода в топливе

5.3.3-1 Поршневое кольцо, разрушенное серной кислотой

Как мы уже описывали в части 4 — § 4.3.3 нашей серии статей, содержание воды в топливе может быть слишком высоким; из-за неисправности или неправильного обслуживания сепараторов. Если это происходит, образуется серная кислота, которая воздействует и разрушает сначала покрытие, а затем основной материал кольца.

В результате срок службы поршневого кольца значительно сократится из-за отсутствия защиты от износа поршневого кольца.

 

5.4 Профилактическое обслуживание поршневых колец

5.4.1 Предотвращение нагара

Как уже упоминалось выше, контактное давление или, точнее, радиальное натяжение между поршневыми кольцами и гильзой цилиндра должно быть как можно более одинаковым по всему цилиндру.

Для выполнения этого требования поршневые кольца должны иметь возможность постоянного и непрерывного перемещения в кольцевых канавках.

5.4.1-1 Начало нагара на пакете поршневых колец

5.4.1-2 Заедание колец из-за сильного нагара

Засорение кольцевой канавки из-за сильного нагара

Пояснение: Углерод = смесь несгоревших углеводородов, остатков сгоревшего смазочного масла и золы. Причина образования нагара, соответственно нагара, была описана уже в части 4 — §4.3.1 нашей серии статей.

Если количество нагара слишком велико, он будет постепенно забивать кольцевые канавки.Из-за передаваемого тепла от днища поршня образуется твердый как камень компаунд, и поршневое кольцо застревает в своей канавке.
Теперь поршневое кольцо больше не может двигаться/вращаться, будет перегружено в определенных местах … и, возможно, в конце концов сломается.

Предотвращение нагара, вызванного недостаточной обработкой смазочного масла

У смазочного масла в силовом или судовом дизельном двигателе есть несколько конкретных «врагов» — под другими:

  • Углерод от процесса сгорания и остатки сгоревшего смазочного масла
  • Вода из всасываемого воздуха
  • Вода, образующаяся в процессе горения
  • Серная кислота, образующаяся из сернистой кислоты

Они переносятся в смазочное масло на поверхности гильзы цилиндра.Если их концентрация слишком высока, это повлияет на масляную пленку на гильзе, и частицы скапливаются в канавках поршневых колец. Эти отложения будут мешать движению поршневых колец в кольцевых канавках, и в конце дня кольца застрянут в кольцевых канавках… Игра окончена!

Правильная обработка смазочного масла для предотвращения заедания поршневых колец

  • Непрерывная работа сепараторов смазочного масла,
    , даже если двигатель не работает в течение короткого времени
  • Температура разделения 95°C
  • Автоматический фильтр смазочного масла в функции со звуковыми свечами
  • Анализ смазочного масла на регулярной основе

 

 

 5.4.2 Изношенные канавки поршневых колец

5.4.2-1 Нагар на верхней стороне кольца из-за износа кольцевой канавки

При каждом осмотре двигателя, когда также сняты поршни, необходимо тщательно измерить высоту канавок поршневых колец по всей окружности. Если пределы износа уже достигнуты, необходимо заменить днища поршней.

Причиной чрезмерного износа канавок являются абразивные частицы топлива, которые концентрируются в смазочном масле; топливо должно быть проанализировано на содержание каталитических частиц, золы, углеродистых остатков и металлических элементов.

 

 5.4.3 Правильная установка поршневых колец

5.4.2-2 Зажим для поршневых колец / расширитель поршневых колец

Ниже 3 небольших совета от Штефана и Хайнца о том, как обращаться с поршневыми кольцами:

  • Ваши запасные кольца должны храниться в горизонтальном положении, в упаковке
    , в сухом и чистом месте.
  • всегда используйте подходящий зажимной инструмент для демонтажа и монтажа колец
  • убедитесь, что прорези для колец не находятся друг над другом при сборке
    в днище поршня

 

 

6.Резюме

Поршневые кольца – это небольшие изделия, на которые приходится нести большую ответственность. Таким образом, следите за тем, чтобы они всегда были в хорошем состоянии, потому что заклинившие или сломанные кольца могут создать как минимум высокий расход смазочного масла, но и заклинивания поршня и другие бедствия.

 

….продолжение в части 6 — Поршневой палец


4.1 Введение

В этой главе основное внимание уделяется поршням и, соответственно, компонентам поршней для дизельных двигателей большого диаметра, применяемых в морских судах и электростанциях.

Сегодня современные поршни далеки от того, чтобы быть просто «куском металла в двигателе», который давит на шатун, чтобы обеспечить вращение коленчатого вала. Существуют и другие требования, которым должен соответствовать поршень, чтобы обеспечить правильную работу двигателя.

На основании патента дочерней компании MMS более 80 % днищ поршней, которые производит SECO, представляют собой так называемые днища поршней WearResist ® . Благодаря использованию нашей головки поршня износ кольцевых канавок из-за продуктов сгорания и термической нагрузки значительно снижается.

В этой главе мы дадим ответы на 3 следующих вопроса:

  1. Как избежать тепловой перегрузки днища поршня?
  2. Почему так важны вспомогательные системы моторной установки?
  3. Какие компоненты двигателя влияют на срок службы поршня?

4.2 Поршни для 4-тактных дизельных двигателей в целом

Поршень, как компонент двигателя, подвергающийся самым высоким нагрузкам во время работы двигателя, непрерывно совершенствовался на протяжении десятилетий; чтобы выдерживать растущие нагрузки из-за более высоких давлений горения и агрессивных соединений тяжелого топлива (HFO).

Пренебрегая некоторыми «древними» типами поршней, которые, возможно, все еще существуют где-то в полевых условиях, мы выделяем 4 конструкции поршня, которые принципиально отличаются друг от друга:

  • 1 — Сборный или композитный поршень — со стальной головкой в ​​качестве верхней части (поршневая головка) и
    a Алюминий, серый литой или чугун с шаровидным графитом в качестве нижней части (юбка поршня).
  • 2-поршневой моноблок — изготовлен из чугуна с шаровидным графитом.
  • 3-Сборный или составной поршень — со стальной головкой в ​​качестве верхней части (поршневая головка) и
    юбкой поршня из литого алюминия в качестве нижней части.
  • 4-моноблочный поршень — изготовлен из алюминиевой отливки с залитым держателем кольца
    для поршневого кольца (колец).
         Принципы конструкции поршня Материал Среднее эффективное давление [бар] Средняя скорость поршня [м/с]
         1-Встроенный/Композитный NCI/сталь 27,0  7.4 — 12,5 
         2-моноблок НКИ 17,0 — 22,0 7,0–14,0
         3 встроенных/композитных Алюминий/Сталь 15,0 — 24,0 8,0 — 10,5
         4-моноблок Алюминий 11,0 — 21,0 7,4–13,8

 

4.2.1 Цели разработки поршня

Деформация юбки поршня вследствие вторичного перемещения поршня

В конце 1980-х годов в конструкторских бюро производителей двигателей были внедрены первые CAD-системы.

Параллельно с невероятной скоростью развития компьютеров был разработан широкий спектр дополнительных инструментов проектирования программного обеспечения.

В настоящее время это программное обеспечение может моделировать, рассчитывать и учитывать последствия индуцированных механических и термических напряжений в новой конструкции поршня; задолго до того, как будет изготовлен первый поршень.

Цели разработки поршня:

  • Достаточная усталостная прочность против всех статических, динамических и термических нагрузок
    , которые создают напряжения в компонентах поршня.
  • Достаточное охлаждение поршня от высоких температур воспламенения
    до 1800°C
  • Для герметизации и удержания дымовых газов и давления сгорания в камере сгорания
    (вместе с поршневыми кольцами) и предотвращения проникновения смазки
    из картера и стенки гильзы цилиндра
  • Хорошее направление поршня в гильзе цилиндра
  • Высокая износостойкость канавок поршня
  • Устойчивость к агрессивным соединениям HFO

При правильной интерпретации специфики этих отклонений можно выявить и устранить возможные отказы или неисправности как самого двигателя, так и окружающих вспомогательных агрегатов.

 

4.3. Повреждения поршня

4.3.1 Недостаточная обработка топлива

Сильные нагары на днище поршня

Засорение поршневых колец нагаром

…а здесь головка поршня того же поршня, что и выше.

По нашему опыту, одной из наиболее частых причин преждевременного износа поршней, соответственно канавок поршневых колец (и, конечно же, других компонентов двигателя) является недостаточная обработка топлива…. по какой причине когда-либо.

К сожалению, на многих силовых установках, кажется, нет уверенности в том, что внимание, которое уделяется непосредственно двигателю, такое же, как и периферии подачи топлива и обработки двигателя.

Основные причины недостаточной обработки топлива:

  • Отстойники слишком малы или просто отсутствуют
    (легко проверить самостоятельно…)
  • Сепаратор, слишком быстрый поток топлива из-за неправильной регулировки
    (слишком большой отрегулированный расход топлива легко превращает сепаратор
    в дорогой насос только без эффекта разделения
    )
  • Фильтр, поврежденный
    (регулярно проверяйте фильтры и никогда не «ремонтируйте»
    фильтр, чтобы сэкономить небольшие деньги.Иначе вам придется
    тратить большие деньги на другом конце…)

Типичные повреждения из-за недостаточной обработки топлива:

  • Отгорание днища поршня из-за сжигания топлива на
    поверхности днища поршня
  • Поршневые кольца ломаются, потому что остатки
    блокируют свободное движение кольца в канавке
  • Управление теплообменом днища поршня сильно
    нарушено из-за растрескавшихся остатков смазочного масла, налипающих на
    внутреннюю охлаждающую поверхность днища поршня.

Предотвращение отложений на заводной головке:

  • Убедитесь, что ваше топливо (мы предполагаем, что это тяжелое дизельное топливо) остается на уровне
    не менее 12 или даже 24 часов в отстойнике при температуре 70°C.
  • Запустите сепараторы с максимально возможной скоростью потока
    !
    (В противном случае вы просто используете его только как дорогой насос.)
  • Убедитесь, что вязкость впрыска соответствует
    в пределах диапазона, рекомендованного в руководстве по эксплуатации
    производителя двигателя.

По нашему опыту, одной из наиболее частых причин преждевременного износа поршней, соответственно канавок поршневых колец (и, конечно, других компонентов двигателя) является недостаточная обработка топлива…. по какой причине.

 

4.3.2 Неправильный впрыск топлива

4.3.2-1 Результат испытания распылением топливной форсунки с забитыми отверстиями впрыска

4.3.2-2 Масло с трещинами внутри днища поршня, прилипающее к охлаждающей поверхности

4.3.2-3 Прогар днища поршня

4.3.2-4 Прогар днища поршня

Вызвано недостаточной обработкой топлива

Как уже упоминалось выше, недостаточная обработка топлива, конечно, не только повреждает днище поршня. Также будет нарушена правильная работа оборудования для впрыска топлива.

Отверстия для впрыска топлива в форсунке будут забиты. И поскольку скорость подачи топлива постоянна, результатом является повышенная скорость подачи топлива в оставшихся незасоренных отверстиях форсунок (рисунок 4.3.2-1).

Когда это происходит, впрыснутое и ускоренное топливо достигает поверхности днища поршня и создает на поверхности днища поршня постоянный перегрев. (рисунок 4.3.2-3)

В этот момент теплоотвод днища поршня сильно нарушается, и охлаждающее масло внутри охлаждающей камеры днища поршня начинает растрескиваться, и образуется изолирующий слой, состоящий из растрескавшегося охлаждающего масла (рисунок 4.3. 2-2).

Теперь ситуация начинает обостряться.Теплота сгорания — соответственно процесса обжига (…напомню: мы говорим о температурах до 1800°C) не может быть должным образом заменена охлаждающим маслом, потому что внутренняя охлаждающая поверхность короны уже изолирована слой треснувшего охлаждающего масла. Материал днища поршня начинает проплавляться со всеми известными последствиями.

Наконец, это то, что мы называем «Горячая коррозия днища поршня» .

Исследования, проведенные нами в лаборатории для определения изолирующего действия углеродного слоя, прилипающего к внутренней поверхности днища поршня, дали следующие результаты:

  • Углеродные остатки имеют в 50 — 400 раз худшую теплопроводность, чем высоколегированная сталь
  • Углеродные остатки являются прекрасным теплоизолятором
  • Толщина масляного налета на поверхности 1 мм равна толщине стали 80 мм (эмпирическое правило)

 

Вызвано попаданием топлива

Еще одна причина повреждения поршня из-за неправильного впрыска топлива очень проста….и чаще, чем вы думаете:

Использование неправильных форсунок и/или использование неправильных втулок топливных форсунок!

По нашему опыту бывает, что при техническом обслуживании устанавливаются форсунки с неправильным углом распыления. То же самое происходит и с гильзой форсунки; просто будет установлен неправильный, и это приведет к неправильному положению форсунки.

Обе ошибки монтажа вызывают так называемый «удар топлива». В результате картина повреждения днища поршня аналогична картине, возникающей из-за недостаточной обработки топлива.

Как предотвратить попадание топлива? Это просто…

  • Перед установкой проверьте схему распыления/рисунок всех форсунок
  • Покупайте свое инъекционное оборудование не у самого дешевого поставщика, а у
    у самого рентабельного.
  • Проверить положение наконечника форсунки при установке в ГБЦ

 

 

4.3.3 Вода в камере сгорания

4.3.3-1 Разрушение днища поршня из-за попадания воды в камеру сгорания

4.3.3-2 Разрушение днища поршня из-за попадания воды в камеру сгорания

Из-за уникальной картины повреждения эту проблему можно легко определить при визуальном осмотре.

Если в камере сгорания большое количество воды, вода будет испаряться во время розжига (не раньше, потому что давление слишком высокое) и горение будет нарушено из-за объема имеющегося пара.

В начале следующего цикла — когда всасываемый воздух теперь поступает в цилиндр — этот водяной пар конденсируется.Пар, сконденсировавшийся на поверхности днища поршня, создает вакуум. Это

Причины появления воды в камере сгорания:

  • Трещина седла выпускного клапана
  • Утечка охлаждающей воды через втулку форсунки
  • Негерметичность уплотнительного кольца между гильзой цилиндра и головкой
  • Недостаточное удаление воды из топлива сепараторами

Предотвращение попадания воды в камеру сгорания:

  • Регулярно проверяйте уровень в баке охлаждающей воды
    .Запишите количество воды, которое необходимо добавить 90 169, и начните искать причину, если количество увеличивается.
  • Убедитесь в правильности положения уплотнительного кольца между гильзой цилиндра
    и головкой и убедитесь, что форма
    кольца все еще в порядке.
  • Обеспечить надлежащую обработку топлива в соответствии с 4.3.2.
  • Обеспечить надлежащий дренаж канала воздуха для горения внутри двигателя
    .
  • Позаботьтесь о достаточной температуре всасываемого воздуха, чтобы
    не подпитывать процесс горения высокой влажностью.
  • Следите за исправностью гидрозатвора и исправностью дренажа
    как в автоматическом, так и в ручном режиме
    .

 

4.3.4 Высокотемпературная коррозия из-за качества топлива

4.3.4-1 Коронка поршня разрушена высокотемпературной коррозией

4.3.4-2 Щелкните слайд, чтобы увеличить его.

4.3.4-3 Нажмите на картинку, чтобы увеличить ее.

Обычно поставляемое топливо сопровождается химическими элементами Ванадий и Натрий.Во время работы двигателя и при определенных условиях эти элементы образуют соли; как ф.э. «Диванадий пентоксид» и «Динатрий оксид».

Во время сгорания эти соли конденсируются на поверхности днища поршня и поглощают кислород из атмосферы камеры сгорания. Затем этот кислород непрерывно диффундирует в материал днища поршня и разрушает его в среднесрочной перспективе.

Этот разрушительный процесс хорошо известен как «кислородный насос», и его следует избегать в любом случае.

Для получения подробной информации о взаимосвязи между качеством впрыска топлива и возникновением высокотемпературной коррозии посетите раздел «Лекции и техническая информация» на нашей странице загрузки.

Предотвращение высокотемпературной коррозии, вызванной топливом:

  • Если анализ топлива включает ванадий и натрий,
    проверьте предоставленный анализ в независимой лаборатории.
    Отбраковать топливо, если отношение Na/V<25% при Na<100мг/кг.
    (Сначала проверьте договор поставки с поставщиком топлива!)
  • Уменьшите нагрузку двигателя, если температура выхлопных газов
    слишком высока. Как можно скорее выполните техническое обслуживание системы охлаждения и подачи воздуха
    .
  • Убедиться в исправности водоотделителя, установленного после воздухоохладителя наддува
    .
  • Очищайте внутреннюю охлаждающую поверхность днища поршня как можно ближе
    к состоянию «как новый» при каждом углеродном обслуживании, которое вы
    выполняете на поршне.

 

4.3.5 Выгорание из-за слишком высоких температур горения

4.3.5-1 Нажмите на картинку, чтобы увеличить ее.

4.3.5-1 Нажмите на картинку, чтобы увеличить ее.

Слишком высокие температуры сгорания можно легко распознать, так как следствием этого являются слишком высокие температуры отработавших газов.

Возникающие повреждения на поршне такие же, как описано в 4.3.4. Поэтому они не должны повторяться здесь еще раз.Вместо повторения перейдем непосредственно к возможным мерам профилактики:

Предотвращение Меры по предотвращению слишком высоких температур горения:
  • убедитесь, что подача воздуха для горения в двигатель
    достаточна посредством:
     — правильного фильтра воздуха для горения
     — очистки охладителя наддувочного воздуха конструкция
     — очистить сопловое кольцо турбонагнетателя и не использовать
      использовать изношенные форсунки
     — противодавление выхлопных газов не должно превышать 30 мбар
     — обеспечить правильное давление наддувочного воздуха
  • проверить правильность момента впрыска
  • проверить исправность форсунок
  • , если все в порядке, то проверьте характеристики горения топлива
    (т.грамм. Veritas Petroleum Services)
  • уменьшите нагрузку на двигатель, если нельзя избежать высоких температур
    другими мерами.

 

 

4.3.6 Неправильное натяжение между юбкой и головкой поршня

4.3.6-1 Следы истирания вокруг всей области седла короны на юбке поршня

4.3.6-2 Следы истирания на юбке поршня в деталях

4.3.6-3 Трещина на юбке на 1/3 окружности

4.3.6-4 Трещина юбки в деталях

Если натяжение между юбкой поршня и днищем поршня — по какой-либо причине — слишком мало, может возникнуть «фреттинг-коррозия» или, более точно, «микрокавитация», вызванная микродвижением между юбкой поршня и днищем поршня.

Существует два основных механизма износа сидений.

Сварка трением

— Истирание возникает при микроскопической сварке трением из-за бокового смещения между днищем поршня и юбкой поршня.Микроскопические пики их материала будут слипаться и тут же разрушаться. Материал более мягкой юбки поршня при этом вырывается, что показывает следы истирания.

Кавитация

— Обычно между днищем поршня и юбкой имеется небольшой конический зазор. Этот зазор должен быть закрыт в течение всей операции. При наличии небольших отклонений от идеальной геометрии этого зазора закрыть его невозможно. Мы можем наблюдать дыхание днища поршня на юбке.
Это означает, что зазор то открывается, то закрывается. При открытии охлаждающее масло будет всасываться в зазор и снова выталкиваться при закрытии. На поверхности седла останется очень тонкая масляная пленка.
При открытии очередного зазора гидростатическое давление в этой масляной пленке очень быстро падает и могут возникать кавитационные пузырьки. Они сразу же снова разрушатся, что вызовет удар по поверхности сиденья и, следовательно, его разрушение.

После запуска этот разрушительный процесс повредит обе задействованные области сидений.Одновременно будет изменена указанная геометрия посадочной поверхности юбки (заданная двигателем или задаваемая изготовителем поршня).

Если этот процесс продолжится — в конце дня — первоначально поршень может быть разрушен (см. 4.3.6-3 и 4.3.6-4).

И, что еще хуже, возрастет риск серьезного повреждения двигателя, т.е. из-за треснувших шпилек или винтов.

Предотвращение истирания между юбкой и короной:

  • При сборке каждого поршня
    всегда должны использоваться новые детали.(например, после проведения углеродного обслуживания)
  • Убедитесь, что процедура крепления, описанная в руководстве производителя двигателя
    , будет применяться точно.
  • Следите за тем, чтобы динамометрический ключ, используемый для затяжки винтов
    , находился в надлежащем состоянии и регулярно калибровался.
  • Аккуратно удалите следы трения перед повторной сборкой с помощью
    масляного камня. (макс. 30 % сопрягаемой поверхности)
  • Проверить выпуклость посадочного места юбки с помощью прямой кромки
    , согласно указанию на чертеже юбки поршня
    .

 

 

4.4 Резюме

В дизельных двигателях большого диаметра, эксплуатируемых на морских судах или на электростанциях, поршень является одним из наиболее нагруженных компонентов. Только безупречная работа поршня, несмотря на огромные механические и термические нагрузки, обеспечивает непрерывную и безопасную работу двигателя.

Срок службы поршня (а также срок службы всех компонентов, участвующих в процессе сгорания) можно значительно увеличить, если избежать перегрева.

 

….продолжение в части 5 — Поршневые кольца


3.1 Введение

Индикатор давления в баллоне — это что-то вроде внутрисердечного катетера человека! В этой главе мы дадим ответы на 3 следующих вопроса:

  1. Почему так важно измерение давления внутри камеры сгорания каждого отдельного
    цилиндра в зависимости от угла поворота коленчатого вала?
  2. Как измерить давление в баллоне?
  3. Что диаграммы говорят нам о состоянии компонентов двигателя и
    процессе горения?

3.2 Цель измерения давления в камере сгорания

Кривая процесса сгорания «как новый» нового двигателя, введенного в эксплуатацию

 

Если что-то работает хорошо, давление внутри цилиндра (камеры сгорания) постоянно увеличивается; за счет работы сжатия поршня. В процессе сжатия температура постоянно повышается, и, наконец, впрыскиваемое топливо воспламеняется. Для воспламенения нужна энергия, поэтому на диаграмме давления именно в этот момент показана пряжка.После воспламенения объем топливно-воздушной смеси резко увеличится. Таким образом, эта сила разгоняет поршень вниз и давление в цилиндре увеличивается.

Диаграмма слева показывает идеальную кривую нового двигателя, испытанного на испытательном стенде или сразу после надлежащего ввода в эксплуатацию на месте. Каждое отклонение давления в цилиндре от этой идеальной кривой вызовет:

  • Повышенный расход топлива
  • Более высокая температура выхлопных газов
  • Повышенный износ компонентов, участвующих в
    процессе сгорания
  • Плохое сгорание с повышенным содержанием нагара
    , что приводит к загрязнению турбонагнетателя
  • Нарушена подача воздуха и качество горения
    еще больше снижается

Причин таких отклонений много, например:

  • Гильза цилиндра и/или поршневые кольца, изношенные
  • ТНВД, слишком низкое давление впрыска из-за износа
  • Форсунка, изношенная или загрязненная
  • Момент впрыска, неправильная регулировка — слишком рано или слишком поздно
  • Подача воздуха в цилиндр слишком низкая
  • Топливо (вялое топливо), задержка зажигания

При правильной интерпретации специфики этих отклонений можно выявить и устранить возможные отказы или неисправности как самого двигателя, так и окружающих вспомогательных агрегатов.

3.2.1 Процедура измерения давления в баллоне

Рис. 3.2.1. Максимальное давление для каждого цилиндра

 

Хайнц за работой… где-то

 

Рис. 3.2.2 9-цилиндровый двигатель: Перекрывающиеся диаграммы давления всех цилиндров

 

Столбчатая диаграмма, показанная слева (рис. 3.2.1), была результатом измерения для определения максимального давления зажигания для каждого из 16 цилиндров двигателя силовой установки.При давлении 180 бар отклонение между отдельными цилиндрами не должно превышать 5 бар, таким образом, легко увидеть, что — в данном конкретном случае — требовалось срочно детально исследовать все возможные причины, которые могут вызвать это недопустимо высокое давление. отклонение.

Этот пример является реальным и был взят у нас на двигателе как раз перед капитальным ремонтом. За пару дней были проведены все работы, которые были необходимы для восстановления нормальной работы двигателя.

Если в настоящее время на вашем моторном заводе нет измерительного прибора, но вы собираетесь его купить, подумайте об инвестировании в цифровой индикатор давления. Только с таким оборудованием вы сможете измерить кривую давления в зависимости от угла поворота коленчатого вала. И только с этой дополнительной информацией из измерения вы сможете определить необходимые шаги, чтобы вернуть ваш двигатель в нормальную работу или просто провести соответствующее и профессиональное обслуживание двигателя.

Измерение следует проводить не реже одного раза в 3 месяца при работе двигателя при 100% нагрузке — соответственно нагрузке  , назначенной для вашего конкретного завода по производству двигателей  .


Ограничение «…то, что обозначено…» мы сделали, потому что силовые установки, работающие на высоте более 800 м, могут быть ограничены производителем двигателей меньшей удельной нагрузкой. Это сделано для того, чтобы избежать чрезмерных проблем с двигателем из-за неправильного процесса сгорания; вызвано естественным недостатком кислорода на этих высотах.

Данные измерений следует постоянно сравнивать с данными «как новые» и отслеживать тенденции. Дополнительные измерения должны быть выполнены, если:

  • Температура выхлопных газов повышается или понижается
  • Увеличивается расход топлива
  • Не обеспечивается правильность положения топливной рейки каждого отдельного ТНВД
    .

Перед проведением измерения давления сгорания необходимо проверить индикаторный кран, чтобы вся резьба каждого отдельного крана была в порядке и не имела повреждений, чтобы снять накидную гайку с индикаторного прибора.

При условии, что все резьбы в порядке, перед измерением необходимо открыть кран как минимум на 3 взмаха, чтобы выдуть нагар и влагу.

Независимо от того, какой измерительный прибор используется:

  • Индикатор пружинной диаграммы,
  • индикатор пикового давления с манометром или
  • цифровой электронный индикатор,

Достаточно указать 10 тактов сгорания, чтобы получить правильные показания для внутреннего анализа устройства.Конечно, это зависит от того, сколько цилиндров вы должны проверить за один шаг.

Когда необходимо проверить сразу 6- или 8-цилиндровый двигатель или двойное количество цилиндров двигателя V-образного типа, через некоторое время может случиться, особенно при использовании цифровых устройств, что они перегреются и автоматически прекратят индикацию процесс. Пружинное индикаторное устройство может получить залипающий подвижный поршень для хода считывания.

Есть два способа предотвратить эту проблему:

  • Если процесс измерения выполняется двумя людьми, то один человек всегда идет впереди и выполняет необходимую чистку кранов индикатора.
    В этом случае у вас есть возможность выполнить измерение как минимум 18 цилиндров за один шаг.
  • Если Ваш прибор перегревается, Вы должны охладить его слабым потоком сжатого рабочего воздуха в течение примерно 10-15 минут.

Исходя из нашего опыта, мы рекомендуем сводить все отдельные диаграммы на один лист; как это показано на рис. 3.2.2. Это позволяет вам намного легче обнаружить разницу (ы) между отдельными цилиндрами.

3.3 Распознавание и устранение неполадок

3.3.1 Позднее зажигание

Типовой график (красный) для позднего зажигания

 

Поврежденные днища поршней

 

Позднее зажигание — Показания:
  • Пиковое давление низкое и после ВМТ
  • Высокая температура выхлопных газов
  • Горение при расширении
  • Черный дым в выхлопных газах
  • Иногда пропадает питание
Позднее зажигание — Последствия:
  • Повышенный расход топлива
  • Сокращение срока службы выпускных клапанов
  • Уменьшенный срок службы днищ поршней
  • Загрязнение окружающей среды из-за большого выброса частиц
Позднее зажигание — Причины:
  • Подача топлива слишком медленная из-за загрязненной форсунки
  • Качество топлива, плохое
    • проверьте обработку топлива, отправьте образец в независимую лабораторию
  • Гильза цилиндра, слишком холодная
    • Проверка и регулировка температуры футеровки
  • Топливный насос, неправильная регулировка фаз газораспределения
    • Проверка и регулировка в соответствии с рекомендациями производителя двигателя
      Рекомендация
  • Слишком низкое давление сгорания из-за износа гильзы цилиндра и/или поршневых колец
    • Сравнение размеров и зазоров с учетом заданных пределов износа
  • Слишком низкая подача воздуха для горения
    • Измерьте содержание остаточного кислорода в отработавших газах
      или на входе фильтра воздуха для горения и сравните это измерение
      с состоянием «как новый».

 

3.3.2 Утечка топливной форсунки

 

Без комментариев…

Негерметичная форсунка — Показания:
  • Слишком низкое пиковое давление
  • Давление после ВМТ, биение при расширении
  • После сжигания потревожен
  • Расход топлива, увеличение
  • Колебания давления в топливопроводах аномально высокие
  • Стук, иногда
Утечка форсунки — Последствия:
  • Вибрационные повреждения на нагнетательных трубах
  • Уменьшенный срок службы днищ поршней
  • Расход топлива, увеличение
Утечка форсунки — Причины:
  • Негерметичная топливная форсунка
    • Проверить форсунку на испытательном стенде в мастерской и при необходимости заменить
  • Износ или засорение распылительных отверстий форсунки
    • Проверить форсунку на испытательном стенде в мастерской и при необходимости заменить

 

3.3.3 Раннее зажигание

Типовой график (красный) в случае раннего зажигания

 

Раннее зажигание — Показания:
  • Пиковое давление слишком высокое
  • Температура выхлопных газов слишком низкая
  • Расход топлива, снижение
  • НЕТ X выбросы, увеличивающиеся
Раннее зажигание — Последствия:
  • Детали внутри камеры сгорания будут перегреваться. Срок службы
    затронутых компонентов двигателя будет сокращен.
  • Стук в двигателе возникает из-за больших нагрузок
    , которые передаются на подшипники через ходовую часть.
  • Ударные нагрузки и вибрации могут привести к повреждению двигателя.
  • Температура выхлопных газов будет снижена, поскольку сгорание
    начинается задолго до того, как предполагается.
Раннее зажигание — Причины:
  • Неправильно отрегулированные или случайно измененные фазы газораспределения топливного насоса
  • Повреждение или неправильная настройка топливного клапана и/или топливной форсунки
  • Топливо с легковоспламеняющимися компонентами
    • Качество топлива должно быть проверено независимой лабораторией (возможно, в топливо подмешаны вредные компоненты для незаконной утилизации отходов).

3.3.4 Частично засоренный топливный клапан

Типовой график (красный) при частичном засорении топливного клапана

 

Частично засорен топливный клапан — Показания:
  • Пиковое давление, слишком низкое
  • Температура выхлопных газов слишком низкая
  • Потеря мощности двигателя из-за слишком низкой подачи топлива
Частично засоренный топливный клапан — последствия:
  • Потеря мощности двигателя.
  • Трещина в форсунке из-за слишком высокого давления в наконечнике форсунки.
Частично засорен топливный клапан — причины:
  • Загрязнение жидкого топлива и/или неправильная очистка
    • Проверка и регулировка сепараторов
    • Проверить и заменить фильтры и/или фильтрующие свечи
    • Провести анализ мазута в независимой лаборатории
  • Нагарообразование на наконечнике форсунки
    • Проверить и очистить.
    • Проверить эффективность охлаждения
  • Нагар на топливном клапане из-за перегрева
    • Проверка эффективности охлаждения форсунки

 

3.3.5 После прожига

Типовой график (красный) в случае дожигания

 

После сжигания — Показания:
  • Температура выхлопных газов слишком высокая
  • Пиковое давление слишком низкое
  • Давление в конце горения слишком высокое
  • Выбросы дыма, увеличивающиеся
  • Помпаж Турболадера, иногда
  • Температура футеровки, повышение
После сжигания — Последствия:
  • Высокие выбросы частиц воздействуют на окружающую среду
  • Слишком высокая температура в камере сгорания вызовет:
    • Дожигание масла
    • Повышенный износ гильзы цилиндра, днища поршня и поршневых колец
  • Несгоревшие отложения углерода вызывают:
    • Засоры системы выпуска отработавших газов
    • Повреждения выпускных клапанов и колец седла клапана
После прожига — Причины:
  • Процесс медленного сгорания топлива
    • Провести анализ сгорания топлива.
  • Низкое качество мазута
    • Провести анализ мазута в независимой лаборатории.
  • Слишком низкая температура топлива
    • Проверьте предпусковой подогреватель и регулятор вязкости с помощью
      анализа топлива и измерьте температуру.

 

3.3.6 Низкая степень сжатия

Типовой график (красный) в случае слишком низкой компрессии

 

Низкая степень сжатия — Показания:
  • Давление сжатия слишком низкое
  • Пиковое давление, слишком низкое
  • Мощность двигателя, снижение
Низкое сжатие — Последствия:
  • Повышенный расход мазута
  • Потеря мощности двигателя
Низкое сжатие — Причины:
  • Неправильное сгорание
    • Провести анализ сгорания топлива.
  • Слишком низкая подача воздуха для горения
    • Измерьте содержание остаточного кислорода в отработавших газах или скорость воздуха
      на входе в фильтр воздуха для горения, рассчитайте расход и сравните с состоянием «как новый».
    • Проверить падение давления в охладителе наддувочного воздуха
    • Проверить скорость турбонагнетателя, если слишком высокая, прочистить кольцо форсунки.
  • Утечка воздуха между гильзой и поршневыми кольцами
    • Демонтируйте головку блока цилиндров и поршень.Проверьте размер
      поршневых колец и гильзы цилиндра, чтобы не допустить, чтобы
      пределы износа уже были превышены.

Резюме

Приведенная выше информация показывает, насколько важны и значимы диаграммы давления индикатора.

Можно обнаружить множество отказов, влияющих на эффективность двигателя и срок службы его компонентов.

Благодаря регулярному проведению этих измерений давления в баллонах руководство судна или электростанции получает мощный инструмент для снижения эксплуатационных расходов и планирования работ по техническому обслуживанию заранее.

….продолжение в части 4 — Поршни


1.1 Общие

В данной информации, а также в ряде последующих глав мы на основе нашего опыта опишем, как исследовать техническое поведение дизельных установок, в том числе вспомогательных систем и контрольно-измерительного оборудования.

Мы определим необходимое оборудование и объясним, как им правильно пользоваться. Кроме того, мы объясним, как можно использовать результаты измерений, чтобы получить полную систему профилактического обслуживания для всей установки и необходимых ремонтных работ.

Благодаря этой системе руководство предприятия сможет планировать и организовывать меры, которые оптимизируют работу, используя результаты измерений e. грамм. давления, температуры, точки впрыска, вязкость топлива, износ компонентов двигателя и т. д.

Целью этих процедур является получение информации, например,

  • Мощность и КПД двигателя
  • Индикация начала возрастающего износа
  • Состояние компонентов вспомогательных систем, таких как охладители, фильтры, сепараторы, насосы и т. д.
  • Анализ тенденций как основа для планового обслуживания

1.2 Измерительное оборудование и точки измерения

Необходимо убедиться, что список измеряемых данных является полным. В следующих главах, которые будут публиковаться с интервалом в 4 недели, будет описано, какое оборудование требуется для получения необходимой информации. Иногда требуются специальные инструменты, которых нет на месте. В этом случае рекомендуется заказать специализированную компанию, которая имеет эти инструменты и квалифицированный персонал, который может выполнить эту работу.

Точность приборов должна быть настолько высокой, насколько это необходимо; например нет смысла измерять давление в картере прибором 0 – 10 бар, потому что давление будет от 10 до 30 мбар.

Кроме того, необходимо обеспечить простоту обращения с приборами и их конструкцию в соответствии с условиями окружающей среды дизельной установки.

Необходимо решить, какие из существующих инструментов следует использовать и когда следует использовать дополнительное оборудование, чтобы также проверить точность существующих инструментов и при необходимости отрегулировать их.

Необходимо обеспечить простоту установки мобильного измерительного оборудования, поскольку измерение необходимо повторять на регулярной основе.

В следующих постах мы рассмотрим отдельно следующие пункты:

  1. Расположение измерительных приборов
  2. Измерение давления, температуры, скорости и крутящего момента
  3. Запуск, расход топлива и смазочного масла
  4. Мониторинг и контроль вязкости топлива
  5. Оценка диаграмм давления в цилиндрах
  6. Осмотр поршней и гильз
  7. Проверка компонентов головки блока цилиндров
  8. Осмотр компонентов впрыска
  9. Проверка системы подачи наддувочного воздуха и турбонагнетателя
  10. Проверка зубчатой ​​передачи и распределительного вала
  11. Проверка подшипников

1.3 Компоненты дизельного двигателя

Как правило, износ всех компонентов дизельного двигателя имеет большое значение. Но есть некоторые компоненты, которые напрямую влияют на надежность двигателя и/или могут привести к косвенным повреждениям. По этой причине мы рассмотрим следующие компоненты отдельно в следующих главах:

  • Нагнетательные насосы
  • Форсунки
  • Впускной и выпускной клапаны
  • Клапанный зазор
  • Поршни с кольцами
  • Гильзы цилиндров
  • Подшипники
  • Виброгасители
  • Турбокомпрессоры
  • Охладители наддувочного воздуха

1.4 Наиболее важные точки измерения

  • Атмосферное давление Давление воздуха  [ гПа]
  • Давление наддувочного воздуха до и после охладителя наддувочного воздуха [бар]
  • Давление выхлопа после ТК [ мбар ]
  • Температура окружающей среды до TC [ °C ]
  • Температура воздуха на входе в двигатель [ °C ]
  • Температура выхлопных газов после цилиндра [ °C ]
  • Температура выхлопных газов перед TC [ °C ]
  • Температура выхлопных газов после TC [ °C ]
  • Охлаждающая вода до и после двигателя [ °C ]
  • Температура смазочного масла до и после двигателя [ °C ]
  • Давление смазочного масла после двигателя [ бар ]
  • Интервал автоматической промывки фильтра (смазочное масло и топливо) [ 1/ч ]
  • Скорость ТП [ 1/мин ]
  • Частота вращения двигателя [ об/мин ]
  • Крутящий момент двигателя после маховика [ Нм ]
  • Начало впрыска: В градусах угла до TD [ C ° ]
  • Давление сгорания и сжатия в каждом цилиндре [ бар ]
  • Температура гильзы цилиндра [ °C ]
  • Температура основного подшипника [ °C ]
  • Вязкость топлива [ сСт ]
  • Расход топлива к двигателю [ м³/ч ] или [ л/мин ]
  • Давление в картере [ мбар ]
  • Вибрация блока цилиндров [ мм/с ]
  • Вибрация TC [ мм/с² ]
  • Содержание кислорода в выхлопных газах [ % ]
  • NOx [ % ]
  • Анализ топлива в независимой лаборатории./.
  • Анализ охлаждающей воды независимой лабораторией ./.

 Продолжение в Части 2 —  Операционные измерения — Инструменты и процедуры


2.1 Инструменты

Целью предлагаемых ниже измерений является получение реалистичной картины степени износа основных компонентов двигателя. Все данные, полученные и записанные таким образом, должны быть первоначально сопоставлены с данными испытательного стенда и записанными данными о вводе в эксплуатацию — соответственно с данными ходовых испытаний.

Для проведения полного измерения данных о работе двигателя должны быть предоставлены следующие инструменты:

   Инструмент Дизайн Точность Диапазон Примечание
           
1  Термометр для поверхностей  Инфракрасный  1.5% мин. 20°С — +40°С  бесконтактный
2  Давление, цифровое Калибр, абс. & цифра. 0,3% -1 бар — +10 бар Удержание мин/макс, устойчивый к HFO
3  Тахометр  Лазер, бесконтактный 0,1% 1,0 об/мин / 10 000 об/мин  мин/макс удержание
4 Электрический мультиметр  Напряжение, бесконтактный  2.0% 0–600 В/0–20 А  мин/макс удержание
5 Манометр для давления в баллоне Электронный  Класс 1.6 0 бар — 250 бар  напр. Датчик ВМТ PREMET C-XL
6  Прогиб коленчатого вала  Механический или цифровой  ./. 60 мм — 300 мм  Цифровой: опция для овальной формы вкладыша
7  Вибрация  Ускорение скорости  5% 2 Гц – 1000 Гц  FFT * возможность
8 Анемометр цифровой **  Лазер, бесконтактный   0 м/с — 45 м/с  мин/макс удержание
9  Анализатор выхлопных газов ***  CO-, O 2 -, NO X — Датчики  1.5%-0,2%-5%  <8000 частей на миллион-<21 об.%-<3000 частей на миллион  EN 50379

*        Быстрое преобразование Фурье
**    Для воздушных фильтров, вентиляции и радиаторов
***  Требуется только при наличии возможности оценки

2.2 Процедуры

Конечно, большинство вышеупомянутых инструментов имеют дополнительные внутренние функции записи и/или статистики. Но что касается мониторинга и сравнения вашего фактического состояния двигателя с новым состоянием, эти функции не важны для нашей цели,

профилактическое обслуживание крупнокалиберных дизельных двигателей для электростанций и судовых дизелей

Кроме того, необходимо убедиться, что все приборы и устройства, постоянно установленные на двигателе производителем двигателя, работают должным образом.В частности, эти инструменты контролируют и регистрируют:

  1. температура выхлопных газов
  2. температура подшипника
  3. температура гильзы цилиндра
  4. Скорость турбонагнетателя
  5. вязкость топлива и температура
  6. расход топлива

Во время всех измерений, которые мы рекомендуем, двигатель должен работать с нагрузкой, максимально близкой к 100%.Мы рекомендуем начинать измерения прибл. 20 минут после того, как ваш двигатель достигнет максимальной нагрузки, чтобы получить стабильные результаты.
В зависимости от конструкции вашей установки, конкретного типа и марки вашего двигателя и стационарно установленной системы контроля данные о работе двигателя отображаются и записываются в диспетчерской. Исходя из нашего опыта, в большинстве случаев наиболее распространенными системами являются «Система интерфейса оператора — WOIS» компании Wärtsilä или «Система мониторинга и аварийной сигнализации двигателя — EMAS» компании MAN.

Тем не менее, по нашему опыту, абсолютно необходимо — и должно быть принято наверняка — не реже одного раза в год перепроверять указанные данные WOIS, соответственно, данные EMAS с помощью ваших мобильных приборов; потому что иногда удаленные приборы не отрегулированы должным образом и/или сломаны – особенно термопары температуры выхлопных газов. Настоятельно рекомендуется правильно и тщательно обслуживать эти инструменты, потому что они могут спасти жизнь вашему двигателю.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.