книги из ГПНТБ / Королев Н.И. Эксплуатация судовых дизелей

Трещины в плоскости под опорным фланцем могут быть у втулок со значительно смещенными уплотнительными канавками. При чрезмерной или неравномерной затяжке гайками шпилек, крепящих крышу цилиндра, фланец втулки работает на срез и изгиб одновременно, что приводит к образованию трещин. Особен­ но часто такие трещины появляются у главных дизелей фирмы «Бурмейстер и Вайн». Для уменьшения изгибающего момента фир­ ма внесла изменения в конструкцию посадочных буртов цилиндро­ вой крышки и втулки (дизели 50VT2BF-110, 62VT2BF-140 и

74VT2BF-160).

Признаками появления водотечных трещин во втулке (а также цилиндровой крышке) являются:

повышение температуры выходящей охлаждающей воды из по­ врежденного цилиндра;

резкие колебания (пульсация) давления охлаждающей воды, повышение давления воды на всасывании;

интенсивное появление воздушных пузырьков в смотровых кон­ трольных стеклах системы охлаждения.

Цилиндровую втулку с трещиной необходимо заменить. Если этого сделать нельзя, поврежденный цилиндр выключают из ра­ боты.

При наличии на рабочей поверхности цилиндровой втулки наработков, натиров, раковин, рисок, задиров, забоин и при отсут­ ствии мест с подплавленным металлом разрешается зачищать втулку на месте, без выпрессовки, мелким карборундовым камнем и наждачной промасленной бумагой, при условии обеспечения всех допусков и учета пределов износа. Зачистку производят толь­ ко в поперечном направлении (продольная зачистка запрещается).

Разрешается оставлять без выведения риски и натиры общей площадью не более 50 см2, глубиной 0,2 мм на длине 80 мм, а также отдельные риски глубиной 0,5 мм и длиной не более 100 мм.

При эксплуатации дизелей бывают случаи, когда на втулках и блоках со стороны охлаждения появляются местные разрушения, похожие на линейные пустоты и раковины, или представляющие собой пятна больших размеров, с наибольшим поражением в цент­ ре. Глубина раковин может достигать 6—7 мм, в отдельных случа­ ях поражения бывают сквозные.

Причинами указанных разрушений являются: электрохимиче­ ская коррозия, кавитационная эрозия, а чаще всего — то и другое.

К числу факторов, обуславливающих электрохимическую кор­ розию поверхностей, соприкасающихся с охлаждаемой водой, от­ носят:

коррозионную активность охлаждающей воды, определяемую ее составом, применяемыми антифризами, температурой, скоростью циркуляции и т. д.;

действие гальванопар в результате контакта разнородных ме­ таллов или металла с накипью.

Установлено, что присутствие в охлаждающей воде растворен­ ного кислорода или углекислоты приводит к коррозии охлаждаемой

27

поверхности деталей дизеля и к сужению проходов воды из-за от­ ложений на них продуктов коррозии.

При нагреве воды с солями временной жесткости двууглекис­ лый кальций и магний разлагаются с образованием карбонатов и углекислоты, которые способствуют усилению коррозии в связи с возникновением местных гальванопар (в результате изменения потенциала металла под накипью). К усилению коррозии приводит и загрязнение охлаждаемой воды маслом за счет действия галь­ ванопар, которые возникают в результате разности потенциала на участках поверхностей, покрытых и не покрытых масляной плен­ кой.

Разрушительное действие гальванопар можно значительно

Кавитационной эрозии наиболее подвержены втулки п блоки многооборотных тронковых дизелей. Эрозия возникает от высоко­ частотной вибрации цилиндровой втулки в результате так называе­ мой «перекладки» поршня и изменения силы, прижимающей его к стенке втулки.

Кавитационные разрушения располагаются на отдельных уча­ стках поверхности втулки и занимают определенное положение по отношению к направлению потока охлаждающей воды и направ­ лению вращения вала (по стрелке 4, рис. 7). Наибольшие разру­ шения бывают всегда на участках 1 поверхности втулки, испыты­ вающих максимальное давление поршня во время рабочего хода. Противоположная сторона 2 повреждается в меньшей степени. В последнюю очередь поражения появляются на участках втулки, расположенных в плоскости, параллельной оси коленчатого' ва­ ла 3. Поверхности, обращенные к впуску охлаждающей воды, под­ вергаются более интенсивному разрушению, чем поверхности со стороны выхода.

28

Первостепенную роль в появлении кавитационных разрушений отводят вибрации втулок. Интенсивность разрушений зависит от температуры и скорости охлаждающей воды и формы распределе­ ния потока.

Исследования показывают, что превалирующую роль в разру­ шении деталей, соприкасающихся с охлаждающей водой, играет механический фактор — циклическое воздействие на металл кави­ тационных пузырьков, которое усиливается агрессивным характе­ ром среды. Объясняется это следующим.

В определенных условиях продукты коррозии могут создать защитную пленку, предохраняющую поверхность от дальнейшего воздействия агрессивной среды. При параллельном действии кави­ тационной эрозии продукты коррозии на поверхности не удержи­ ваются, защитная пленка разрушается. Поэтому на поверхности металла, подвергающейся разрушаемому действию кавитации, про­ цессы коррозии усиливаются, способствуя интенсификации разру­ шения в целом.

Наиболее эффективными мерами по предотвращению электро­ химической коррозии и кавитационной эрозии втулок и блоков дизелей в эксплуатационных условиях являются:

регулярная очистка полостей охлаждения от продуктов корро­ зии и накипи, окраска поверхностей антикоррозионным составом; уменьшение вибрации втулки путем обеспечения минимального

зазора между поршнем и втулкой; максимально возможное повышение температуры охлаждающей

воды при скорости потока не выше 4 м/сек (повышение темпера­ туры, увеличивающее давление пара в кавитационных пузырьках, ослабляют их удары, так как снижается разница давлений);

хромирование втулки; установка протекторов;

добавление в охлаждающую воду ингибиторов (нитрат натрия, хромат калия, масляный ингибитор, желатин и др.).

Цилиндровая втулка — наиболее дорогостоящая деталь дизеля, и поэтому в эксплуатации необходимо следить за ее сохранностью.

Кроме рассмотренных, можно рекомендовать следующие пути снижения интенсивных износов цилиндровых втулок:

для улучшения условий смазки цилиндра и увеличения подвиж­ ности колец использовать масла, обладающие необходимой термоокислительной стабильностью и высокими противоизносными и антинагарными свойствами. Выбирать марку и качество цилиндро­ вого масла в зависимости от качества топлива (содержания серы);

цилиндровое масло подавать в дозировке, рекомендованной дизелестроительным заводом, в зависимости от щелочности масла и содержания серы в топливе. Регулярно проверять величину по­ дачи масла каждым штуцером, один раз в год очищать систему цилиндровой смазки от отложений;

для обеспечения приемлемых температур рабочих поверхностей втулки, поршня и колец поддерживать спецификационное значение давления наддува (коэффициента избытка воздуха). После каждо­

29

го рейса очищать воздушные фильтры, а проточную часть и кры­ латку турбокомпрессора — не реже чем через 6000 ч работы;

для улучшения распределения смазки по поверхности втулки маслораспределительные канавки делать под углом 15—16° к го­ ризонтам вниз от каждого смазочного отверстия до пересечения со следующей канавкой (см. рис. 3);

для обеспечения эффективного сгорания топлива и уменьшения асимметрии температурного поля втулки строго выдерживать реко­ мендации фирм по предельно допустимому износу сопловых отвер­ стий форсунок;

для снижения общей напряженности цилиндрово-поршневой группы (ЦПГ) дизеля избегать тепловых перегрузок при плавании во льдах и при швартовных операциях;

для предотвращения выпадания влаги в воздушном рессивере при повышенной влажности и низких температурах наружного воздуха поддерживать температуру воздуха перед цилиндрами на 5—6° С выше точки росы. Выпадание влаги можно контролировать, -если заменить металлические лючки над воздухоохладителем на лючки из плекспглаза. При температуре продувочного воздуха 24° С и ниже возможно выпадание влаги в рессивере;

во избежание коррозии зеркала цилиндра из-за конденсации влаги на стоянке периодически в течение 4 ч после остановки дизеля и в дальнейшем не реже одного раза в сутки проворачи­ вать дизель с одновременной прокачкой лубрикаторов цилиндровой смазки;

после ремонта и моточпсткп дизеля детали цилиндрово-поршне­ вой группы обкатывать (прирабатывать) на сниженной мощности и рекомендованном масле.

Когда износ втулки достигает предельно допустимой величины (0,4—0,8% диаметра) или втулка приобретает недопустимую эл­ липтичность, конусность и поддерживать удовлетворительные условия работы цилиндра становится затруднительно, втулку сле­ дует заменить. Расточку втулки обычно не делают, так как при этом увеличивается ее диаметр и требуется установка нового поршня с увеличенным диаметром.

Демонтаж цилиндровой втулки производят не только при ее замене, но и при контрольных вскрытиях, необходимых для осмот­ ра цилиндра со стороны охлаждения.

Для выпрессовки втулки используют специальные приспособле­ ния, поставляемые заводом-строителем или изготовленные на суд­ не. После выемки втулку и блок очищают от ила, ржавчины, наки­ пи и других отложений.

Опорные поверхности фланца втулки притирают к блоку. Если в дизеле применяют проставочные кольца, то плоскости прилегания последних притирают к блоку и к фланцу втулки. Правильно посаженная втулка не должна иметь зазора между опорными по­ верхностями (щуп толщиной 0,03—0,04 мм не должен проходить между ними). Кольцевой зазор в нижней части между уплотни­ тельным кольцом блока и втулки должен быть равномерным.

30

Перед установкой втулки внутренние поверхности зарубашечного пространства окрашивают водостойкой краской, кроме посадочных поясков, которые смазывают жиром или жидким мылом.

Перед запрессовкой втулки на место (как новой, так и бывшей в работе) рекомендуется ее опустить в цилиндр без резиновых уплотнительных колец для проверки посадки втулки на опорной поверхности блока и качества уплотнения красномедного кольца.

При правильном размере красномедного пояска втулка без уплотнительных резиновых колец садится на место при легком покачивании. На пояске по всей окружности будут видны следы соприкосновения с блоком. Если таких следов нет, необходимо высоту пояска поднять, прочеканив его в средней части. Втулку нельзя ставить на место с большим усилием. Если она садится туго, надо ее поднять и шабером снять выступающие места на красномедном пояске.

На подготовленную для посадки в блок втулку необходимо надеть резиновые уплотнительные кольца, смазанные жиром, мы­ лом или вазелином. Резиновые кольца должны надеваться на втулку с небольшим натягом и сидеть в канавках, плотно облегая втулку. Очень важно, чтобы резиновые кольца не полностью за­ полняли свои канавки и не были сильно зажаты в них. Кольца должны выступать над поверхностью втулки не более чем на 1мм. Если диаметр резинового кольца велик и нет необходимого разме­ ра, следует вырезать участок кольца и склеить резиновым клеем концы внахлест. Если диаметр резинового кольца больше требуе­ мого на 10%, надо отрезать 20% длины кольца и т. д. В этом случае диаметр резины уменьшится до требуемой величины за счет растяжки кольца.

После подготовки втулку ориентируют по цилиндровому блоку. Необходимо следить за тем, чтобы не сместить впускные и проду­ вочные окна по отношению к блоку, а также отверстия для сма­ зочных штуцеров. Для облегчения этой работы на фланце втулки и на блоке имеются риски (в некоторых типах дизелей имеется проушина с отверстием и направляющий стержень).

Окончательную посадку втулки производят поджатием цилинд­ ровой крышки или с помощью специального приспособления. Затем обмеряют втулку в районе посадочных мест, чтобы убедиться, что втулка села нормально и сжатия ее не произошло. Уменьшение диаметра втулки после запрессовки более чем на 0,02—0,03 мм не допускается.

Цилиндровый блок опрессовывают водой на давление, соответ­ ствующее рекомендации завода-строителя (3—6 кгс[см2).

Перед гидравлическим испытанием блока крышку цилиндра за­ крепляют на месте штатными шпильками; также должны быть поставлены на место смазочные штуцеры (на новых прокладках).

Возможные пропуски воды наблюдают по опорному фланцу втулки, по внутренней поверхности втулки и через продувочный и выхлопной коллекторы в районе окон.

31

Проверка положения поршня относительно оси втулки в трех положениях поршня при прижатом ползуне дает представление о том, какое положение заняла втулка относительно оси цилиндра и поршня. Если ремонт производился заводом, правильность уста­ новки втулки определяют по струне.

Рис. 8. Поперечный разрез крышки, втулки и поршня дизеля «Бурмейстер и Вайн» марок K98FF (слева) и 84VT2BF180 (справа)

В некоторых вспомогательных дизелях (типа «Бурмейстер и Вайн») крышку отливают заодно с втулкой.

Крышки дизелей типа «Бурмейстер и Вайн» (рис. 8) обеспечи­ вают хорошее охлаждение камеры сгорания и благоприятные усло­ вия для верхнего бурта втулки. В крышке установлены форсунки 2 и выпускной клапан 3. Для предотвращения проникновения горя­ чих газов к уплотнительным буртам втулки на крышке 1 имеется паз, в который устанавливают разрезное уплотняющее кольцо 4.

32

Эффективность работы кольца зависит от правильности его уста­ новки. Кольцо не рекомендуется расхаживать и поворачивать.

При замене новое кольцо разрезают в одном месте, подгоняют подппловкой торцов и устанавливают в крышке на высоте В, рав­ ной 2 мм (рис. 9). Величину зазора а между уплотняющим коль­ цом и канавкой в крышке устанавливают 0,05—0,1 мм.

нако бурт втулки находится в неблаго­ приятных условиях. Для герметизации камеры сгорания между

крышкой и рабочей втулкой на верхнем фланце втулки 4 в коль­ цевую выточку 3 устанавливают красномедную или медно-асбес- товѵю прокладку, на которую опирается кольцевой бурт крышки.

Рис. 10. Крышка дизеля MAH K9Z70/I20

В колпачковых крышках охлаждается только нижняя часть (собственно крышка). Назначение верхней части (колпака) — прижать крышку к втулке п обеспечить достаточную жесткость.

В дизелях типа МАИ колпак прилегает к крышке не всей по­ верхностью, а лишь тремя концентрическими буртами разной высо­ ты. До установки на втулку верхняя часть крышки опирается на нижнюю только внутренним буртом. Между средним буртом и крышкой обязательно должен быть зазор 0,1—0,12 мм, а между наружным и крышкой — 0,2—0,25 мм (см. рпс. 10). Если этих за­ зоров нет, то при обжатии крышки средняя часть колпака будет деформироваться, что может привести к появлению трещин на огневой поверхности в районе форсуночного отверстия.

В связи с тем, что колпак крышки, установленной на двига­ тель, все время находится в деформированном состоянии, упру­ гость материала постоянно теряется и зазоры по посадочным бур­ там уменьшаются или исчезают вообще. Поэтому периодически, через 8000—12 000 ч работы двигателя, необходимо проверять на­ личие зазоров и при необходимости восстанавливать их проточкой верхнего колпака. Запасные крышки перед установкой также не­ обходимо проверять на наличие этих зазоров. Накипь или грязь на опорных буртах у крышки, находящейся в работе, указывает на плохое прилегание колпака к крышке.

В крышках дизелей «Зульцер» (рис. 11) имеется центральная вставка 4, в которой размещены форсунки 2, пусковой 3 и пред­ охранительный 1 клапаны. Это упрощает конструкцию и ремонт крышки, улучшает механические и температурные условия ее работы.

Для разгрузки основной части крышки от дополнительных из­ гибающих напряжений, возникающих при затяжке шпилек, на крышках дизелей 8ДР43/61 и «Фиат» имеется стальной кованый бандаж.

Для герметизации камеры сгорания между крышкой и блоком цилиндра помещают отожженные красномедные пли медно-асбе­ стовые прокладки. Плотность соединения крышки с блоком у дизелей без прокладок достигается за счет раздельной притирки этих поверхностей по калибру.

К наиболее распространенным дефектам цилиндровых крышек относятся трещины. Главными причинами их образования являют­ ся перегрузка дизеля (цилиндра), недостаточное или неравномер­ ное охлаждение, неравномерная или чрезмерная затяжка крепеж­ ных шпилек, повышенное давление газа в цилиндре, быстрая на­ грузка недостаточно прогретого дизеля и др.

В нижних частях крышки трещины возникают в основном вследствие температурных, а в верхних (наружных)— механиче­ ских напряжений (например, при неравномерной или чрезмерной затяжке шпилек).

К числу повреждений крышек относится также их обгораиие. Степень обгорания выявляют с помощью шаблона, изготовленного из листовой стали по конфигурации днища крышки или чертежу.

34

К мерам, предупреждающим повреждения крышек и увеличи­ вающим срок их службы, относятся: периодическая (согласно графику) очистка охлаждающих полостей от накипи и шлама, а огневой камеры — от нагара; тщательный осмотр с целью обна­ ружения трещин.

Рис. 11. Крышка, поршень и втулка дизеля «Зульцер» типа RND

Накипь удаляют кислотным раствором или механическим спо­ собом одновременно с очисткой блока.

Трещины находят визуально с помощью лупы или опрессовкой (надо помнить, что некоторые трещины можно обнаруживать лишь при нагретом состоянии крышки). В эксплуатационных условиях признаками появившихся трещин является: повышение темпера­ туры отходящей охлаждающей воды'и снижение температуры вы­ пускных газов; появление на крышке потеков или налетов солевых отложений.

Очень важное значение имеет правильность затяжки гаек шпи­ лек, крепящих крышки к блоку. Гайки нужно подтягивать равно­ мерно в определенной последовательности: сначала две диамет­ рально противоположные ганки, затем две другие, расположенные по другой диагонали, после чего — промежуточные гайки и т. д.

Зажимать гайки следует не менее чем за три приема, оконча­ тельно обжимать — при помощи ключа и надетой на него трубы, согласно инструкции по обслуживанию двигателя. Во всяком слу­ чае затягивать крышку необходимо с усилием, не превышающим максимальное рабочее давление газов на крышку более чем в 1,2 раза. При отсутствии рекомендаций завода-стронтеля затяжку следует делать ключом с рычагом, равным 15—18 диаметрам за­ тягиваемой гайки, применяя усилие двух человек.

Силу затяжки ориентировочно можно определить из выражения

г>_ (1,25-г- 1,5)рг

где pz — максимальное давление сгорания в цилиндре, кгс/’см2; 2Ш — количество шпилек на крышке.

Между телом шпильки и отверстием в крышке должен быть зазор не менее 1—2 мм. При этом зазор должен приходиться на сторону, обращенную к центру, что обеспечит свободное расшире­ ние крышки при ее нагревании.

При осмотрах крышки (блока) необходимо обращать внимание на состояние цинковых протекторов. Разрушенные протекторы под­ лежат замене. Протектор должен иметь надежный контакт с защи­ щаемой поверхностью. Отсутствие разъедания указывает на плохой контакт протекторов с крышкой (блоком).

Пропуски газов из-под крышки могут привести к прогоранию уплотнительных прокладок и буртов цилиндровой втулки. Если поджатием гаек не удастся устранить прорыв газов, то надо снять крышку и осмотреть прокладки и опорные поверхности. При не­ обходимости следует заменить прокладку новой (отожженной) пли притереть опорные поверхности крышки и втулки по шаблону. Поджатие гаек крышки допускается только на неработающем двигателе.

Неудовлетворительное регулирование рабочего процесса двига­ теля— довольно частая причина повреждения его крышки. Поэто­ му необходим систематический контроль за рабочим процессом в цилиндрах (индицирование, наблюдение за температурой вы­ пускных газов, замер давлений сжатия и горения).

Не менее важно соблюдение рекомендаций завода-строителя по режиму охлаждения крышки двигателя.

Сокращение числа реверсов — также способ удлинения срока службы цилиндровых крышек.

При. профилактических вскрытиях и осмотрах цилиндров, кроме очистки водяной полости от шлама и накипи, исправляют резьбу шпилек, притирают посадочные места под корпуса клапанов, фор­ сунок, заменяют поврежденные шпильки и болты, устраняют кор­

36