книги из ГПНТБ / Брук М.А. Инженерные основы эксплуатации корабельных дизелей учебник

пых газов. Это само по себе может стать исходной при­ чиной перегрева и аварийного повреждения двигателя.

Задиры втулок цилиндров могут происходить в ре­ зультате конструктивных и технологических недостат­ ков, вызывающих деформацию втулок, прорыв газов в картер, сдувание смазки с рабочей поверхности, пере­ грев и повреждение втулок и поршней. Причиной задира может стать также чрезмерно гладкая поверхность зер­ кала цилиндра, не удерживающая масло и способствую­ щая тем самым сухому трению между поршнем и втул­ кой. Для предотвращения задиров рабочая поверхность втулки должна иметь пористую структуру, обеспечива­ ющую устойчивое аккумулирование смазочного масла

(см. гл .IX ).

Учитывая это обстоятельство, например, втулки ци­ линдров двигателей 37Д подвергаются протравливанию кислотой.

При условии вдумчивого выполнения правил эксплу­ атации, строгого контроля за режимами смазки, про­ грева и охлаждения, исключения перегрузок, примене­ ния кондиционных смазочных масел, качественного и своевременного проведения плановых осмотров и ремон­ тов задиры поршней и втулок цилиндров могут быть полностью исключены.

Трещины во втулках цилиндров образуются под действием высоких напряжений или в результате конст­ руктивных недостатков, связанных с наличием концент­ раторов напряжения.

Например, у дизелей 6ЧН 30/38 появлялись трещины в верхнем поясе втулок цилиндров у переливных отвер­ стий со стороны выпускных клапанов, обусловленные повышенными температурными напряжениями, наличи­ ем концентратора напряжения в виде острых кромок на выходе отверстия (указано стрелкой на рис.. 146) и чрезмерным натягом .между втулкой цилиндра и рубаш­ кой. Трещины располагались на стороне выпускных кла­ панов, где нагрев и температурные напряжения дости­ гают максимума.

После того как было произведено закругление коль­ цевой выточки, что позволило уменьшить концентрации напряжений, а текстолитовые переливные трубки были установлены с натягом 0,08—0,01 мм, удалось устранить

450

ние обитаемости. Задымление отсека становится осо­ бенно ощутимым в условиях подводной лодки.

Известно, что после погружения подводной лодки и перехода на работу под электродвигателями открыва­ ются индикаторные краны дизелей. Газы при этом стравливаются в отсек, неизбежно задымляя его. Такое положение следует рассматривать как недостаток, ко­ торый можно устранить соответствующими конструк­ тивными мерами.

Нарушение герметичности зарубашечного простран­ ства может происходить из-за разрушения и потери уп­ ругости резиновых уплотнений, дефектов сборки, свя­ занных с неправильной установкой уплотнений, чрез­ мерным или односторонним обжатием прокладок.

Верхний уплотнительный пояс нагревается до срав­ нительно высокой температуры. Уплотнение может в этих условиях нарушиться в результате недостаточной термостойкости резиновых прокладок.

Крышки цилиндров

Крышки цилиндров испытывают значительные тепло­ вые и механические напряжения.

Тепловые напряжения возникают вследствие значи­ тельных перепадов температур в днище, одна сторона которого омывается охлаждающей водой, а на другую воздействуют раскаленные газы. Неравномерность рас­ пределения температуры в радиальном направлении и по толщине днища в сочетании со сложной формой от­ ливки, наличием концентраторов напряжения и огра­ ниченными возможностями свободного-расширения при нагреве создает предпосылки для возникновения трещин, которые являются наиболее часто встречающимися пов­ реждениями крышек.

Механические напряжения в крышке цилиндра воз­ никают под действием давления газов.

Вероятность появления трещин возрастает при пере­ грузке двигателя, недостаточном и неравномерном ох­ лаждении, в особенности если резко изменяется темпе­ ратура воды, при чрезмерном повышении давления га­ зов в цилиндре, перетяге крепящих шпилек, появлении местных перегревов, интенсивной вибрации и недоста­ точной жесткости крышки.

452

Трещины в крышках первоначально возникают на наиболее нагретой стороне. Под действием перепада температур днище крышки изгибается. Наиболее нагре­ тая сторона днища при этом стремится расшириться на большую величину, чем сторона, обращенная к охлаж­ дающей воде, в результате чего на стороне днища, омы­ ваемой газами, возникают напряжения сжатия, кото­ рые могут вызвать пластические деформации металла.

После остановки двигателя при остывании крышки наиболее нагретая сторона днища крышки сокращается относительно больше, чем сторона, охлаждаемая водой. В этом случае на горячей стороне возникают высокие напряжения растяжения, которые считают первопричи­ ной появления трещин. Напряжения возрастают в связи

с тем, что днище крышки не может свободно расши­ ряться.

Чем меньше жесткость крышки, тем больше возмож­ ность ее деформации и меньше термические напря­ жения, но вместе с тем меньше ее прочность, способ­ ность противодействовать давлению газов и устойчи­ вость против вибраций.

Чаще всего трещины появляются в перемычках меж­ ду выпускными клапанами. Эти места подвергаются наи­ более сильному нагреву и действию растягивающих на­ пряжений от разности температур. Развитие трещин можно представить следующей схемой [41].

В месте максимальной концентрации напряжений возникает микротрещина, развитие которой ограничи­ вается последовательными полосами. Геометрические оси этих полос направлены в точку, где первоначально появился очаг трещины.

Распространению мелких трещин способствуют повто­ ряющееся действие напряжений и окислительное воз­ действие газов, проникающих в трещину и вызывающих коррозионное разрушение поверхности, что еще более снижает способность металла сопротивляться повторя­

ющимся воздействиям тепловых и механических нагру­ зок. В результате происходит поломка в виде сквозной трещины.

Признаком появления сквозных трещин в крышке цилиндра может служить наличие пара в выпускных га­ зах вследствие просачивания воды через трещину в ра: бочий цилиндр. _

453

Последнее обстоятельство таит в себе опасностьгидравлического удара.

Вода, попадая в цилиндр, стекает в картер и смеши­

вается с маслом.

Обводнение масла резко ухудшает его смазывающие и защитные свойства и само по себе может вызвать серьезные повреждения двигателя.

Шатуны и шатунные подшипники

Под действием давления газов и сил инерции в стержне шатуна возникают сложные напряжения сжа­ тия и изгиба, шатунные болты четырехтактных двига­ телей работают на разрыв.

Шатуны двухтактных двигателей нагружены относи­ тельно меньше, так как у них отсутствует ход со свобод­ но действующей силой инерции.

Во время эксплуатации двигателей встречаются сле­ дующие неисправности шатунов и его подшипников:

—трещины, надрывы и обрывы шатунных болтав (шпилек);

—деформация стержня шатуна;

—трещины в антифрикционном металле шатунных подшипников;

—повышенный износ подшипников, вызывающий утечку смазочного масла и ненормальные условия рабо^ ты подшипника;

—перегрев подшипников и выплавление антифрик­ ционного сплава;

—задиры мотылевых и головных подшипников;

—коррозионное разрушение подшипников.

Трещины, надрывы и обрывы шатунных болтов яв­ ляются наиболее опасными повреждениями шатунов. Они приводят к тяжелым авариям двигателя, сопровож­ дающимся разрушением блока, втулок цилиндров и под­ шипников.

Повреждения шатунных болтов могут появиться в результате:

— усталости металла под воздействием ударной на­ грузки, вызывающей напряжение растяжения. Обычно усталостному разрушению шатунных болтов предшест­ вует появление линии сдвига, мельчайших трещин и рез­ кое уменьшение ударной вязкости;

454

—чрезмерной или недостаточной затяжки гаек, что вызывает в первом случае удлинение болтов и деформа­ цию резьбы, а в другом случае — слабину;

—неравномерного, одностороннего прилегания гай­ ки или головки болта к опорной поверхности, что вызы­ вает дополнительные напряжения изгиба и резкое воз­ растание суммарных напряжений; перекос болта может

быть следствием неплотной посадки в отверстии, непра­ вильного распределения прокладок в разъеме нижней го­ ловки шатуна, дефектов обработки опорных поверх­ ностей шатуна и самих болтов;

—сильных ударов, дополняющихся слабиной в креп­ лении подшипников, что ускоряет усталостное разруше­ ние болтов и, как правило, сопровождается стуками;

—заклинивания поршня, что может привести к об­ рыву шатунных болтов или стержня шатуна;

—большого зазора в мотылевых подшипниках или износа мотылевых шеек коленчатого вала;

—недостаточной жесткости нижней головки шатуна;

—пороков материала шатунных болтов;

—разноса двигателя;

—остаточной деформации болта, удлинение которо­ го может быть обнаружено по смещению контрольных меток на гайке и торце резьбового конца болта или по замеру длины болта микрометрической скобой.

Чтобы предотвратить обрыв шатунных болтов, необ­ ходимо периодически и каждый раз после продолжитель­ ной работы проверять затяжку гаек, состояние стопор­ ных устройств и удлинение болтов.

Во время разборки мотылевых подшипников следует тщательно проверять состояние шатунных болтов, осмат­ ривая поверхность болта, особенно его резьбовую часть

игалтели, с помощью лупы с пяти-, шестикратным уве­ личением. Если обнаруживаются даже мельчайшие волосовины или другие подозрительные признаки, ша­ тунный болт нужно проверить магнитным дефектоско­ пом, позволяющим обнаружить трещины.

Во избежание появления усталостных трещин реко­ мендуется [6] заменить шатунные болты четырехтактно-

ния. Шатунные болты двухтактных дизелей могут рабо­ тать неограниченное время, если нет явных дефектов.

455

Шатунные болты нужно заменить на новые, если обнаружены повреждение резьбы болта или гайки, де­ формация сверх допустимых пределов стержня болта, трещины и забоины болта, заклинивание или задир поршня, разнос двигателя и подплавлеиие мотыл'евого подшипника.

Несмотря на различие и разнообразие причин обрыва шатунных болтов, аварии двигателей при этом имеют примерно один и тот же характер.

После того как один из шатунных болтов оказывает­ ся разорванным, нижняя его половина выпадает в кар­ тер двигателя и вся нагрузка передается на оставшийся болт. Нижняя часть головки шатуна смещается, обра­ зуется перекос, способствующий изгибу, удлинению и разрыву второго шатунного болта.

Если нижняя головка шатуна скрепляется с помо­ щью четырех болтов, то развитие аварии замедляется. Но и в этом случае при длительной работе с одним пов­ режденным болтом произойдет разрыв остальных трех болтов.

Когда крепление нижней головки нарушается, стер­ жень шатуна вместе с верхней частью нижней головки, составляющей обычно одно целое со стержнем, оказы­ вается свободным и начинает разрушать двигатель. Иногда шатун заклинивает между вращающимся валом и остовом двигателя. Происходит скручивание вала, раз­ рушение картера, втулок и блока цилиндров.

Разрушения развиваются так динамично и с такой силой, что иногда шатун вместе с поршнем пробивает картер или фундаментную раму и вылетает в машинный отсек.

Размеры разрушений при такого рода авариях на­ столько велики, что двигатель обычно не может быть восстановлен.

Прогиб стержня шатуна может быть вызван гидрав­ лическим ударом, чрезмерным давлением в цилиндре, взрывом в цилиндре и заклиниванием подшипника.

Трещины в заливке подшипников появляются от воз­ действия динамических усилий при чрезмерно больших давлениях газа в цилиндре, резком повышении скорости нарастания давления и при длительных перегрузках дви­ гателя. .

456

Неудовлетворительный монтаж подшипников, недо­ статочная жесткость нижней головки шатуна, низкое ка­ чество вкладышей, ухудшение условий смазки и перегрев могут стать причинами появления трещин в подшип­ никах.

Локальные трещины, не образующие замкнутого кон­ тура, а также замкнутые трещины, не достигающие кра­ ев подшипника, большой опасности не представляют и при условии внимательного контроля могут обеспечи­ вать исправную работу в течение длительного времени.

Появление большого числа трещин вызывает опас­ ность отставания и выкрашивания антифрикционного металла.

К таким же последствиям, как и обрыв шатунных болтов, приводит обрыв верхней головки шатуна в ре­ зультате заклинивания головного подшипника или порш­ ня и чрезмерно большого зазора в головном подшип­ нике.

Коленчатые валы

На коленчатый вал действуют усилия от давления газов и сил инерции, вызывающие сложные напряжения.

Шейки вала работают в условиях трения. Кроме то­ го, коленчатые валы подвергаются воздействию крутиль­ ных колебаний, которые в зонах резонанса достигают опасных величин.

Вероятными повреждениями коленчатых валов яв­ ляются трещины и поломка шеек и щек.

Основными причинами повреждений коленчатых валов являются:

—работа в зонах критических чисел оборотов, ког­ да напряжения от крутильных колебаний чрезвычайно велики;

—усталостность металла при длительном воздей­ ствии упругих деформаций, в особенности у быстроход­ ных двигателей;

—недостаточная жесткость остова двигателя и опор

подшипников коленчатого вала, просадка рамовых под­ шипников, неодинаковая выработка вкладышей рамо­ вых (коренных) подшипников, неправильная укладка вала на подшипники — все это приводит к взаимному смещению опор вала и вызывает упругие деформации;

— значительные и частые перегрузки двигателя;

457

—заедание (заклинивание) поршней, что может вызвать скручивание и поломку мотылевой шейки;

—смещение или излом оси коленчатого вала отно­ сительно присоединенных к нему ведомых валов.

Кроме того, могут быть повреждения, связанные с недоброкачественностью материала или пороками техно­ логии изготовления коленчатых валов.

Коленчатые валы современных форсированных кора­ бельных дизелей изготовляются из высококачественных сталей с применением новейших методов обработки.

Мелкие царапины на шейках валов могут появиться при попадании в подшипники твердых частиц, выкраши­ вании или местном выплавлении антифрикционного металла, коррозионном повреждении вкладышей под­ шипников.

Трещины и даже поломки коленчатого вала могут быть вызваны ударами гребных винтов о камни или гидравлическим ударом при поступлении воды в цилинд­ ры двигателя.

Надежная безаварийная работа коленчатых валов и их подшипников обеспечивается выполнением правил эксплуатации и прежде всего:

—исключением работы в запретных зонах оборотов

ис перегрузкой;

—высоким качеством смазочного масла и своевре­ менной сменой масла;

—исправным состоянием подшипников коленчатого

вала и сохранением зазоров в допустимых пределах;

' — своевременным устранением дефектов на рабочих поверхностях шеек вала и подшипников;

— сохранением центровки линии вала в допустимых пределах в течение всего времени эксплуатации.

Механизм газораспределения

Если нет конструктивных и технологических пороков и соблюдаются правила эксплуатации, то механизм газо­ распределения может сохранять удовлетворительное сос­ тояние длительное время. Из возможных неисправностей механизма газораспределения следует иметь в виду сле­ дующие.

458

1.С течением времени срабатываются шестерни, в особенности если они плохо собраны после ремонта, а распределительный вал имеет осевой разбег; на двига­ телях различной конструкции имеются случаи появления трещин на зубьях шестерен привода распределительного вала.

2.Искажение нормального профиля кулачной шайбы, появление на ее поверхности трещин, задиров и выкра­ шиваний в результате неудовлетворительной цементации

итермической обработки, сильных ударов, перекоса или заедания ролика.

3.При длительной работе могут оказаться изношен­

ными рабочие поля гнезда и тарелки выпускных и впуск­ ных клапанов, происходит деформация тарелки, что при­ водит к нарушению плотности прилегания клапана. Под воздействием нагара, нагрева до высокой температуры и коррозионно-эрозионных явлений на поверхностях вы­ пускных клапанов образуются окалины и раковины, вызывающие неплотность прилегания клапана к гнезду, что, в свою очередь, приводит к пропуску газов, прогрес­

сивному перегреву и прогару клапана.

Если обнаруживаются раковины на рабочем поле клапана, то такой клапан следует проточить и притереть к гнезду или в зависимости от степени повреждения кла­ пана заменить новым.

Работоспособность выпускных клапанов в значитель­ ной мере зависит от качества смазочного масла. Испы­ тания форсированных дизелей показали, что в случае применения масла с малоэффективными присадками на рабочих поверхностях клапана образуется плотная стек­ ловидная пленка, способствующая повреждению рабоче­ го поля и прогоранию клапана.

4. Тяжелым повреждением является обрыв штока

клапана и выпадание тарелки внутрь цилиндра. Наблю­ даются также случаи прогиба штока клапанов и зависа­ ния клапанов в открытом положении, а также повреж­ дения клапанных пружин.

5. Обрыв тарелки пускового клапана может произой­ ти при пёрекосе штока, отворачивании гайки пружин из-за нарушения шплинтовки, а также при попадании под клапан постороннего предмета. Признаком такого повреждения является заметное нагревание воздушной трубки от клапана к воздухораспределителю.

459