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        船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與檢驗(yàn)方法研究分析

        2021-09-26 01:14:45徐承昊
        內(nèi)燃機(jī)與配件 2021年16期
        關(guān)鍵詞:檢驗(yàn)方法

        徐承昊

        摘要:伴隨著市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,船舶行業(yè)受到了更多的關(guān)注,與此同時(shí),船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用成為了有效提高行業(yè)市場經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵。本文分析了船舶發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)內(nèi)容和檢驗(yàn)方法。

        關(guān)鍵詞:船舶發(fā)動(dòng)機(jī);設(shè)計(jì)內(nèi)容;檢驗(yàn)方法

        中圖分類號:U662.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號:1674-957X(2021)16-0139-02

        0? 引言

        在智能化技術(shù)全面進(jìn)步的時(shí)代背景下,船舶發(fā)動(dòng)機(jī)向著高可靠性、低排放量的方向發(fā)展,要配合更加合理科學(xué)的技術(shù)處理方案,優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體水平,發(fā)揮柔性技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢,進(jìn)一步推動(dòng)行業(yè)的可持續(xù)性進(jìn)步。

        1? 船舶發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)內(nèi)容

        1.1 受熱零部件可靠性設(shè)計(jì)

        對于燃燒室而言,氣缸蓋、活塞、缸套等位置是非常關(guān)鍵的受熱部位,直接面對高溫環(huán)境和高壓燃?xì)獾臒崃W(xué)作用,因此,要想提升船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用質(zhì)量,就要對零部件的設(shè)計(jì)工作予以關(guān)注,發(fā)揮可靠性設(shè)計(jì)的應(yīng)用優(yōu)勢,確保在合力選材的同時(shí),結(jié)合設(shè)計(jì)原理和部件形態(tài)平衡完成設(shè)計(jì)工作。

        第一,氣缸蓋設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化效果在逐漸優(yōu)化,氣缸蓋設(shè)計(jì)的難度也隨之增大,為了確保其具備良好的剛度參數(shù)和強(qiáng)度參數(shù),要在合理組織冷卻水的基礎(chǔ)上,保證溫度受熱均勻,貼合冷卻應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。最關(guān)鍵的是,在確定了氣閥位置后,就要關(guān)注鼻梁區(qū)的寬度,保證冷卻腔的應(yīng)用能符合實(shí)際需求,從根本上規(guī)避裂紋等問題造成的漏水現(xiàn)象。另外,為了滿足船舶發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷循環(huán)數(shù)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)要求,要平衡氣閥直徑參數(shù)和換氣流通面積參數(shù),按照標(biāo)準(zhǔn)要求完成參數(shù)體系的設(shè)計(jì)和處理工作。例如,部分供應(yīng)商在設(shè)計(jì)中應(yīng)用的是自上而下的冷卻處理(圖1)機(jī)制,由上冷卻水腔和下冷卻水腔共同組成,冷卻水從缸蓋的頂部進(jìn)步上冷卻水腔后借助連接通道完成運(yùn)輸,進(jìn)入下冷卻水腔,最后排出。相較于傳統(tǒng)的冷卻設(shè)計(jì)方案,這種處理機(jī)制能將溫度降低15℃到20℃。

        第二,活塞處理技術(shù)。為了全面提升船舶應(yīng)用質(zhì)量,發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)也在不斷優(yōu)化,此時(shí),就更要關(guān)注活塞環(huán)槽的溫升問題。若是溫升得不到有效控制,就會(huì)造成潤滑油結(jié)焦等問題,嚴(yán)重者則會(huì)造成環(huán)槽卡頓和拉缸問題?;诖?,在活塞設(shè)計(jì)中一般是利用薄壁大環(huán)形冷卻腔結(jié)構(gòu),能在強(qiáng)化冷卻效果的同時(shí),避免活塞頂溫度受限,從而匹配力學(xué)性能較好的材料,就能優(yōu)化活塞承載結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)水平,為燃燒壓力的處理提供保障。具體的活塞結(jié)構(gòu)主要是由鋼活塞頂和鋼活塞裙連接而成(見圖2),能承載30MPa的燃燒壓力[1]。

        1.2 長壽命低摩擦設(shè)計(jì)

        除了要關(guān)注發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸套等結(jié)構(gòu)的可靠性,也要結(jié)合摩擦學(xué)全面評估發(fā)動(dòng)機(jī)的而經(jīng)濟(jì)型、科學(xué)性,保證關(guān)鍵部件摩擦性能和零部件結(jié)構(gòu)的平衡,減少不良影響的影響,最大程度上提高船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用質(zhì)量。

        1.2.1 熱管理

        在傳播發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工序中,要結(jié)合熱管理技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)落實(shí)對應(yīng)的分析和處理工序,確保能全面評估發(fā)動(dòng)機(jī)的整體運(yùn)行工況,對冷卻水的溫度和機(jī)油的溫度予以實(shí)時(shí)性管控,從而確保在最適宜的溫度和應(yīng)用環(huán)境中滿足可靠性、經(jīng)濟(jì)型指標(biāo)。不僅能減少暖機(jī)中的熱量損失,還能對冷卻液的實(shí)際流量予以合理化調(diào)控,減少驅(qū)動(dòng)功的損耗。

        第一,要結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)各部件的應(yīng)用要求和標(biāo)準(zhǔn)匹配適宜的間隙參數(shù),并且及時(shí)應(yīng)用對應(yīng)的潤滑裝置,從而減少摩擦損失造成的不良影響。

        第二,要結(jié)合可調(diào)式機(jī)油泵的應(yīng)用要求,結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)工況完成對應(yīng)參數(shù)的分析和處理,減少機(jī)油泵的驅(qū)動(dòng)功率,滿足最大節(jié)能效果。例如,應(yīng)用可調(diào)式機(jī)油泵、水泵的MaK6M20柴油機(jī),結(jié)合工況評估冷卻液和潤滑油的溫度參數(shù)、流量參數(shù),溫度為45℃到70℃,整機(jī)功耗降低超過5%[2]。

        1.2.2 活塞環(huán)

        對于整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)而言,活塞環(huán)是維持密封效果的關(guān)鍵,但也是發(fā)動(dòng)機(jī)磨損的主要原因,要承載摩擦力、軸向力以及徑向運(yùn)動(dòng)負(fù)荷,還需要在高溫環(huán)境下運(yùn)行,為了保證船舶發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的基本質(zhì)量,就要提高具體應(yīng)用效果,發(fā)揮活塞環(huán)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。目前,超音速火焰噴涂是有效的處理機(jī)制,相較于傳統(tǒng)的等離子噴涂處理模式,這種方式能將強(qiáng)度升高1.8倍左右,并且磨損率能降低60%,配合鍍層摩擦力矩就能將摩擦情況控制在一定范圍內(nèi),最大程度上避免應(yīng)用安全性和可靠性受到影響,并全面提高應(yīng)用效果。

        另外,在進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)分析的過程中,要確保發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火狀態(tài)下開展相應(yīng)的測量,借助連桿力測量分析、氣體力測定分析等全面了解活塞組缸套之間的摩擦情況,為后續(xù)制定更加合理有效的處理控制方案提供保障。

        例如,MTU企業(yè)就借助特殊設(shè)計(jì)完成氣缸套處理,改造為浮動(dòng)缸套系統(tǒng),頂部能浮動(dòng)在靜壓軸承位置,底部匹配相應(yīng)的力學(xué)傳感器,建立完整且合理有效的傳感控制模式[3]。在匹配摩擦力試驗(yàn)分析和測試工序的基礎(chǔ)上,就能結(jié)合設(shè)計(jì)方案和鍍層活塞環(huán)全面了解摩擦情況。

        1.2.3 氣閥座

        在船舶發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中,氣閥座具有重要的作用,因?yàn)殚L期受到高溫環(huán)境和高壓環(huán)境的影響,因此,其磨損問題也十分關(guān)鍵,需要引起技術(shù)部門的高度關(guān)注,要從設(shè)計(jì)層面落實(shí)相應(yīng)的工序,維持設(shè)計(jì)效果和應(yīng)用質(zhì)量[4]。利用試驗(yàn)臺(tái)的處理方式仿真分析對應(yīng)情況,并且建構(gòu)完整的分析框架,有效結(jié)合閥桿的頂面位置和盤面位置進(jìn)行液壓缸的運(yùn)行狀態(tài)分析,利用模擬落座力的方式全面評估沖擊磨損情況和微動(dòng)磨損參數(shù),以保證能減少環(huán)境因素對整個(gè)結(jié)構(gòu)運(yùn)行質(zhì)量產(chǎn)生的影響。

        1.2.4 軸承處理

        發(fā)動(dòng)機(jī)軸承的耐熱性、耐磨損性都是直接影響船舶發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行效果和性能的關(guān)鍵因素,因此,要結(jié)合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),積極推動(dòng)軸承材料的新型設(shè)計(jì)進(jìn)程。利用不同軸承荷載參數(shù)進(jìn)行軸瓦材料的匹配處理,確保氣體機(jī)爆震、軸瓦微動(dòng)磨損等都能在滿足環(huán)保要求的同時(shí),提高船舶發(fā)動(dòng)機(jī)軸承結(jié)構(gòu)的整體應(yīng)用質(zhì)量。例如,近幾年興起的無鉛軸瓦材料,能有效創(chuàng)設(shè)良好且清潔度高的應(yīng)用環(huán)境[5]。

        2? 船舶發(fā)動(dòng)機(jī)檢驗(yàn)方法

        為了保證對應(yīng)檢驗(yàn)工作的合理性和規(guī)范性,要秉持全壽命周期監(jiān)管機(jī)制,發(fā)揮檢驗(yàn)檢測工序的價(jià)值,確保能提升細(xì)節(jié)檢測的整體效果。

        2.1 漏水檢測

        第一,要對缸套的安裝情況予以判斷。若是阻水圈質(zhì)量或者是安裝細(xì)節(jié)不到位,都會(huì)造成漏水現(xiàn)象,因此,要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行密封性檢測,了解具體情況后進(jìn)行密封處理[6]。

        第二,缸套的裂紋問題是造成漏水的重要原因,在發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)情況后,受到強(qiáng)烈的敲擊作用就會(huì)伴有超負(fù)荷運(yùn)行的情況,使得缸套出現(xiàn)裂縫。

        第三,氣缸蓋會(huì)受到熱面影響出現(xiàn)裂紋,主要是因?yàn)槿紵冶旧砭褪禽^為復(fù)雜惡劣的環(huán)境,若是長期受到高溫、高壓等熱應(yīng)力和機(jī)械力的作用,就會(huì)出現(xiàn)疲勞裂紋,沒有按照標(biāo)準(zhǔn)化流程完成處理工序,必然會(huì)增加其安全隱患。

        第四,發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器裂紋也是影響發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用質(zhì)量的關(guān)鍵因素,會(huì)造成漏水現(xiàn)象。究其原因,主要是因?yàn)樵鰤浩髦械睦鋮s水水壓要高于滑油油壓,冷卻水此時(shí)就會(huì)滲入增壓器潤滑油中,對整個(gè)設(shè)備的應(yīng)用質(zhì)量產(chǎn)生影響。

        2.2 漏水處理措施

        為了避免漏水問題對整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用質(zhì)量產(chǎn)生影響,要結(jié)合實(shí)際情況落實(shí)對應(yīng)的管控機(jī)制,并且按照標(biāo)準(zhǔn)要求完善日常維護(hù)工作。

        首先,要定期進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)和零部件的更換處理,因?yàn)樵O(shè)備長期處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),必要的日常維護(hù)管控工作非常關(guān)鍵。其次,要確保操作人員能明確參數(shù)調(diào)整的應(yīng)用要求,并且結(jié)合不同的燃料、不同位置的情況落實(shí)針對性較好的處理方案,全面提高應(yīng)用效果。結(jié)合性能應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)檢查發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的情況,發(fā)揮實(shí)時(shí)性測試的可控效果[7]。

        3? 結(jié)束語

        總而言之,船舶發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)工序要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和要求有序開展,進(jìn)一步推動(dòng)新型材料的應(yīng)用進(jìn)程,維持發(fā)動(dòng)機(jī)綜合應(yīng)用效果,在提高可靠性和抗磨損效果的基礎(chǔ)上,滿足節(jié)能降耗的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),并匹配相應(yīng)的檢測檢驗(yàn)機(jī)制,共同推動(dòng)船舶發(fā)動(dòng)機(jī)可持續(xù)健康進(jìn)步。

        參考文獻(xiàn):

        [1]陳聲坦.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)用高溫蝶閥的設(shè)計(jì)與制造[J].機(jī)電信息,2021(3):54-57.

        [2]湯義虎,尤越,張延亭,等.船舶發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢[J].柴油機(jī),2020,42(1):12-17.

        [3]張海濤.基于在線油液監(jiān)測的船舶發(fā)動(dòng)機(jī)故障分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程,2020,49(3):113-116.

        [4]蔡尚峰.基于雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)排放算法的MATLABGUI界面設(shè)計(jì)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2020(20):30-31.

        [5]郭宇,臧睿,周璐莎,等.基于模型的系統(tǒng)工程在航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技導(dǎo)報(bào),2019,37(7):96-101.

        [6]蔣暉.接口可配置的船用發(fā)動(dòng)機(jī)通用監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].江蘇:南京航空航天大學(xué),2018.

        [7]楊柏楓,劉川,黃加亮.基于正交設(shè)計(jì)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)匹配[J].泉州師范學(xué)院學(xué)報(bào),2018,36(6):46-51,80.

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