船舶發(fā)動機的設(shè)計與檢驗方法研究分析

徐承昊

摘要：伴隨著市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，船舶行業(yè)受到了更多的關(guān)注，與此同時，船舶發(fā)動機的節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用成為了有效提高行業(yè)市場經(jīng)濟的關(guān)鍵。本文分析了船舶發(fā)動機設(shè)計內(nèi)容和檢驗方法。

關(guān)鍵詞：船舶發(fā)動機;設(shè)計內(nèi)容;檢驗方法

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

0? 引言

在智能化技術(shù)全面進步的時代背景下，船舶發(fā)動機向著高可靠性、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)計的整體水平，發(fā)揮柔性技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，進一步推動行業(yè)的可持續(xù)性進步。

1? 船舶發(fā)動機設(shè)計內(nèi)容

1.1 受熱零部件可靠性設(shè)計

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)境和高壓燃氣的熱力學(xué)作用，因此，要想提升船舶發(fā)動機的應(yīng)用質(zhì)量，就要對零部件的設(shè)計工作予以關(guān)注，發(fā)揮可靠性設(shè)計的應(yīng)用優(yōu)勢，確保在合力選材的同時，結(jié)合設(shè)計原理和部件形態(tài)平衡完成設(shè)計工作。

第一，氣缸蓋設(shè)計環(huán)節(jié)。發(fā)動機強化效果在逐漸優(yōu)化，氣缸蓋設(shè)計的難度也隨之增大，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)動機熱負荷循環(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)計和處理工作。例如，部分供應(yīng)商在設(shè)計中應(yīng)用的是自上而下的冷卻處理（圖1）機制，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步上冷卻水腔后借助連接通道完成運輸，進入下冷卻水腔，最后排出。相較于傳統(tǒng)的冷卻設(shè)計方案，這種處理機制能將溫度降低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)動機強化指標(biāo)也在不斷優(yōu)化，此時，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，就會造成潤滑油結(jié)焦等問題，嚴重者則會造成環(huán)槽卡頓和拉缸問題?；诖耍诨钊O(shè)計中一般是利用薄壁大環(huán)形冷卻腔結(jié)構(gòu)，能在強化冷卻效果的同時，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

除了要關(guān)注發(fā)動機氣缸套等結(jié)構(gòu)的可靠性，也要結(jié)合摩擦學(xué)全面評估發(fā)動機的而經(jīng)濟型、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)動機的應(yīng)用質(zhì)量。

1.2.1 熱管理

在傳播發(fā)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計工序中，要結(jié)合熱管理技術(shù)應(yīng)用要點落實對應(yīng)的分析和處理工序，確保能全面評估發(fā)動機的整體運行工況，對冷卻水的溫度和機油的溫度予以實時性管控，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)濟型指標(biāo)。不僅能減少暖機中的熱量損失，還能對冷卻液的實際流量予以合理化調(diào)控，減少驅(qū)動功的損耗。

第一，要結(jié)合發(fā)動機各部件的應(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)式機油泵的應(yīng)用要求，結(jié)合發(fā)動機工況完成對應(yīng)參數(shù)的分析和處理，減少機油泵的驅(qū)動功率，滿足最大節(jié)能效果。例如，應(yīng)用可調(diào)式機油泵、水泵的MaK6M20柴油機，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℃，整機功耗降低超過5%[2]。

1.2.2 活塞環(huán)

對于整個發(fā)動機結(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)動機磨損的主要原因，要承載摩擦力、軸向力以及徑向運動負荷，還需要在高溫環(huán)境下運行，為了保證船舶發(fā)動機應(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制，相較于傳統(tǒng)的等離子噴涂處理模式，這種方式能將強度升高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，在進行摩擦磨損試驗分析的過程中，要確保發(fā)動機點火狀態(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)計完成氣缸套處理，改造為浮動缸套系統(tǒng)，頂部能浮動在靜壓軸承位置，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]。在匹配摩擦力試驗分析和測試工序的基礎(chǔ)上，就能結(jié)合設(shè)計方案和鍍層活塞環(huán)全面了解摩擦情況。

1.2.3 氣閥座

在船舶發(fā)動機運行過程中，氣閥座具有重要的作用，因為長期受到高溫環(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)計層面落實相應(yīng)的工序，維持設(shè)計效果和應(yīng)用質(zhì)量[4]。利用試驗臺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行液壓缸的運行狀態(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磨損參數(shù)，以保證能減少環(huán)境因素對整個結(jié)構(gòu)運行質(zhì)量產(chǎn)生的影響。

1.2.4 軸承處理

發(fā)動機軸承的耐熱性、耐磨損性都是直接影響船舶發(fā)動機運行效果和性能的關(guān)鍵因素，因此，要結(jié)合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，積極推動軸承材料的新型設(shè)計進程。利用不同軸承荷載參數(shù)進行軸瓦材料的匹配處理，確保氣體機爆震、軸瓦微動磨損等都能在滿足環(huán)保要求的同時，提高船舶發(fā)動機軸承結(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)動機檢驗方法

為了保證對應(yīng)檢驗工作的合理性和規(guī)范性，要秉持全壽命周期監(jiān)管機制，發(fā)揮檢驗檢測工序的價值，確保能提升細節(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)量或者是安裝細節(jié)不到位，都會造成漏水現(xiàn)象，因此，要結(jié)合實際情況進行密封性檢測，了解具體情況后進行密封處理[6]。

第二，缸套的裂紋問題是造成漏水的重要原因，在發(fā)動機出現(xiàn)振動情況后，受到強烈的敲擊作用就會伴有超負荷運行的情況，使得缸套出現(xiàn)裂縫。

第三，氣缸蓋會受到熱面影響出現(xiàn)裂紋，主要是因為燃燒室本身就是較為復(fù)雜惡劣的環(huán)境，若是長期受到高溫、高壓等熱應(yīng)力和機械力的作用，就會出現(xiàn)疲勞裂紋，沒有按照標(biāo)準(zhǔn)化流程完成處理工序，必然會增加其安全隱患。

第四，發(fā)動機增壓器裂紋也是影響發(fā)動機應(yīng)用質(zhì)量的關(guān)鍵因素，會造成漏水現(xiàn)象。究其原因，主要是因為增壓器中的冷卻水水壓要高于滑油油壓，冷卻水此時就會滲入增壓器潤滑油中，對整個設(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發(fā)動機應(yīng)用質(zhì)量產(chǎn)生影響，要結(jié)合實際情況落實對應(yīng)的管控機制，并且按照標(biāo)準(zhǔn)要求完善日常維護工作。

首先，要定期進行維護保養(yǎng)和零部件的更換處理，因為設(shè)備長期處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)，必要的日常維護管控工作非常關(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)動機運行的情況，發(fā)揮實時性測試的可控效果[7]。

3? 結(jié)束語

總而言之，船舶發(fā)動機設(shè)計工序要結(jié)合實際應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和要求有序開展，進一步推動新型材料的應(yīng)用進程，維持發(fā)動機綜合應(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)的檢測檢驗機制，共同推動船舶發(fā)動機可持續(xù)健康進步。

參考文獻：

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[2]湯義虎，尤越，張延亭，等.船舶發(fā)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)展趨勢[J].柴油機，2020，42（1）：12-17.

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[7]楊柏楓，劉川，黃加亮.基于正交設(shè)計雙燃料發(fā)動機的運行參數(shù)匹配[J].泉州師范學(xué)院學(xué)報，2018，36（6）：46-51，80.