机械设备和系统 43柴油机.docx
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机械设备和系统43柴油机
目录
第1节.柴油机
A.通则
A100适用范围
A200发动机送审文件
A300推进主机的附加送审文件
A400布置文件
A500振动文件
B.设计
B100通则
B200结构组成
B300安全阀和曲柄箱通风
B400螺栓连接
B500功率传输部件
B600液压阀操作
B700燃油系统
B800控制空气系统和冷却器
B900启动空气系统
B1000润滑
B1100防火
B1200涡轮增压器
B1300辅助送风机
B1400振动阻尼器
B1500型式试验
B1600型式试验的数据收集
B1700型式试验程序
B1800高速、轻型船舶和海面舰船的型式试验
C.检查和试验
C100通则
C200部分认证
C300部分试验和检查
C400安装过程中的检查
D.车间试验
D100适用范围
D200一般发动机试验
D300推进主机的试验
D400辅助发电机组的发动机试验
D500试验后的开启
E控制、报警、安全功能和指示
E100通则
E200速度调节
E300超速保护
E400推进主机的探测和报警
E500柴油发电机组的速度调节
E600辅机的探测和报警
F.布置
F100排列和反作用力
F200刚性安装
F300弹性安装
F400排气管
F500润滑油和燃油管
F600曲轴箱通风管
G.振动
G100符号和定义
G200振动测量
G300稳态扭转振动
G400瞬时扭转振动
G500纵向振动
G600发动机振动
H.安装检查
H100适用范围
H200部分供给发动机的装配
H300校中和底座
H400弹性安装的发动机
H500燃油、滑油和冷却系统
I.船上试验
I100适用范围
I200一般发动机试验
I300推进主机试验
I400辅机的试验
I500稳态扭转振动
I600瞬时扭转振动
I700轴向振动
I800发动机振动
I900试验后的开启
第1节柴油机
A.通则
A100适用范围
101本节包含的要求适用于在认证条件下大于200KW的柴油机，见第2章第1节和第2节，发动机的安装和船上试验。
对功率小于200KW的柴油机，IMO和SOLAS的要求仍然适用，见B700和B1100。
用原油或汽油做燃料的设备需特别考虑，见第6篇第13章。
102规范B到E适用于柴油机、它的部件及内部系统。
规范F到I适用于发动机的安装、发动机及其系统动力（系统动力受发动机的影响）、和船上试验。
103柴油机的制造应有NV证书，NV证书以C中的部分认证和D中的车间试验为依据。
104表1表示了柴油机的认证过程，其中生产商是一个许可证持有人或拥有设计资格的制造者。
设计送审且型式试验完成后，许可证持有人可申请型式认可或逐项认可。
这项规则也适用于通过认可制造的涡轮增压器和扭转减振器。
认可证颁发者完成型式试验后，许可证持有人无须为已经通过认可制造的发动机、涡轮增压器和扭转减振器进行新的型式试验。
A200发动机的送审文件
201应按表A1的要求提供图纸、数据资料、说明书、统计结果和其他信息供使用（包含型式认可的项目除外）。
A=认可
I=资料
UR=在此要求之上
NDT=非破坏性试验
UR用于下述情况，例如：
当设备是凭经验从同类型的设计指导中得来时，需要提供更加详尽的设计评审。
*）在逐项认证中型式试验应在车间试验之后。
图1：
流程图显示了柴油机的认证过程。
表A1送审文件
部件
图纸
原材料明细表
统计结果
其他
设计要求参考
发动机横剖面图
I
发动机纵剖面图
I
机座
A
A
UR
焊接工艺规范见204
校正规范
见B200
机架（支架）
A
A
UR
焊接工艺规范见204
校正规范
见B200
发动机组
I
I
见B200
主轴承和曲柄轴承
I
I
见301
推力轴承及其构造⑴
A
A
见302
焊接工艺规范见204
拉杆
I
I
曲轴箱安全阀布置图
A
A
见B300
气缸盖
I
I
十字头发动机铸件的非破坏性试验NDT
气缸盖螺栓
I
I
气缸衬套
I
I
推进主机的非破坏性试验NDT
活塞
I
I
在此要求之上的非破坏性试验NDT
表A1送审文件（接上）
部件
图纸
原材料明细表
统计结果
其他
设计要求参考
活塞杆
I
I
在此要求之上的非破坏性试验NDT
带导杆的十字头
I
I
校正规范
见B509
连杆
A
A
非破坏性试验NDT
见B508
连杆螺栓
A
A
UR
见B400
曲轴
A
A
UR
非破坏性试验NDT
允许范围内的偏差
校正规范
见B502到B506
曲轴螺栓
A
A
UR
见B400和B507
平衡块及其固定
I
I（包括可适用的螺栓）
推力轴
A
A
扭转减振器
A
A
见B1400
轴向减振器
I
见B1400
凸轮轴驱动装置装配图
I
凸轮轴驱动装置齿轮
I
I
凸轮轴
I
I
凸轮和凸轮滚轴
I
I
燃油注入系统上高压部件
A
I
见B700
电子注入系统
A⑵
燃油系统⑶
A
见B700
燃油管保护罩
A
见B700
阀门升程的液压系统
A
保护罩
见B601
排气阀
I
I
进汽阀
I
I
涡轮增压器
TA
TA
I
见B1200
见B1200
辅助增压器布置图
A
见B1300
排气管装配图
A
见B1100
起动空气系统⑶
A
见B900
扫气空气系统⑶
A
见B800
润滑油系统⑶
A
见B1000
冷却水系统⑶
I
安全和控制系统（包括警报装置明细表）
A
见B300和E
速度调节系统
A⑷
见E
监测系统
A
见E
操作和维护手册⑸
I
包括整个发动机的操作一览表
⑴适用于主机推力轴承是整个轴承系统中的主推力轴承（承受螺旋桨推力）。
⑵需要型式认证，见第8章。
⑶在发动机设计中连成一体。
⑷调速器需要型式认证，见第8章。
⑸无设计审核或型式认可时用于进行设计审核、型式认可及逐项认可。
依据DNV提交的详细资料构成柴油机数据记录表No.72.10。
需要的资料如下：
—最大持续额定输出功率
—制造商指定的间歇性额定过载功率
—允许的额定载荷上升和下降（高于要求）
—最大持续输出功率下的平均指示压力
—过载功率下的平均指示压力
—最大持续输出功率下的最大气缸压力
—间歇性额定过载功率下的最大气缸压力
—启动超速保护下的最大允许转速r.p.m
—阀定时角
—最大持续输出功率下的压缩压力和扫气空气压力
—间歇性过载功率下的压缩压力和扫气空气压力
—气缸直径
—冲程
—气缸数目和布置
—点火顺序或角度
—压缩比
—每缸的往复运动部件质量
—换算到曲柄半径上的连杆旋转部分的质量
—换算到曲柄半径上的一个曲柄的不平衡质量（不包括平衡块）
—换算到曲柄半径上的每个平衡块的质量和角度
—扭振计算所需的数据
—发动机涡轮增压器压缩曲线图（型式图用于发动机的型式认可，在此要求之上，详细说明图用于每个申请，见B1205和1206）
—辅助增压器的数目和负载量（适用于2冲程单推进发动机），见B1300
—特性曲线
—发动机中允许的轴承反作用力（仅适用于直接式双推进发动机）
—发动机允许的加速度，适用于HS、LC和NSC推进发动机，见F304。
202部分不直接用于认可的资料被收集来建立一个完善的档案，以备操作阶段中使用。
203图纸中应有关于适用材料规格的详细说明。
见第2章第3节A200。
当需要考虑时，可用来印证B中给出的要求。
如要求满足非破坏性试验NDT，说明中应包含验收标准。
204对于焊接结构的部件和补焊件，焊缝处的所有细节都应提供且有关的焊接工艺程序应在图纸中详细说明。
另外，下列资料应详细说明：
——焊丝材料
——焊后热处理
——有验收等级的非破坏性试验NDT（由于内部缺陷，最好选用ISO5817标准）
A300推进主机的附加文件
301若维护手册中没有给出，则主轴承和曲柄轴承图纸、螺栓固定型式及最大允许磨损的详细说明应作为资料提交，当无设计审核或型式认可时这些资料用于进行设计审核、型式认可及逐项认可。
302对于跟主推力轴承连成一体的发动机，最大允许磨损如在维护手册中未给出，则应以资料的形式提交。
303在柴油电动推进系统中驱动电动机的主机被定义为推进主机。
A400布置文件
401下列图纸和规范应提交认可（通常由厂家提供）：
a）发动机紧固装置，包括螺栓、预加应力、环氧树脂的（带计算）或金属的基座（见F200），如适用。
b）顶部支撑装置，如适用，包括反作用力（见F205）。
c）弹性底座（需要型式认可，见F300），如适用。
d）弹性安装的发动机中排气管系和所有挠性管系的布置。
本则也适用于安装在弹性结构上的柴油机组。
e）安装在弹性结构上的发动机和发电机的机架（垫块）。
f）对弹性安装的发动机，应提交包含弹性基座的静态计算，见F303。
A500振动文件
501除发动机额定功率低于200kW的辅助设备外，所有设备都应提供（通常由厂家）下列计算（如适用）进行认可。
a）恒稳态条件下的扭转振动计算。
b）瞬变状态下的扭转振动计算：
⑴运转达到一个禁止的转速范围（主要是2冲程发动机）：
本条适用于当运转达到一个禁止的转速时轴系的验收需要提供某种振动和压力等级的文件，见第4章第1节B200。
⑵启动和停止操作（主要是发电机组）：
本条适用于船级社要求证明启动和停止程序（包括运转至主临界转速范围时）对任何动力传输系统无损害，见G402。
⑶离合器：
本条适用于带有快速啮合离合器的设备。
指定压力时段内的性状需要考虑，如有必要，还需要瞬时振动计算。
⑷PTO驱动发电机的短路：
本条适用于设备中带有功率卸除的驱动电机发生短路的状况。
如果PTO支路中扭转动态稳定性和在额定转矩下50或60HZ的励磁频率之比大于10，即Kdyn/To＞10，则需要短路状态下的瞬时振动计算。
c）轴向振动计算：
本条仅适用于船级社需要时。
指导性意见：
通常需要轴向振动计算的情况：
⑴直连式设备在最小主扭转力下低于临界状态运行。
⑵当不存在现场试验时，严格地与特别的重物连接（例如：
调谐轮）或在高速范围下运转的设备。
—指—导—性—意—见—结—束—
d）发动机的振动计算。
本则适用于所有弹性安装的发动机，除发动机和发电机是严格的安装在一个共用基座而基座是弹性安装的以外。
502计算内容应包含：
——目标
——方法的记述
——设备和系统设计
——条件
——假设
——结论
结论应基于计算得到的动态特性与设备中所有敏感部件允许值的对比。
503在所有扭转振动计算中主要数据的变化（如：
弹性联轴节和减振器的动态特性）都应该被考虑，见第2章第3节A101。
特别是橡胶联轴器和某些类型的减振器能够承受很大的刚度和阻尼。
通常不要求这些极值的组合进行计算，但当这些高负荷被定性考虑并在结论中提出时除外。
对于刚度跟振动转矩、平均转矩和温度有很大相关性的联轴器来说，作为功率损耗的结果需要进行包含相关性在内的重复直接计算或模拟计算。
504在振动计算中所有主要数据的来源都应列举。
对于无法用恒定参数列举的数据，应详细说明假设数据的相关性和公差范围。
505下列与扭转振动计算有关的数据可能要求提供：
——调速型式
——速度传感器的位置
506若发动机或同类型发动机的运行经验显示有过度的振动，则应申请凸轮轴和齿轮驱动振动的测量和分析。
若与同类型中有最多汽缸数目的发动机相比，型式试验的发动机只有数量相当少的汽缸，则这种试验申请应在有较多汽缸的第一个发动机进行海上试验之后。
指导性意见：
对实际设备来说，想要减小500中给出的振动送审文件的范围可通过，例：
a）系统型式认证，见第2章第2节。
例：
1）弹性安装的发动机是标准安装并且所有联结件（包括驱动联轴器）是弹性制造，对振动无影响，可以用系统型式认证代替。
2）使用少量弹性联轴节、发电机、齿轮箱、轴系长度、螺旋桨、喷水式推进器等的发动机可适用系统型式认证。
b）发动机的型式认证中包含凸轮轴振动。
对于曲轴应力实际上独立与驱动系统之外的发动机，即通常安装在弹性联轴节上的发动机，建议将轴向（如必要）和扭转振动都包括在型式认可中。
这样，这部分扭转振动不需要再提交实际申请。
这些扭转振动计算由整个转速范围内的发动机最大相关负荷组成。
汽缸的熄火（非燃料注入）也应考虑。
因此，应该选出最恶劣的汽缸，见G301d）。
—指—导—性—意—见—结—束—
B设计
B100通则
101关于机械设计的通则，见第2章第3节。
应特别注意第2章第3节A102。
关于管系和辅助设备（如：
管子、过滤器、冷却器等）的一般设计要求见第6章和第7章，如适用。
102设计计算和试验条件基于最大可能负荷（即容许超载）和载荷变化，例：
频繁的空转（或启动）—全负荷—空转（或停止）次序和允许的发动机负荷升降率。
103应考虑的发动机负荷如下：
a）推进主机的最大持续负载。
b）用于高速、轻载船舶和海面舰船的推进主机以及根据间歇使用指定的许用过载。
c）柴油发电机组和其他辅助装置的最大持续功率，另有载明的除外。
104柴油机的设计认可包括设计分析和试验。
对某些部分试验和设计计算都需要，而另外一些则只需提供试验或计算其中之一。
试验中应安排描绘典型载荷布置图来代替提供由磨损、疲劳扩散和可预见性使用老化引起的安全因素。
本则特别适用于承受高周疲劳的部件，如：
连杆、凸轮、轴承和弹簧调节缓冲器等，在喷射压力和汽缸最大压力提高时会造成高压。
指导性意见：
基于试验的设计认可特别适用于小型发动机。
—指—导—性—意—见—结—束—
105由警报器限制的发动机安全操作验证应在型式试验中提供。
这种验证适用于当操作接近于指定的警报设置点时有理由相信发动机会受到损害。
106试验持续时间的选择应累积至相应数目的应力循环。
由空转（或启动）—全负荷—空转（或停止）顺序引起的热应力应以导致最严重热应力的方式运行。
即通常在预估控制系统或操作手册允许范围内可能出现的单位时间内的最大载荷变化。
最大和最小载荷应控制在充分时间内稳定相应部件的温度。
热应力循环数依据于发动机的拟用范围。
高循环疲劳（通常为低温件）应结合在大部分相关载荷下至少3百万个循环的运行状况进行送审分析。
如疲劳强度受到磨损或焊缝上可能出现的缺陷的影响，则需要较高应力和循环数目。
指导性意见：
基于试验的设计认可尤其适用于小型发动机。
—指—导—性—意—见—结—束—
107当按照102到106所提到的试验完毕后，发动机应被分开由船级社检验员做彻底的检查。
108对新设计的发动机或已存在的设计进行修改应有：
—最大燃烧压力增加5%或
—平均有效压力增加5%或
—r.p.m增加5%或
—结构的整体性部分的改变或
—连续操作条件
有下列条件之一的发动机可给予认证：
—在开发阶段已经经过彻底的试验或
—在设计分析中试验过程已经被扩展至包含不确定因素或
—发动机已经过逐项认可并在使用中证明了其可靠性，例如：
超过2500小时的运转。
这些因素的范围应特别加以考虑。
B200结构组成
201基座、机架、支柱和带组合部件（如：
曲柄轴箱盖）的曲柄轴箱被定义为结构组成。
202基座、机架和支柱上所有焊缝的设计应避免操作中由应力产生的疲劳裂纹。
透焊焊缝适用于大部分疲劳外露区域。
这些区域尤其出现于主轴承和推力轴承附近。
203如果在疲劳外露区域使用局部透焊，则焊缝的尺寸包括最大前端（根部间隙）都要明确定义。
另外，需用文件证明规定的焊缝前端是允许的。
证明文件应基于相关试验、维护经验或依靠断裂力学计算，这种计算可发现公称应力，例：
有限元计算。
裂纹扩展的临界值取决于2（MPa√m），除非另一个值被证明。
204焊缝的非破坏性试验NDT和铸造件的修补焊接应基于适用的工作应力标准。
B300安全阀和曲柄箱通风
301下列其中之一的发动机：
—汽缸直径200mm和200mm以上或
—曲柄箱容积0.6m3和0.6m3以上
应配备曲柄箱防爆安全阀，如表B1所示。
布置图应表示出安全阀的数目、位置和通流面积。
曲柄箱的容积也应详细说明。
安全阀应提供火焰清除器来减小可能对人体造成的伤害。
泄放口应无导管。
表B1曲柄箱防爆安全阀
汽缸直径（mm）
曲拐数目
安全阀数目
200≤D≤250
≤8
发动机曲柄箱两端各装一个
200≤D≤250
＞8
同上并在发动机中部附近再增装一个
250＜D≤300
每隔一个曲拐处应装一个，整机至少要装两个
D＞300
每一个曲拐处应装一个
曲柄箱隔腔容积1）＞0.6m3
每一个隔腔安装一个
1）隔腔是指不与曲柄箱直接连通的腔，如：
凸轮轴的齿轮和链轮箱等。
302安全阀应用发动机设计者提出的方法进行型式认可。
303每个曲柄箱安全阀的通流面积应不小于45cm2。
装在一台发动机上的各安全阀通流面积的总和，应不小于每立方米曲轴箱总容积115cm2。
按上述要求装设的每个安全阀，可采用数量不超过2个而面积较小的安全阀来代替，但每个安全阀的通流面积应不小于45cm2。
指导性意见：
总容积等于曲柄箱容积减去运动部件（如：
曲轴、连杆和十字头）的容积。
—指—导—性—意—见—结—束—
304曲轴箱安全阀的设计和制造，应使其能在曲轴箱超压不大于0.2bar时迅速开启，并且能自动迅速关闭，以免空气冲入曲轴箱。
305原则上应禁止曲轴箱的通风和能形成外部空气流入曲轴箱内的任何装置。
如装有强制抽气装置（例如为烟雾检测的目的），则曲轴箱内的真空度不得超过2.5mbar。
指导性意见：
从透气管排出的油气最好应引入大气。
—指—导—性—意—见—结—束—
B400螺栓连接
401在400中的要求适用于所有重要的螺栓连接，如：
—曲轴螺栓（连接曲轴部分和用于调速轮连接）
—连杆螺栓
其他螺栓连接在此要求之上。
402图纸应根据固定方式和说明提供尺寸、螺纹型式（包括滚压制造的和车床加工的）、材料型号和规格。
403螺栓连接应设计成能防止疲劳。
螺栓疲劳强度的评估应综合考虑应力集中和预加应力。
B500功率传输部件
501曲轴、连杆、十字头和活塞杆被定义为功率传输部件。
各类轴承也包括在内。
502提交认可的曲轴送审文件应包含图纸，图纸中包括圆角、油孔、表面粗糙度和椭圆度、锥度、平行度尺寸公差等细节。
此外，材料明细表中应包含符合ISO4967标准（适用于最小抗拉强度在800MPa内的材料）的材料型号、锻造或铸造方法、适宜的清洁度、机械性能、非破坏性试验NDT和象其他圆角处理一样的栓、轴颈、圆角的表面硬化（刚度和强度）。
和操作阶段相同安装阶段曲柄行程的偏差也应详细说明。
503曲轴的要求和计算方法记述在分类注释41.3中。
这些计算方法适用于整体或单独制造的锻钢或铸钢曲轴，和主轴承间的每个曲柄行程。
其他类型需要基于以上同样的要求另外特别考虑。
504分类注释41.3包含少量基于对曲柄销圆角、轴颈圆角和油孔疲劳所进行安全评估的曲轴。
如适用，高应力区域如：
偏心曲柄销间圆角、轴颈焊缝等，应被特殊考虑。
505分类注释41.3中应用的疲劳标准假定最大（小）弯曲应力与最大（小）扭转应力同时发生。
此外，还假定最大弯曲和扭转应力集中在同一处发生。
这些假设得出的结果基本上在安全范围内。
对于未知的安全因素计算中所需的最小安全系数为1.15。
如有适当的证明，多轴向应力工况和旋转主应力轴下的疲劳评估可代替适用标准。
同时，所要求的安全系数也需要特别考虑，见第2章第3节A103。
506分类注释41.3还包括对单独制造曲轴相对安全行程的要求。
（整体制造的曲轴需要在这些相同要求的基础之上考虑。
）对于形成所要求的最小安全系数为2.0。
这是根据曲轴的最大转矩得来的，并且将收缩配合工序计算在内。
最大收缩量受腹板和轴颈可塑性允许量的限制。
507对加固用于冰区航行的船上直联式推进主机（即非弹性联结），曲轴和曲轴螺栓应设计得能承受冰区冲击扭矩。
可适用的冲击扭矩计算过程在第5篇第1章中给出。
可适用的冲击扭矩应附加在发动机振动转矩上，并对防滑安全性特别重要。
508连杆图纸应详细说明材料性质和含验收标准的非破坏性试验NDT。
连杆上的修补焊接需特别认可，见A204。
509十字头包括活塞销和导杆需提供图纸，图纸应详细说明材料型号和性质、表面粗糙度和要求的同轴性（只需说明）。
B600液压阀操作
601对于带液压升压阀的发动机应提交布置图。
双管系或屏蔽包括每一个末端联结都需要。
B700燃油系统
701图纸应表示所有管子和受压部件的实际压力、尺寸和材料。
铝制过滤器只用于燃油过滤器不是直接承受流体静态燃油压力的燃油系统中。
本条必须在型式认可证书中注明。
702高压燃油泵和燃油注入器之间的所有外部高压燃油输送管路都应有增压管系保护，增压管系应能在高压管漏油是容纳漏油。
增压管连接外部管至高压燃油管的位置形成一种固定的组合件。
增压管系应包括收集漏油的方法并为此设置报警装置，如燃油管泄露。
703燃油管路应被屏蔽或另外适当保护，以避免实际中燃油喷射或泄露到热表面、机械进气孔或其他的点火源。
这种管系的接缝数量应控制到最少。
B800控制空气系统和冷却器
801控制空气系统的设计应能防止水进入发动机。
水可能由于冷却器泄露而排出。
指导性意见：
在底部开一个孔就足够了。
—指—导—性—意—见—结—束—
802在2冲程发动机中与汽缸开式联结的控制空气室应安装有：
—在超压时能迅速开启的安全阀
—与已认可的灭火系统的联结，此灭火系统必须是完全与发动机室灭火系统分离的。
B900启动空气系统
901应提交包含所有保护装置的系统图，包括管子和阀的细节（尺寸和材料性质）。
902当启动阀故障时设计应能防止燃烧气体进入启动空气系统。
指导性意见：
可在启动空气源通往每台发动机的接管处装设一个隔离止回阀或与此相当的阀，并在启动空气总管气源进口处装设一个爆破膜片或阻焰器。
—指—导—性—意—见—结—束—
903管子和阀，包括止回阀，应设计成能承受可能的回流压力，如果某一个启动阀仍然开启。
B1000润滑
1001润滑油泵的布置应保证在恶劣的操作条件下无空气吸入，如：
第1章第3节B中所定义的最大倾侧、滚动、俯仰等。
B1100防火
1101所有的外表面
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