对于咱们学轮机工程的人来说,在入学后老师们总少不了给我们讲:大型船舶的柴油机有三层楼高。想想如果按照三米一层算的话,一台柴油机就有九米高,这绝对算的上是一个庞然大物,这也就难怪老师们总是乐此不疲的来强调有三层楼高了。
大型集装箱船
可是当我们工作后,接触到新的大型船舶后发现,现在的船舶是越造越大,40万吨的矿砂船、30万吨的油轮、超20000箱的集装箱船等等是越来越来了,这样对主机功率的要求是越来越大了,同时伴随着节能绿色型的低转速长冲程柴油机的普及,所以船用柴油机的尺寸是越造越大了。(注:功率不变的情况下,柴油机转速越低,体积越大。现在大型船用低速机的转速能低至80转/分)
40万吨矿砂船停泊太仓港
就拿世界上最主要的两家船用柴油机厂商“MAN Diedel & Turbo公司”和“W?rtsil?公司”来说,它们两家各自最大的船用柴油机其转速都在100转/分左右,功率都超过10万马力,长度27米以上,高度13米以上,单机重量更是超过2000吨。这远比老师们说的“三层楼高的柴油机“大的多,那么这么大一个柴油机是如何组装在一起呢?
瓦锡兰的大型低速船用柴油机
大型低速船用柴油机因为体积巨大,所以并不能像小型柴油机那样把气缸体和机架做成一个整体称之为机体,并省去机座用轻便的油底壳代替。大型船用柴油机都是把柴油机的主体部分分为气缸体、机架和机座来分开制造。
小型柴油机
小型柴油机的机体
机座是柴油机的基础,其用来安装支撑柴油机的曲轴,上部用来支撑机架。在柴油机的装配时用来做基准件的。
机座
机架是柴油机的支架,它下部支撑在机座上,上部支撑气缸体,同时也来承受十字头的侧推力。机架和机座构建起曲轴的回转空间,也就是曲轴箱。(大型船用柴油机的曲轴箱很大,人可以直接进去)
机架
气缸体是由铸铁制造而成,安装在机架上,它的作用是支撑固定气缸套,构建扫气空间。
气缸体
我们看上面的图片可以看出分开制作后的部件依然非常巨大,那么其组装必然是一个很有难度的工程,而它的组装也恰恰是我们今天要讲的重点。实际中大型船用柴油机都是采用超长的贯穿螺栓(从柴油机上部直接贯穿到柴油机底部),把气缸体、机架、机座连接成一个刚性的整体。
贯穿螺栓连接示意图
为什么要采用这么长的螺栓来连接呢?这是因为柴油机固定机件的结构复杂,如果在结合面采用短螺栓连接,在拉力的作用下,各部分受力很不均匀,难以准确计算受力情况,也容易造成柴油机机体的损坏。而采用抗拉强度好的贯穿螺栓,拉力由贯穿螺栓承担,这样贯穿螺栓的作用力很好计算和控制。而安装后的气缸体、机架和机座也只受压应力不受拉应力,这样既充分利用抗压而不抗拉材料的性能,又提高了柴油机整体的刚度。
大型低速船用柴油机
不过后来的研究发现传统的单贯穿螺栓(下图右边)上紧时容易引起主轴承座孔的变形,所以现在很多柴油机开始采用双贯穿螺栓(下图左边)。双贯穿螺栓其下部不再一直插到机座底部,而是拧入到机座顶部的螺栓孔中,这样能大大缩短贯穿螺栓的长度,也能减少了因贯穿螺栓引起的主轴承座的变形,保证了十字头导板的变形减少,改善曲轴和十字头滑块的工作状态。不过需要注意的是,这么长的螺栓还容易发生横向振动,而引起共振,所以大型低速柴油机贯穿螺栓的中部还应加装横向支头螺钉,以改变贯穿螺栓振动频率,防止发生共振。
贯穿螺栓的形式
下图为某款大型船用柴油机的贯穿螺栓,可以看出其长度接近八米了,看到这里可能有网友会好奇这么长的螺栓该怎么上紧呢?
贯穿螺栓的尺寸
我之前就讲过了,贯穿螺栓的受拉力情况是有严格的要求的,那么靠人工去上紧显然是无法保证,再说也拧不动,所以贯穿螺栓的安装实际是依靠液压设备拉到规定的拉力后,再把螺帽上紧到位,最后卸掉液压就完成。
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