Технология восстановления выпускного клапана двигателя NVD-48

ВВЕДЕНИЕ

 Успешная работа морского транспорта  в значительной мере определяется техническим состоянием и надежностью судового оборудования. В связи с этим особо важное значение приобретает совершенствование методов конструирования, расчетов, проектирования технологических процессов, обеспечивающих заданную надежность.

Повышение качества ремонта деталей судовых  ДВС актуальная проблема, от решения которой зависят технико-экономические показатели работы флота. Важное место в решении этой проблемы принадлежит изучению и анализу действующих условий эксплуатации, технического состояния деталей ДВС, позволяющих увеличить сроки службы деталей, сократить объем и стоимость ремонтных работ. Качественная техническая эксплуатация двигателя  увеличивает их долговечность, сокращает простои судов и повышает в итоге экономическую эффективность эксплуатации флота.

Основной  целью курсового проектирования является: расширение и закрепление теоретических и практических знаний при решении конкретных технических и производственных задач; развитие навыков ведения самостоятельной работы; овладение методикой разработки технологических процессов.

В процессе курсового проектирования решаются следующие задачи:

- анализ технологических возможностей и технико-экономических 
показателей различных методов восстановления и упрочнения деталей;

-обоснование  принципов системного подхода  к выбору технологических методов восстановления и упрочнения деталей с целью обеспечения заданных параметров поверхностного слоя восстанавливаемых деталей;

-разработка технологического процесса восстановления и упрочнения деталей судового оборудования, в курсовом проекте разрабатывается технологический процесс восстановления  выпускного клапана двигателя NVD 48 .

       В курсовом проекте разработан технологический процесс восстановления уплотнительного пояска выпускного клапана среднеоборотного дизеля методом плазменно-порошковой наплавки.

 

1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТА

РЕМОНТА

 

Объектом ремонта является выпускной клапан среднеоборотного дизеля. Непрерывно совершенствуется его конструкция, вместе с тем особенно актуальными становятся проблемы повышения эффективности работы судового дизеля и повышение срока службы.

В данном курсовом проекте разрабатывается технологический процесс восстановления выпускного клапана двигателя NVD 48 с изношенным слоем стеллитовой наплавки на уплотнительном пояске тарелки.

 

1.1 Технические  характеристики  двигателя NVD 48

 

Двигатель NVD48 - четырехтактный, реверсивный, с газотурбинным наддувом.

Технические характеристики двигателя NVD48:

- Расположение рабочих  цилиндров……………рядное

- Мощность………………………………………368 кВт

- Число цилиндров………………………………. 6

- Частота вращения……………………………....375 об/мин

- Среднее эффективное  давление……………….0,56 МПа

- Удельный расход топлива………………………228 г/(кВт ч)

 

1.2 Назначение выпускного клапана дизеля NVD 48

 

       Выпускной клапан входит в  состав механизма газораспределения  двигателя. Механизм газораспределения  служит для управления процессами  впуска воздуха в цилиндр и выпуска отработавших газов.

        В четырехтактных дизелях органами газораспределения являются впускные и выпускные клапаны. Выпускной клапан предназначен для выпуска продуктов сгорания из цилиндра. Открывается клапан с опережением до прихода поршня в НМТ. Это необходимо, чтобы с целью улучшения очистки цилиндра начать ее раньше, используя перепад давления между цилиндром и выпускным трубопроводом, и обеспечить полное открытие клапана к моменту начала хода выталкивания газов поршнем. Закрывается клапан с запаздыванием, чтобы создать продувку цилиндра поступающим в него воздухом. Для обеспечения плотной посадки клапана  на седло в приводе клапана предусматривают зазор (во время работы дизеля вследствие нагревания шток клапана удлиняется и зазор должен исчезать). Вертикальное расположение клапанов в цилиндровой крышке обеспечивает наименьший износ их штоков и направляющих втулок, а открытие внутрь цилиндра способствует плотному прилеганию к седлам за счет давления газов. При малых давлениях в цилиндре плотность закрытия клапана зависит от натяжения пружины.

 

1.3 Химические и физико-механические свойства

                                                 клапана

 

В курсовом проекте разрабатывается технология восстановления, и повышения износостойкости выпускной клапана из стали 40Х9С2 (ГОСТ 1133 – 71).

 

Химические  свойства стали 40Х9С2 (сильхром):

Углерод (С) = 0,35 – 0,45%; Кремний (Si) = 2-3%;

       Хром (Cr) =8,0 – 10,0%;

содержание  примесей: Сера (S) 0,002%; Фосфор (P) 0,035%.

Механические  свойства стали 40Х9С2:

Предел прочности  , МПа                 750

Предел текучести  , МПа                 500

Относительное удлинение  , %              15

Твердость, НВ                                             175.

 

1.4 Анализ  износов, повреждений и отказов  выпускного клапана

 

Выпускные клапана - наиболее напряженные элементы дизеля. Они работают в условиях высоких температур и скоростей потока выхлопных газов, резких изменений температуры, а также химических и механических воздействий. Образующиеся на поверхности уплотнительного пояска окисные пленки разрушаются тем быстрее, чем выше скорость потока выхлопных газов и чем больше в нем различных механических примесей, выполняющих роль абразивных частиц. Процесс разрушения усиливается по мере повышения температуры газа вследствие ускорения процесса окисления металла. Имеет место газовая эрозия.

Несмотря на то, что клапаны изготавливают  из высокопрочных жаростойких сталей, тяжелые условия их эксплуатации приводят к прогару уплотнительных поясков тарелок клапанов и выходу клапанов из строя задолго до отработки двигателем полного моторесурса. Преждевременный выход клапанов из строя приводит к необходимости демонтажа крышек цилиндров, что увеличивает эксплуатационные расходы, связанные с заменой клапанов. Поврежденные клапаны в процессе эксплуатации увеличивают расход топлива.

Замена изношенных клапанов связана с необходимостью значительных затрат на приобретение новых. Условия работы клапанов ДВС значительно ухудшаются в случае применения вязких сортов топлива, и снижается их наработка до отказа.

Быстрый износ  посадочных поверхностей клапанов объясняется  тем, что в процессе работы они  подвергаются химическому и тепловому  воздействию, и через посадочную поверхность в 3-5 раз отводится больше теплоты, чем через тарелку клапана.

Основным критерием  обеспечения работоспособности  клапанов является их стойкость против износа и коррозии. Она определяется состоянием посадочных

поверхностей  тарелки и седла клапана. При неудовлетворительном состоянии клапанов происходит пропуск воздуха и газов в закрытом его состоянии.

Признаком неисправности  клапанов, для которых характерно пропускание газов, является повышение  температуры выпускных газов  при одновременном снижении максимального давления и давления сжатия в рабочем цилиндре.

Ниже приводятся основные дефекты посадочных поверхностей, определяющие необходимость восстановления клапанов.

Характерными  дефектами  клапанов являются  трещины   и   риски  на

уплотнительном  пояске тарелки клапана, скрытые  дефекты в материале из-за наличия  температурных напряжений, механических и ударных воздействий. Коробление и местное нарушение герметичности тарелки, связанное с образованием на фаске свищей, вызывает пропуск газов.

Перегрев тарелки  клапана, коррозионные разрушения, механические повреждения, выработка, местное выгорание, наклеп на уплотнительном пояске тарелки клапана и седле, связанные с естественным изнашиванием, использованием высокосернистого топлива или плохой очисткой воздуха, являются характерными дефектами, и такие клапаны  подлежат восстановлению. Наличие зазора между клапаном и направляющей втулкой связано с недостаточным количеством смазки, низким качеством материала уплотнительных поясков, естественным изнашиванием.

 

2. Выбор и обоснование способа восстановления

Восстановление  изношенных судовых клапанов до настоящего времени является одной из нерешенных в полной мере проблем судоремонтного производства и требует своего дальнейшего изучения. Существует и применяется на практике много способов наплавки клапанов.

Самым простым и доступным для любого предприятия способом восстановления является механизированная электродуговая наплавка плавящимся электродом. Для этой цели применяются аустенитные электродные проволоки марок Св–06Х19Н19Т, Св–08Х19Н9Ф2С. Более часто на ремонтных предприятиях применяется способ аргонодуговой наплавки. В качестве неплавящегося электрода используют прутки из нитрированного вольфрама     (ТУ 48–21–401–74).

Но  эти способы имеют ряд недостатков: низкая производительность, значительные перемешивания основного металла с наплавленным, большой расход защитного газа.

  Наиболее широкое  применение  на  судоремонтных  предприятиях  находит способ плазменно-порошковой наплавки. Важным преимуществом плазменной наплавки являются: возможность сохранения исходного химического состава наплавленного металла в первом слое при обеспечении минимального перемешивания наплавленного с основным; широкий диапазон регулирования тепловложения в основной и присадочный материал; применение присадочных материалов в виде проволоки, ленты, порошка;  высокая производительность процесса; хорошее формирование валика без наплывов и неровностей, что позволяет снизить припуски на механическую обработку.

Для плазменно-порошковой наплавки клапанов используют установку УПН–303–1 (рисунок 1), предназначенную для наплавки порошками на постоянном токе прямой и обратной полярности. Важным достоинством

 

1 – шкаф управления; 2 – источник питания; 3 – пульт  управления работой

плазматрона; 4 – пульт управления стойки-манипулятора; 5 – стойка-ман-

ипулятор; 6 – механизм вращения клапана; 7 –  система охлаждения плаз-

матрона; 8 – система подачи газа; 9 – бункер-дозатор; 10 – поворотная ко-

лона; 11 – система газораспределения; 12 – баллон с газом; 13 – электри-

ческая  печь; 14 – манипулятор

Рисунок 1 – Схема установки УПН–303–1 для наплавки клапанов

 

установки является возможность получения  импульсного режима наплавки, что позволяет регулировать длительность кристаллизации ванны, а следовательно, снизить температуру нагрева клапана.

Плазменная  наплавка считается одним из прогрессивных  способов восстановления и упрочнения клапанов и исходя из проведенного анализа достоинств и недостатков вышеперечисленных способов для разработки технологии восстановления выпускного клапана двигателя NVD 48 принимается метод плазменно-порошковой наплавки.

 

3. Разборка привода выпускного клапана

 

Разборка привода  выпускного клапана осуществляется в следующей последовательности:

1. Демонтируется верхняя часть корпуса на приводе клапана;
2. Снимаются штанги с верхними частями корпуса;
3. Снимаются стойки с рычагами;
4. Вынимается толкатель в сборе из корпуса привода и разбирается на следующие детали:
1. толкатель, который состоит из таких деталей как: верхняя часть толкателя, направляющая и нижняя часть толкателя;
2. выпускной клапан, который разбирается в следующей последовательности:
1. снимаются переливные патрубки с корпуса выпускного клапана;
2. снимают сам выпускной клапан, который состоит из таких деталей как: корпус клапана, направляющая пружины, пружина, клапан и игольчатый подшипник. 
3. После этого все снятые узлы и детали маркируются бирками, отверстия заглушаются деревянными пробками, так же заглушается место крепления привода выпускного клапана на дизеле. Все узлы  и детали  транспортируются  на  участок   мойки и дефектации.

 

4. Дефектация  выпускного клапана

 

Дефектация  является частью ТП восстановления деталей  и выполняется на основании требовании технических условий. В процессе дефектации определяется техническое состояние деталей, подразделяя их на годные и негодные и требующие восстановления. Принимается решение на технически возможное и экономически целесообразное восстановление деталей. От качества дефектации зависит качество и стоимость восстановленных деталей.