一种大型船舶用低速机排气阀阀盘制造技术

本发明专利技术公开了一种大型船舶用低速机排气阀阀盘及其制备方法，针对船舶二冲程发动机的工作原理、排气阀使用工况及排气阀的失效特征，该新型的排气阀阀盘底面设计环形凸出体，其中所述环形凸出体的数量：1～5道、由中心向外的第一道距中心的距离：10～80mm、由中心向外的第二道距中心的距离：80～150mm、宽度d：1～50mm、高度e：1～8mm，排气阀阀盘底面环形凸出体改变缸内燃气涡流走向，打破涡流团在排气阀盘底面的冲刷烧蚀，破坏热量延阀盘底平面传递，在不改变现用材料、不增加热加工工艺难度及制造成本的情况下，可以有效的提高大型船舶用低速机排气阀的使用寿命，降低船舶的运用成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
一种大型船舶用低速机排气阀阀盘


[0001]本专利技术涉及一种气阀阀盘及其制备方法，具体的说是一种大型船舶用低速机排气阀阀盘及其制备方法，属于船舶排气阀制备


技术介绍

[0002]高温腐蚀和燃气冲刷是船用二冲程发动机排气通道的一大难题，排气阀作为船用二冲程发动机的关键零部件，其使用寿命受高温腐蚀和燃气冲刷的影响最大。长期使用后，排气阀盘底面烧蚀，阀盘有效厚度减薄，阀盘的整体结构强度降低，将会引起阀盘变形，导致排气阀阀面密封性下降，增大阀面烧蚀穿孔失效的风险，因此船用二冲程发动机设计单位制定了排气阀杆阀盘厚烧蚀极限尺寸，当盘底面烧蚀深度超过极限的排气阀杆必须返修或报废处理。
[0003]经申请人研究后发现，船舶用二冲程发动机排气阀在实际工况中的长期使用后盘底面虽然如前文所述呈现烧蚀凹陷特征，但并不是均匀的整体向下烧蚀，而是在距离中心一定距离处出现最深烧蚀，由于局部区域烧蚀深度的超标，导致排气阀不具备继续使用。通过对不同材料的排气阀盘底烧蚀特征的对比，烧蚀特征一致，说明该特征的产生与排气阀盘底面的材料无关。根据船舶用二冲程发动机缸内燃烧模型分析，排气阀盘底面除承受高温烧蚀外，还受到燃气冲刷的影响，船舶用二冲程发动机气缸内的燃气在压缩燃烧的过程中，缸内燃气形成涡流团是造成排气阀盘底面不均匀烧蚀的原因。
[0004]出于上述原因，世界上主流船用二冲程发动机设计单位通过不断升级排气阀阀盘材料，选用具有性能优异的耐高温、耐腐蚀材料，公知的例子在镍基合金中添加一定量的Cr形成的高铬镍基高温合金（如DSA760），虽然可以有效地提高排气阀的使用寿命，但高性能材料受冶炼、成形技术及工艺、热处理工艺等关键技术的限制，导致排气阀的加工难度不断加大，因此，造成大型船舶用低速机排气阀的生产制造成本大幅上升，船舶的运用成本不断增加。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题，是克服现有技术的缺点，提供一种结构合理、性能稳定，能够抗高温耐腐蚀的大型船舶低速机排气阀阀盘。
[0006]为了解决以上技术问题，本专利技术提出了如下技术方案：一种大型船用低速机排气阀阀盘，包括阀盘、盘底及凸起部，所述阀盘部由奥氏体耐热材料或Ni基高温合金制造成型，其组织结构为单相固溶体，以等轴晶粒为特征，其包含成分为：SNCrW/NiCr20TiAl /NiCr22Mo9Nb/NiCr29Fe4/NiCr38Al4；所述凸起部位于盘底下方，以盘底中心为圆心，呈环形分布，所述凸起部位与盘底平面的连接为无尖角的弧形连接。
[0007]根据排气阀长期使用后盘端面的实际特征，结合缸内燃烧模型分析，判断在实际使用过程中，排气阀盘端面除承受高温烧蚀外，还受到燃气冲刷的影响。涡流团的顶端可能是排气阀盘底烧蚀最深的区域，由于该区域烧蚀深度的超标，导致排气阀不具备继续使用。
因此，打破涡流团在盘底的冲刷烧蚀，就可以有效的提高排气阀的使用寿命。在气缸的外形尺寸和喷油角度不变的情况下，在冲刷烧蚀严重区域的前端增加环形凸起结构，即可改变涡流走向。降低对盘底面的冲刷烧蚀。本专利技术未通过高性能材料的升级来提高产品的寿命，而是另辟蹊径从一个全新的视角，即船用低速机排气阀在缸内燃烧的使用环境及盘底面独特高温吹蚀失效特征，对排气阀的阀盘盘底结构进行了设计，从而实现了本专利技术所需求的技术效果。
[0008]进一步的，所述盘底及凸起部的材料与阀盘材料一致，阀盘采用一体化模锻成形，盘底及凸出部采用车削加工一次成形。
[0009]进一步的，所述盘底及凸起部一体成型，并采用与阀盘不同的材料，包含Ni基高温合金NiCr22Mo9Nb或NiCr29Fe4，Ni基高温合金包含以质量百分比计的如下必要元素：Cr：22
‑
35%，Fe ≤6%，Al：≤5%，Mo：5
‑
25%，Cu：0.5%，余量为Ni。
[0010]进一步的，所述凸起部的数量为：1～5道，其中由中心向外的第一道距盘底中心的距离b：10～80mm、由中心向外的第二道距盘底中心的距离c：80～150mm。其中，环形凸起设计的位置和距离是根据船用低速机缸内燃油喷射及爆燃形成的涡流形状及位置所确定的，因为不同型号缸径的船用低速机缸内的涡流形状及位置有所不同，排气阀盘底环形凸起的设定距离也不相同，而本专利技术中的前两道环形凸起已可实现改变气缸内燃气涡流走向，打破涡流团在排气阀盘底面的冲刷烧蚀，破坏热量延阀盘底平面传递的作用，而增加更多的环形凸起则可以覆盖目前所有型号的产品。
[0011]进一步的，所述凸起部的表面呈圆弧过度，其剖面为倒梯形结构。
[0012]进一步的，所述凸起部与盘底连接面宽度d的范围：1～50mm。
[0013]本专利技术的特点是：本专利技术提供的气阀阀盘在船舶用低速机气缸的外形尺寸和喷油角度不变的情况下，在排气阀盘底面冲刷烧蚀严重区域的前端增加环形突出体，改变气缸内燃气涡流走向，打破涡流团在排气阀盘底面的冲刷烧蚀，破坏热量延阀盘底平面传递，在不改变现用材料、不大幅增加制造成本和工艺难度的情况下，仅通过排气阀盘底面结构的改进，就可以有效的提高排气阀的使用寿命，降低船舶的运用成本。
附图说明
[0014]图1为现有技术中船用二冲程发动机排气阀阀盘底面结构示意图。
[0015]图2为本专利技术中的船用二冲程发动机排气阀阀盘底面结构示意图。
[0016]图3为本专利技术中排气阀阀盘底面环形凸出体实形状示意图。
[0017]图4为实施例1中排气阀阀盘底面环形凸出体形状尺寸示意图。
[0018]图5为实施例2中排气阀阀盘底面环形凸出体形状尺寸示意图。
[0019]图6为排气阀在关闭状态下阀盘底面环形凸出体破坏燃气涡流冲刷示意图。
[0020]图7为排气阀在开启状态下阀盘底面环形凸出体破坏燃气冲刷示意图。
[0021]具体实施方式
[0022]实施例1本实施例中的船用二冲程发动机排气阀阀盘、盘底及盘底面环形凸出体的结构图
如图4所示，三者的材料相同，可选用的材料包含：奥氏体耐热钢SNCrW 或Ni基高温合金NiCr20TiAl /NiCr38Al4，其主要化学成分满足表1所示，室温力学性能满足表2所示。排气阀阀盘整体采用一体化模锻成形，盘底及盘底面环形凸出体外形采用车削加工一次成形。
[0023]表1 C%Si%Mn%P%S%Cr%Ni%W%Fe%Al%Ti%Cu%SNCrW0.3011≤0.04≤0.0320102
‑‑‑‑
NiCr20TiAl
‑‑‑‑‑
20余量
‑
≤31.52.5
‑
NiCr38Al40.101.00
‑‑‑
37
‑
39余量
‑‑3‑4‑
0.50 表2对本实施例中的船用二冲程发动机排气阀阀盘直径为288.6mm，盘底面设计了2道环形凸出体，第1道环形凸出体距盘底中心的距离为40mm，第2道环形凸出体距盘底中心的距离为110mm本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型船用低速机排气阀阀盘，其特征在于：包括阀盘、盘底及凸起部，所述阀盘部由奥氏体耐热材料或Ni基高温合金制造成型，其组织结构为单相固溶体，以等轴晶粒为特征，其包含成分为：SNCrW /NiCr20TiAl /NiCr22Mo9Nb/NiCr29Fe4/NiCr38Al4，所述凸起部位于盘底下方，以盘底中心为圆心，呈环形分布，所述凸起部位与盘底平面的连接为无尖角的弧形连接。2.根据权利要求1所述的大型船用低速机排气阀阀盘，其特征在于：所述盘底及凸起部的材料与阀盘材料一致，阀盘采用一体化模锻成形，盘底及凸出部采用车削加工一次成形。3.根据权利要求1所述的大型船用低速机排气阀阀盘，其特征在于：所述盘底及凸起部一体成型，并采用与阀盘不同的材料，包含Ni基高温合金NiC...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍海波，戴魏魏，蒋倩，丁佳，裴艳艳，范中良，陈舒婷，王洋，王方旋，蒋立鹤，江剑，孙叶生，
申请(专利权)人：南京中远海运船舶设备配件有限公司，
类型：发明
国别省市：