DNV挪威船级社规范版 中文 43柴油机1.docx
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DNV挪威船级社规范版中文43柴油机1
船舶/高速、轻型船舶和水面舰船入级规范
新造船舶
机械与系统
主船级
第4篇第3章
旋转机械，驱动装置
2003年1月
目录……………………………………………………………………页码
第一节柴油机…………………………………………………………………2
第二节燃气轮机（略）………………………………………………………33
第三节蒸汽轮机（略）………………………………………………………33
目录
第一节.柴油机…………………………2
A.通则……………………………..………….2
B.设计……………………………..………….8
C.检查和试验……………………………….16
D.车间试验……………………………..…...18
E控制、报警、安全功能和指示……………….20
F.布置……………………………..………...24
G.振动……………………………..………...25
H.安装检查……………………………..…...30
I.船上试验……………………………..…...31
第一节柴油机
A.通则
A100适用范围
101本节包含的要求适用于需要认证的柴油机、汽油机、燃气和混合燃料发动机，见第2章第1节，也适用于柴油机的安装和船上试验。
但是，对于功率小于200KW的柴油机，本节要求仅限于：
—高压油管的套式冷却和含易燃液体的管路中管接头的接地，见B700和B1100
—发热表面的隔热，见B1100
—B1507中规定的型式试验的要求
—D107中规定的车间试验的要求
—应急发电机的监测要求（如适用），见E700。
以原油或气为运行介质的装置，附加的要求见本规范第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柴油机的应有NV证书，NV证书以B设计认可、C试验和检验和D车间试验中的适用要求为依据。
额定功率小于200kw的柴油机，NV证书仅以B设计认可和D车间试验中的适用要求为依据，见101。
在第2章第2节A102的情况下，NV证书的要求可予免除。
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），其中。
A=供认可
TA=型式认可
=供获取信息（这些图纸应当详细）
UR=按要求
NDT=无损探伤试验
无损探伤试验说明书应包含：
—无损探伤试验方法
—范围
—认可标准
无损探伤试验可参照标准指定，见C302和ts402-110。
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。
202图纸中应包含清楚的使用材料规格的参照。
见第2章第3节A200。
若有计算要求时，这应代替B中的要求。
203对于焊接结构的部件和焊接修理，应给出焊缝接头的详图以及图中引用的相关焊接程序说明。
此外，下列项目应予明确：
—焊丝参数
—焊后热处理
—无损探伤试验及认可标准（对于内部缺陷，最好采用ISO5817）
*）在逐项认证中型式试验应在车间试验之后。
图1：
柴油机的认证过程流程图
表A1送审文件
部件
图纸
材料
规格
计算
供认可（A）或供获取信息（I）混杂
设计要求
参考
发动机横剖面图
I
发动机纵剖面图
I（UR）
焊接结构的机座
A
A
UR
—焊接工艺规程（A），见203
—对中说明书（I）
—NDT规格书（A）
见B200
机架（支架）
A
A
UR
—焊接工艺规程（A），见203
—对中说明书（I）
—NDT规格书（A）
见B200
主轴承和曲柄销轴承4）
I
I
见301
推力轴承及其构造1）
A
A
—见401
—焊接工艺规程（A），见203
拉杆4）
I
I
曲轴箱安全阀布置图
A
A
见B300
气缸头装配图4）
I
气缸头安装图4）
I
气缸头螺栓4）
I
I
气缸衬套
I
I
活塞装配图4）
I
活塞杆
I
I
带导杆的十字头的装配图
I
对中说明书（I）
连杆，铸造
A
A
NDT规格书（A），见304
见B507
连杆，锻造
I
I
连杆螺栓4）
A
A
UR
JIAN302
见B400
曲轴
A
A
UR
—NDT规格书（A），
见304
—许可偏差（I）
—对中说明书（I），见A303
见B502到B506
曲轴螺栓
A
A
UR
JIAN302
见B400和B506
平衡块及其固定4）
I
I
（螺栓，如适用）
推力轴
A
A
扭转减振器
A
A
见B1400
轴向减振器
I
见A309
凸轮轴驱动装置装配图4）
I
凸轮轴装配图4）
I
燃油注入系统上高压部件，包括管接头
A
I
见A306
见B700
电子喷射系统
A2）
第9章
燃油系统示意图3）
A
见A306
见B700
燃油管保护罩
A
见B700
阀门升程的液压系统示意图
A
保护罩，见A305
见B600
涡轮增压器5）
TA6）
TA6）
I
见A308
见B1200
辅助增压器布置图
A
见B1300
排气管，防护
A
见B1100
起动空气系统示意图3）
A
见A304
见B900
扫气空气系统3）
A
见B800
滑油系统示意图3）
A
见B1000
冷却水系统示意图3）
I
安全和控制系统（包括警报装置明细表）
A
见A310
见B300和E
速度调节系统
A2）
见E
监测系统
A
见E
操作和维护手册4）
I
包括整个发动机的维护计划
型式试验程序和型式试验报告
A
B1500—B1800
1）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）。
2）需型式认证，见第9章。
3）在发动机设计中引入。
4）适用于汽缸直径＞150mm的发动机。
5）不适用于增压器汽缸组组合功率≤1000kW。
6）涡轮增压器应为认可型的，或者作为一个单独的部件，或者作为柴油发动机的一部分。
参数应按DNV柴油发动机表格型式No.72.10a提交。
所要求的信息列于表A2。
表A2发动机参数
项目
最大持续额定输出功率（kW和转速）
制造商指定的间断过载额定功率（kW和转速）
允许的额定载荷上升和下降比。
按要求，仅适用于HS，LC和NSC。
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
间断过载额定功率下的最大气缸压力
最大允许转速（用于设定超速保护）
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
间断过载额定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
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
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）。
用于轴系校中评估，见第4章第1节F400）
发动机允许的加速度（移动），适用于HS、LC和NSC推进发动机，见F304
最大倾斜角度，见第1章第3节表B1
A300特殊文件
301曲轴箱安全阀布置图应示明：
—阀的牌号和型号
—阀的数量
—阀的位置
—安全阀的有效截面
—曲轴箱容积
302螺栓，如连杆螺栓和曲轴螺栓，应示明其尺寸、螺纹型式（包括滚压式或机加工），材料型号和规格以及拧紧程序和说明。
303应提交认可的曲轴箱资料应包括含以下细节的图纸：
—圆角
—油孔
—表面粗糙度
—椭圆度、锥度和平行度公差
而且，材料规格应包含：
—材料型号
—锻造或铸造方法
—光洁度，最好是依照ISO4967，（适用于要求的最小抗拉强度超过800MPa的材料）
—机械特性
—无损探伤试验程序
—销、轴颈和圆角以及其它倒角处理的表面硬化（硬度和深度）。
应给出安装以及运行阶段许可的曲柄行程偏差。
304连杆图纸中应指明材料特性和无损探伤试验。
305对于带液压提升阀的柴油机，其布置图应提交。
306燃油系统示意图仅需指明设计压力和泵、阀、滤器和传感器的位置。
高压燃油系统示意图中应指明所有高压管和组件，包括实际压力、尺寸和材质的说明。
307要求的启动空气系统图纸应示出所有保护装置。
308对于涡轮增压器，用于汽缸组且组合功率超过1000kW，应提交下述文件：
—带基本尺寸的横截面图
—运行参数及限制，最少包括：
—最大转速
—增压器前最大许可派气温度
—最大许可压缩比
—盘片断裂保护的证明文件
此外，对于涡轮增压器，用于汽缸组且组合功率超过2500kW，应提交下述文件：
—旋转部件的图纸
—旋转部件的材料规格，包括相对于工作温度的材料特性评估
—最大许可纵倾和横倾（度），俯仰和摇摆（度）
—最大许可振级（自振和外部原因引起的振动）
—操作和维护手册
—寿命计算摘要（蠕变和低循环疲劳）和证明相对于高循环疲劳的安全性计算/试验结果
—型式试验程序
—型式试验报告
309对于轴向减振器，应备有横截面图和调节系统描述的证明文件。
310所有报警级（1和2）的清单和延时（如适用）应提交认可。
A400推进发动机的附加文件
401除非在维护手册中给出，否则下述资料应提交备查：
—主推力轴承的最大许可磨损说明书（若与主机组装在一起）
—连杆螺栓的紧固说明
402柴油机电推进系统中发动机驱动的发电机定义为推进发动机。
A500布置文件
501下列图纸和规范应提交认可（通常由船厂提供）：
a）对于推进发动机，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）如有要求，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。
A600振动文件
601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（通常由船厂）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（典型用于发动机组）：
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驱动发动机的短路：
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直连式设备在最低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，除发动机和发动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。
602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。
603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。
对于刚度与振动转矩、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。
604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（如例603），应详细说明假设数据的相关性和公差范围。
605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
606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气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）使用少量弹性联轴节、发动机、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。
2）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。
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。
气缸的熄火（非燃料注入）也应考虑。
因此，应该选出最恶劣的气缸，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。
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）柴油发动机组和其他辅助装置的最大持续功率，另有说明的除外。
104柴油机的设计认可包括设计分析和试验。
对某些部件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强度循环疲劳的部件，如：
连杆、凸轮、轴承和弹簧调节缓冲器等，在喷射压力和气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。
高强度循环疲劳（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，发动机应被拆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
—在持续增加功率的使用中证明了发动机的可靠性，例如：
超过2500小时的运转。
这些因素的范围应特别加以考虑。
109根据DNV规范的原则，应证明发动机的内在设计裕量与适用的贯穿本节的要求一致。
但是，下述情况下可免除此要求。
认可的可间断过载的发动机，可不用在超过认可的间断运行过载功率的条件下进行试验，见B1703和D300。
这种免除应基于下述条件：
—对于具有除Naval、Patrol、Yacht和Crew外的所有入级符号的，推进应至少由两台发动机来完成
—运行负荷曲线，包括关于在认可过载功率下的运行时间的限制，应在运行-/维护手册和DNV产品证书中给出清晰的描述
—不遵照认可过载功率下的运行时间限制而造成的后果（如对发动机完整性的影响）应在运行-/维护手册中给出清晰的描述。
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集中区域。
这些区域尤其出现于主轴承和推力轴承附近。
203如果在疲劳集中区域使用局部透焊，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。
安全阀应带有火星熄灭器以减少可能对人员造成的伤害。
出口应无管道，除非能够通过试验证明管道不会包容阀的火星熄灭能力。
表B1曲柄箱防爆安全阀
汽缸直径D（mm）/
曲柄箱容积V（m3）
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曲柄箱应有能够完成合格试验的安全阀，试验由发动机制造厂规定。
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—
306应在发动机每边设置警告牌。
警告牌中应指明，无论何时，曲柄箱都可能过热，停车后等足够长的时间以达到充分的冷却之前，不得打开曲柄箱门或观察孔。
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飞轮连接）
—连杆螺栓
对于其他螺栓连接，如有要求，则采用本节规定。
402螺栓连接应设计得能防止疲劳。
应特别注意结合面的可能的磨损。
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曲轴的要求和计算方法记述在入级附注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。
503入级附注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。
504入级附注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。
这些假设取舍了一些可能在安全范围内的结果，规定的最小计算安全系数为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。
但是，规定的安全系数也需要特别考虑。
505入级附注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。
506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。
507铸造连杆应有无损探伤试验要求，以选择舍去尺寸偏差和导致应力集中超过2MPa
的应力的组合体。
此要求同样适用于焊接修补区。
B600液压阀操作
601对于带液压升压阀的发动机应
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