FI114111B - Menetelmä ja sovitelma korroosion vähentämiseksi - Google Patents

Description

114111

Menetelmä ja sovitelma korroosion vähentämiseksi Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon 5 mukainen menetelmä korroosion vähentämiseksi dieselmoottorin vesijäähdytetyn pakoventtiili-istukan alueella.

Keksinnön kohteena on myös menetelmän soveltamiseen tarkoi-10 tettu sovitelma.

Raskaissa dieselmoottoreissa on sylinterin kansi valmistettu useimmiten valuraudasta. Tavallisimmin käytetään suomugrafiitti- tai pallografiittivalurautaa.

15 Valuraudan ominaisuudet venttiilikansimateriaalina ovat varsin hyvät ja valurautakansi on edullista valmistaa.

Kuitenkin joissain suurelle rasitukselle joutuvissa kohdissa valuraudan lämpö- ja mekaanisen rasituksen sietokyky ei riitä, vaan joudutaan käyttämään muita 20 materiaaleja. Esimerkiksi pakoventtiilien tiivistepinnan >* venttiilikannessa olevaan vastinpintaan kohdistuu niin » » · ·! suuri lämpökuorma sekä mekaanista rasitusta, että * » · : tiivistepinta on valmistettava paremmin rasitusta • « i ► · sietävästä materiaalista, joka upotetaan istukaksi kanteen.

• » 25 Pakoventtiilien istukat joudutaan valmistamaan kannen • · » ·...· valusta erillisinä osina kyseiseen kohtaan kohdistuvan huomattavan lämpökuorman takia. Käytetyltä materiaalilta .. * * * vaaditaan paitsi hyvää lujuutta korkeissa lämpötiloissa, mutta myös hyvää hapettumisen ja korroosion kestoa j 30 virtaavien palokaasujen kuormitusta vastaan. Suurten

• « · I

dieselmoottoreiden pakoventtiilien istukoiden materiaalit

• · I

ovat lähinnä nikkelipohjaisia superseoksia. Vaativimmissa • * * • · · ; kohteissa, eli kun lämpökuorma on erityisen suuri, on • · · • * · • · 2 114111 pakoventtiilin istukka jäähdytetty siten, että istukkarenkaan ja kannen valun väliin on muodostettu 0-renkailla tiivistetty tila, johon on järjestetty jäähdytysnestekierto. Tämäntapaista järjestelyä käytetään 5 pääasiassa voimalaitosten moottoreissa ja laivojen moottoreissa, joiden venttiilit ovat varsin suuria ja jäähdytyskanavalle on riittävästi tilaa. Tällaisissa moottoreissa myös venttiililautasen koko on suuri tiivistepinnan pinta-alaan nähden, joten lämpöä keräävä 10 pinta on myöskin suuri lämpöä pois johtavaan pintaan nähden ja jäähdytyksen on oltava tehokasta venttiilin palamisen estämiseksi.

Nikkelipohjäiset superseokset ja kannen valussa käytetty 15 valurauta ovat metallien jännitesarjassa kaukana toisistaan. Superseokset ovat huomattavasti jalompia metalliseoksia kuin valurauta, joten galvaanisen korroosion edellyttämissä olosuhteissa valurauta uhrautuu superseoksen säilyessä.

20

Dieselmoottorin jäähdytetyn pakoventtiili-istukan . . jäähdytyskanavassa esiintyy sopivat olosuhteet galvaanisen korroosion esiintymiselle. Kun komponenttien väliin johdetaan elektrolyyttinä toimiva jäähdytysneste, muodostuu 25 kannen ja istukan välille elektrodipari, joista sylinterin kansi on uhrautuva elektrodi. Tästä seuraa sylinterin kannen voimakas käytön aikainen korroosio kannen ja • * istukkarenkaan välisessä tilassa. Jäähdytyskanava on tiivistetty kannen ja istukan välissä 0-renkain ja • » · 30 korroosion edetessä tiivisteinä käytettyjen O-renkaiden ·;·’ kohdalle, ne alkavat vuotamaan ja jäähdytysneste voi päästä *· '/· sekä pakokanavaan että sylinteritilaan. Mahdollinen vuoto johtaa pahimmillaan vakavaan konevaurioon. Korroosio voi I · I · • · · 114111 3 edetä sylinterin kannen huoltovälillä niin pitkälle, että kannen istukkarenkaan porausta koneistamalla tapahtuva korjaus on välttämätön. Tällöin ylikokoiseen reikään asennetaan halkaisijaltaan suurempi istukkarengas.

5

Ilmiö on tällä hetkellä kannen huoltoväliä rajoittava vauriomekanismi ja sillä on erittäin suuri taloudellinen merkitys. Sylinterin kannen koneistusta ei voida tehdä kenttä olosuhteissa laivalla tai voimalaitoksella ja kansi 10 on siten tuotava peruskunnostukseen korjaamo-olosuhteisiin. Koska näin syntyvä huoltokatko on pitkä, huolto tehdään vaihtamalla kansi kokonaan ja käytetty kansi lähetetään korjattavaksi. Koska suurten dieselmoottoreiden kannet ovat kalliita, vaihtokansien käyttö sitoo paljon pääomaa ja 15 lisää siten moottorin käyttökustannuksia.

Ongelman ratkaisemista on tutkittu mm. pinnoittamalla kannessa oleva istukkarenkaan poraus jännitesarjassa yhtä jalolla lisäaineella kuin mitä itse istukkarengas on. Tässä 20 menetelmässä on kuitenkin heikkoutensa. Galvaaninen korroosio ei poistu, vaan siirtyy toiseen paikkaan eli pinnoitteen ja kannen valun väliselle rajapinnalle.

’ ' Tällainen rajapinta on esimerkiksi jäähdytysnesteen tulo- ja poistokanavassa, joten hyvän suojan aikaansaamiseksi 25 olisi pinnoitettava koko kannen jäähdytysnestekanavisto.

’· \ Lisäksi galvaaninen suojaus tulisi aina tehdä siten, että ’ / käytetty pinnoite on suojattavaan kohteeseen, eli tässä '· ·* tapauksessa sylinterikanteen, nähden uhrautuva. Mikäli suojattavaa kohdetta jalompaan pinnoitteeseen tulee 30 valmistuksen aikana tai käytössä pienikin perusaineeseen ···' saakka ulottuva vika, muodostuu tämän vian kohdalle : · : voimakkaat galvaanisen korroosion olosuhteet koska jalon materiaalin pinta-ala on käytännössä ääretön verrattuna » · • · 114111 4 epäjaloon pinta-alaan. Korroosiovaikutus on tällöin huomattava. Lisäksi pinnoitus on valmistusprosessina erittäin vaativa ottaen huomioon käytettävät materiaaliparit. Superseosten lämpölaajenemiskerroin on 5 erilainen kuin valuraudalla, joten lämpötilan muutokset aiheuttavat helposti halkeamia ja jopa pinnoitteen irtoamista. Valurauta sisältää myös runsaasti hiiltä, joka vaikeuttaa pinnoitteen tasaista kiinnittymistä. Pinnoitteen on myös kestettävä istukkarenkaan kiinnittäminen kanteen 10 lujalla kutistusliitoksella.

Jäähdytyskanaviston korroosiota voidaan tietenkin vähentää jäähdytysnesteeseen lisättävillä lisäaineilla, mutta suurissa moottoreissa jäähdytysnesteen tarve on suuri ja 15 lisäaineiden käyttö aiheuttaa kustannuksia, joten moottorin käyttäjä saattaa helposti ajaa moottoriaan laadullisesti heikolla jäähdytysnesteellä. Koska moottorin valmistaja ei voi valvoa moottorin käyttöolosuhteita, huonojenkin olosuhteiden ja jopa väärinkäytösten mahdollisuus on 20 otettava moottorin rakenteessa mahdollisimman hyvin huomioon.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, *,* ; jonka avulla dieselmoottorin vesi jäähdytetyn pakoventtiilin 25 istukan jäähdytyskanavassa tapahtuvaa korroosiota voidaan • ainakin oleellisesti vähentää tai korroosio kokonaan poistaa.

Keksintö perustuu siihen, että ainakin pakoventtiilin ”> *· 30 istukan jäähdytyskanavan muodostava alue pinnoitetaan materiaalilla, joka on metallien jännitesarjassa alempana ‘I kuin istukkarenkaan materiaali, eli epäjalommalla : ^ materiaalilla.

114111 5

Keksinnön mukaan pakoventtiilin istukka pinnoitetaan valurautaista kantta vasten olevalta osaltaan edullisesti metallien jännitesarjassa lähellä valurautaa olevalla 5 materiaalilla, esimerkiksi ferriittisellä tai martensiittisella teräksellä. Erityisen sopivia ovat kuumalujat niukkaseosteiset teräkset.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle 10 on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle sovitelmalle on puolestaan tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 6 tun-15 nusmerkkiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

Ehdotetun menetelmän etuja on galvaanisen korroosion 20 edellytysten poistuminen istukkarenkaan ja sylinterin kannen välisestä jäähdytyskanavasta. Pinnoitteen * * vaurioituminenkaan ei johda korroosioalttiuteen. Mikäli ' » ' · pinnoitteeseen tulee valmistuksen tai käytön aikana renkaan • » *···* perusaineeseen saakka ulottuvia vikoja, on jalon » · * · '· '! 25 materiaalin ja epäjalon materiaalin pinta-alasuhde oikein • » päin, eli jalo pinta on äärettömän pieni verrattuna epäjaloon pinta-alaan, joka siis galvaanisesti suojaa : vikakohdan. Kannen huoltoväli pitenee, koska kantta ei tarvitse tarkistaa ja korjata korroosion varalta yhtä usein 30 * ♦ 114111 6 kuin aikaisemmin. Kannen kokonaiskäyttöikäkin pitenee, koska istukan porauksen koneistamistarve vähenee ja mahdollisesti tehtävä korjaus on materiaalinkulutukseltaan vähäisempi, jolloin korjaus voidaan tehdä useammin. On jopa 5 mahdollista, että kansia ei tarvitse korroosion takia korjata kuin erityistapauksissa, jolloin vara- ja vaihtokansien tarpeen väheneminen pienentää moottorin käyttökuluja huomattavasti.

10 Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin oheisen piirustuksen avulla, joka on kaaviokuva yhden keksinnön mukaan toteutetun venttiili-istukan jäähdytyskanavan alueelta.

Venttiilin istukka 3 on tässä esimerkissä istutettu 15 sylinterin kannessa 1 olevaan suoraseinämäiseen poraukseen 2. Sylinterin kannen materiaali on tavallisesti suomugrafiitti- tai pallografiittivalurautaa. Venttiilin istukka on valmistettu nikkelipitoisesta superseoksesta, joka kestää hyvin palotilan lämpötilan, palokaasujen , . 20 aiheuttamat rasitukset ja venttiililautasen sulkeutumisesta » i · 1 > · aiheutuvat iskut. Istukka muodostaa renkaan, jossa on aukko * » · 4 venttiiliä ja sylinterin kaasunvaihtoa varten. Tämän • i « • · · aukon 4 sylinterin palotilan puoleisessa päässä on viisto **. tiivistepinta 5, jonka muoto vastaa pakoventtiilin (ei • · · t * · *,,· 25 esitetty) lautasen tiivistepintaan. Venttiilin istukkaan 3 • · * » *·* on muodostettu kanava 6 jäähdytysnestettä varten.

Jäähdytysneste johdetaan kanavaan 6 sylinterin kannessa ·;;; olevia kanavia pitkin. Jäähdytys kanava 6 kiertää istukan 3 • · ja muodostaa rengasmaisen tilan. Molemmin puolin :.· j 30 jäähdytyskanavaa 6 on koneistettu tila tiivisterenkaille 7, jotka estävät jäähdytysnesteen pääsyn sylinterin palotilaan tai pakokanavaan 4.

• · • · » * t 114111 7

Kaikki istukkarenkaan 3 sylinterin kantta 1 vasten tulevat pinnat on tässä esimerkissä pinnoitettu metallien sähköisessä jännitesarjassa lähellä sylinterin kannen materiaalia olevalla aineella. Pinnoitekerros on merkitty 5 viitenumerolla 8. Koska pinnoitekerroksen on kestettävä asentaminen kutistusliitoksella, moottorin lämpötilanvaihtelut sekä istukkarenkaaseen kohdistuva mekaaninen rasitus, pinnoitemateriaalina on edullista käyttää kuumalujaa niukkaseosteista terästä. Korroosion 10 kannalta myös valurauta olisi hyvä materiaali, mutta valuraudan käyttäminen pinnoitemateriaalina on varsin vaikeaa. Pinnoitteen paksuus on joitakin millimetrejä ja koska pinnoite on edullisempaa ja helpompaa työstää kuin istukkarenkaan superseos, istukkarengasta ei tarvitse 15 työstää kovin tarkasti pinnoitteen puolelta vaan renkaan kantta vasten tulevat pinnat voidaan työstää helposti työstettävään paksuun pinnoitekerrokseen. Tällä tavoin renkaan valmistus on edullista. Pinnoitekerros voidaan muodostaa monella tavalla, mutta nykyisin pinnoituksen 20 käytettävät laserhitsausmenetelmät ovat erittäin edullisia kun valmistetaan osia, joissa pinnoitteen ja perusmateriaalin ominaisuudet poikkeavat toisistaan ja ’ pinnoitteen materiaalipaksuuden on oltava suuri, esimerkiksi useita millimetrejä. Pinnoitepaksuus ei 25 sinänsä ole merkittävä, kunhan renkaan mekaaniset ominaisuudet ja kohtuullisen helppo valmistettavuus saadaan toteutettua.

Edellä esitettyjen lisäksi tällä keksinnöllä on muitakin 30 suoritusmuotoja.

Sylinterin kanteen muodostetun porauksen muoto voi vaihdella ja istukkarengas on luonnollisesti muotoiltava • * 114111 8 porauksen mukaan. Pinnoitemateriaalina voidaan käyttää useita teräslaatuja ja metallien jännitesarjassa valurautaan nähden sopivalla alueella sijaitsevat ferriittiset ja martensiittiset teräkset. Sopiva seos ja 5 kauppalaatu voidaan valita teräksentuottajien suositusten mukaan. Vähimmäisvaatimus pinnoitteella on, että se on lähempänä valurautaa metallien jännitesarjassa kuin istukkarenkaan materiaali, muuten ei tietenkään parannusta korroosioherkkyyteen saada. Istukkarenkaan pinnoitus 10 voidaan tehdä muillakin menetelmillä kuin laserhitsaamalla, esimerkiksi plasmapinnoittamalla. Istukkarenkaan sijasta jäähdytyskanava voidaan tehdä sylinterin kanteenkin, jolloin istukkarenkaan pinnat voivat olla suorat.

» · · , » ·

Claims (8)

114111

1. Menetelmä korroosion vähentämiseksi dieselmoottorin valurautaisen sylinterinkannen (1) ja kanteen istutetun, 5 metallien jännitesarjassa korkeammalla olevasta materiaalista valmistetun venttiili-istukan (3) rajaamassa nestekanavassa (6), tunnettu siitä, että ainakin venttiili-istukan (3) jäähdytyskanavaan (6) rajoittuvat pinnat pinnoitetaan aineella, joka on metallien jännitesarjassa 10 alempana kuin venttiili-istukan (3) materiaali.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että venttiili-istukan (3) kaikki sylinterin kantta vasten rajoittuvat pinnat pinnoitetaan. 15

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään pinnoitemateriaalina ainetta, joka on metallien jännitesarjassa oleellisesti samalla tai alhaisemmalla tasolla kuin sylinterin kannen materiaali. 20

‘ 4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen mene- ; ; telmä, tunnettu siitä, että käytetään pinnoitemateriaalina I · ' ferriittistä tai martensiittista terästä. » · • · > · • * · 25

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen mene- • · • ·’ telmä, tunnettu siitä, että valmistetaan pinnoite laserhitsaama1la. ‘y*

6. Sovitelma korroosion vähentämiseksi dieselmoottorin : '·· 30 valurautaisen sylinterinkannen (1) ja kanteen istutetun, metallien jännitesarjassa korkeammalla olevasta materiaalista valmistetun venttiili-istukan (3) rajaamassa « · · nestekanavassa (6), tunnettu siitä, että ainakin venttiili- • · 114111 istukan (3) jäähdytyskanavaan (6) rajoittuvat pinnat ovat materiaalia, joka on metallien jännitesarjassa alempana kuin venttiili-istukan (3) materiaali.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että venttiili-istukan (3) kaikki sylinterin kantta vasten rajoittuvat pinnat ovat materiaalia, joka on metallien jännitesarjassa alempana kuin venttiili-istukan (3) materiaali.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että mainitut pinnat ovat ferriittistä tai martensiittista terästä. 15 I · M · 11 114111