船舶柴油机装置1讲义培训讲学.ppt

船舶柴油机装置1讲义 柴油机是用柴油作燃料的内燃机，压缩式点火。柴油机在工作时，吸入气缸的空气，被活塞压缩，达到500700的高温。然后喷入燃油形成可燃混合气，自动着火燃烧，高温高压的燃气推动活塞做功。1897年，法国出生的德裔工程师Diesel，研制出实用的四冲程柴油机，它明显地提高了热效率。起初，柴油机用空气喷射燃料，附属装置庞大，只用于固定作业。二十世纪初，开始用于船舶，1905年制成第一台船用二冲程柴油机。1922年，德国的博世发明机械喷射装置。二十世纪20年代后期出现了高速柴油机，并开始用于汽车。到了50年代，更加完善的新型系列化、通用化的柴油机发展起来，从此进入了专业化批量生产阶段。特别是在采用了废气涡轮增压技术以后，柴油机已成为现代动力机械中最重要的部分。柴油机广泛应用在舰船、内燃机车、汽车、石油钻探和中小型电站，功率从1.5kW50700kW。95的舰船上装有柴油机。船舶柴油机装置是指包括柴油机在内的动力装置，柴油机通过轴系驱动螺旋桨，还包括消声器、减振器、反转离合器等。1、柴油机主要机件和系统一、柴油机的基本结构柴油机曲柄连杆机构配气机构燃油供给系统润滑系统冷却系统起动系统机体两大机构四大系统 2、柴油机的主要名词 上止点：活塞距曲轴中心最远的位置 下止点：活塞距曲轴中心最近的位置 活塞冲程(S)：活塞上止点与下止点之间的距离：压缩室容积(Vc)：当活塞位于上止点位置时，活塞上面的容积，又称燃烧室容积。气缸工作容积(Vh)：活塞上、下止点之间的容积：气缸的最大容积(Va)：活塞在下止点时气缸的容积，即工作容积与压缩室容积之和：总容积(又称总排量)：所有气缸的工作容积的总和：压缩比()：气缸最大容积与压缩室容积的比值：二、柴油机的工作原理 1、曲柄连杆机构的工作原理 曲柄连杆机构是柴油机的主要结构部分，它负责将活塞的直线往复运动转换为曲轴的连续旋转运动，从而向外输出动力。曲柄连杆机构就是机械原理中的曲柄滑块机构。活塞就是滑块，连杆一端通过活塞销连接活塞，另一端套在曲轴的连杆轴颈上，曲轴通过主轴颈支撑在机体上，并绕主轴颈旋转。连杆轴颈和主轴颈之间就是曲柄臂，也就是旋转的半径。2、四冲程柴油机的工作原理 柴油机连续不断向外输出动力时，其工作循环在不断的重复进行。柴油机的一个工作循环包括进气、压缩、燃烧膨胀作功、排气四个过程。进气压缩作功排气 活塞经过进气、压缩、作功、排气四个冲程(曲轴转2转，720)才完成一个工作循环的柴油机称为四冲程柴油机。进气阀打开，活塞下行，缸内压力下降，外界空气被吸入气缸。缸内压力约为0.0850.095MPa。为了提高进气量，进气阀在活塞过了下止点之后才关闭。（1）进气冲程 缸内压力变化可用示功图说明。活塞上行，压缩空气，使温度升高，为压燃和膨胀作功做准备。压缩终点的压力和温度约48MPa，750950K。喷入汽缸的柴油经过一定时间才能发火，称为发火延迟。因此要在上止点前喷油(1035)，保证上止点后510时，达到最高压力。（2）压缩冲程 可燃混合气燃烧形成高温高压燃气，推动活塞下行作功，活塞通过连杆机构驱动曲轴旋转。最高压力温度约615MPa，18002200K。压力升高比约1.22.5。（3）作功冲程 压力升高比是最高燃烧压力与压缩终点压力之比。活塞到达下止点前，排气阀开启，作功后的废气排出，活塞越过下止点上行。排气开始时：0.1250.135MPa，10001200K。排气终点：0.1050.115MPa，850950K。活塞到达上止点前进气阀开启，活塞越过上止点后排气阀关闭。（4）排气冲程 排气冲程结束后，排气阀关闭，进气阀打开，新的循环开始。按照这样的顺序不断重复循环，柴油机的曲轴就不断的旋转输出动力。气阀重迭角：根据以上分析，为了充分的进气、排气，进气阀和排气阀都是早开晚关的，即排气冲程之末和进气冲程之初，活塞处于上止点附近时，有一段时间进、排气阀是同时开启的，这一段时间用曲轴转角表示就称为气阀重迭角。同时柴油机的工作过程表明，只有第三个冲程作功冲程才对外输出动力，而其它三个冲程都是需要消耗功的准备过程。所以单缸柴油机必须安装飞轮，依靠飞轮的惯性克服阻力完成连续循环。对于多缸机，则多个气缸依次作功，保证可靠的循环。3、二冲程柴油机的工作原理 曲轴每转1转，即活塞经过两个冲程就完成一个工作循环的柴油机称为二冲程柴油机。进气过程和排气过程在压缩及工作冲程中完成。常见的二冲程柴油机是进气孔在气缸下部、排气阀在气缸盖上的结构形式，并设扫气泵将空气预压缩。活塞处于下止点，进气孔和排气阀开，压缩空气冲入气缸，排出废气。活塞上行，首先关闭进气孔，随后排排气阀也关闭，活塞继续上行，压缩缸内空气。（1）第一冲程 （2）第二冲程 活塞到上止点前，喷油燃烧，高温高压燃气推动活塞下行作功，直至排气阀打开。废气自行排出，随后进气孔打开，再次进行扫气，进入下一个循环。活塞上行（扫气、压缩）活塞下行(做功、扫气)除了上述进气孔在底部、排气阀在顶部的结构形式外，二冲程机还有其它的换气方式，如气孔式直流换气、横流换气、回流换气等。（3）其它形式的二冲程柴油机4、二冲程机与四冲程机的比较 二冲程机在扫气过程中，相应的活塞行程容积Vn称为损失容积，所以实际的工作容积为：实际压缩比为：几何压缩比与四冲程机一样为：现代船用柴油机，大型低速机均采用二冲程，而中、高速机则多采用四冲程。相同条件下，二冲程机理论上应是四冲程机功率的2倍，实际由于扫气容积的损失、废气排出不充分、扫气泵消耗等原因，实际功率只增加5070。二冲程机扭矩均匀性好于四冲程机，但换气不充分、机体温度高。三、柴油机的主要技术指标有效功率标定功率平均有效压力转速和活塞平均速度燃油消耗率滑油消耗率重量指标外形尺寸指标柴油机主要技术指标动力性指标重量和外形尺寸指标经济性指标排气污染指标 1、动力性指标 动力性指标是柴油机对外作功能力的指标。一般有功率、平均有效压力、转速、活塞平均速度等几个方面。（1）有效功率 柴油机单位时间内作的功称为功率，单位千瓦(kW)。气缸中单位时间内所作的功指示功率，决定于耗油量和燃料的低发热值和燃烧效率。指示功率减去柴油机自身的内耗(摩擦损失、泵气损失、驱动附件损失)之后，从曲轴输出的功率称为有效功率。有效功率可以用下式计算：其中Me是曲轴上的有效扭矩。有效功率可以在实验台上用测功器测定。测功器测出转速和有效扭矩，可用上式计算有效功率。（2）标定功率 1）15min功率：连续运转15min的最大有效功率 标定功率是发动机出厂时，铭牌上标明的有效功率。国标规定从以下四种方法中选12种。2）1h功率：连续运转1h的最大有效功率 3）12h功率：连续运转12h的最有效大功率 4）持续功率：长期运转的最大有效功率（3）平均有效压力 平均有效压力pme用来比较和评定各种柴油机的动力性能。是一个作用在活塞顶部的假想压力，它是活塞移动一个行程所作的功，等于柴油机每循环所作有效功。其中 是冲程数，四冲程2，二冲程2。因此有效功率和平均有效压力可表示为：pme代表了单位气缸容积所发出的有效功率。它说明了工作循环的好坏。相同条件下，值越高，有效功越多。曲轴转速用r/min表示，分布范围很大：866000 r/min。其中最高转速和最低稳定转速是两个重要的值。活塞的运动速度是不断变化的，行程中间大，止点处为零，用曲轴的转速可计算出活塞的平均速度Cm：(4）转速和活塞平均速度 活塞平均速度是表征柴油机高速性的主要指标。高、中、低速柴油机的大致数值为：低速机：Cm6.5m/s；中速机：6.5Cm10m/s；高速机：Cm10m/s 2、经济性指标 经济性指标一般是指燃油消耗率和滑油消耗率。（1）燃油消耗率，简称比油耗或耗油率，是柴油机每千瓦小时消耗的燃油的克数。以指示功率计算的是指示油耗率，以有效功率计算的是有效油耗率。现代柴油机的大致油耗率为：高速机ge204250，中速机ge103225，低速机ge160185。（2）滑油消耗率 柴油机标定工况时，每千瓦小时消耗的润滑油克数。滑油消耗原因：进入气缸燃烧；雾化、蒸发。柴油机润滑油率一般为0.54g/(kWh)3、重量和外形尺寸指标 重量和外形尺寸是评价柴油机结构紧凑性和金属材料利用率的指标 （1）重量指标 通常使用比重量gw，也称单位功率重量，是柴油机净重与标定功率的比值：（2）外形尺寸指标 又称紧凑型指标，评价柴油机总体布置的紧凑程度，一般使用单位体积功率来衡量：V是外廓体积：比重量与柴油机的类型、结构、附件以及材料和制造技术有关。大致取值范围：高速机1.43.7，中速机1019，低速机2035 4、排气污染指标 柴油机的排气中含有数量不大但非常有害的排放物，主要有三种：一氧化碳CO、碳氢化合物HC和氮氧化物NOx。一氧化碳是氧气不足的产物。汽油机的尾气中CO的浓度可达6%，柴油机的氧气永远都是过剩的，所以CO的含量约为0.20.3%。氮氧化物的成分与火焰温度和火焰前锋是否富氧以及高温持续的时间有关。在汽车的排气管中都装有三元催化器，以有效减少这三种有害物。碳氢化合物的产生与燃烧的缓慢甚至停止有关，柴油机在惰转或减速时就有大量的HC产生。HC(ppm)CO(%)NOx(ppm)碳烟(g/m3)汽油机10035000.2640045000.05柴油机5010000.050.320020000.10.3此此课件下件下载可自行可自行编辑修改，修改，仅供参考！供参考！感感谢您的支持，我您的支持，我们努力做得更好！努力做得更好！谢谢