1第一节 柴油机总论.ppt
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1、船舶柴油机 主讲教师:孙 鹏联系方式:82903951E-mail: 大连水产学院机械工程学院 轮机教研室船舶柴油机船舶柴油机教学大纲教学大纲课程要求:必修课课程要求:必修课课程类别:专业课课程类别:专业课学学分:分:4.0适用专业:轮机工程适用专业:轮机工程学学时时数:数:64教学大纲说明教学大纲说明(一)课程的性质、教学目的与任务(一)课程的性质、教学目的与任务船船舶舶柴柴油油机机是是为为轮轮机机工工程程专专业业开开设设的的一一门门必必修修专专业业课课。是是授授予予工工学学学学士士学学位位的的主主要要必必修修课课。也也是是根根据据STCW95公公约约获获得得高高级级船船员员适适任任证证书书
2、的的一门考试科目。一门考试科目。本本课课程程的的任任务务是是从从轮轮机机工工程程专专业业的的实实际际需需要要出出发发,使使学学生生掌掌握握现现代代船船舶舶柴柴油油机机理理论论、结结构构、技技术术管管理理等等方方面面的的基基本本理理论论、基基本本知知识识和和基基本本技技能能。获获得得在在船船舶舶柴柴油油机机的的维维护护、保保养养、修修理理、使使用用和和改改装装等等方方面面有有较较好好的的业业务务素素质质以以及及分分析析、判判断断和和处处理问题的能力。理问题的能力。(二)课程教学的基本要求(二)课程教学的基本要求1.加加强强理理论论与与管管理理实实践践的的联联系系。课课程程内内容容既既应应保保持持
3、其其自自身身的的科科学学性性又又不不过过分分强强调调其其学学术术体体系系的的系系统统性性。而而是是把把重重点点放放在在对对轮轮机机管理工作的指导作用上管理工作的指导作用上。2.注注意意反反映映先先进进技技术术。近近年年来来船船舶舶柴柴油油机机技技术术发发展展迅迅速速,无无疑疑本本课课程程应应反反映映柴柴油油机机技技术术的的新新发发展展,应应着着重重揭揭示示其其发发展展的的内内在在规规律,使学生能了解船舶柴油机发展的动向。律,使学生能了解船舶柴油机发展的动向。3.加加强强对对学学生生基基本本技技能能的的培培养养与与训训练练。本本课课程程内内容容应应能能使使学学生生逐逐步步掌掌握握船船舶舶柴柴油油
4、机机调调整整的的基基本本技技能能,基基本本掌掌握握某某些些常常见见故故障障与与排排除除方方法法。逐逐步步培培养养学学生生在在船船舶舶实实践践中中的的独立工作能力。独立工作能力。4.该该课课程程为为考考试试课课程程。考考核核方方式式为为:平平时时实实验验占占总总成成绩绩的的10,出出勤勤率率课课堂堂纪纪律律占占总成绩的总成绩的10,期末考试占总成绩的,期末考试占总成绩的80。第一章第一章柴油机基本知识柴油机基本知识第一节第一节柴油机总论柴油机总论第二节第二节柴油机热力循环和工作原理柴油机热力循环和工作原理第三节第三节柴油机的性能指标和工作参数柴油机的性能指标和工作参数11柴油机总论柴油机总论一、
5、热机一、热机内燃机内燃机外燃机外燃机内燃机内燃机1.柴油机柴油机2.2.汽油机汽油机 汽油机是通过汽化器(传统)或电控燃油喷射系统汽油机是通过汽化器(传统)或电控燃油喷射系统(现代)将汽化的汽油与空气的混合气吸入气缸中,(现代)将汽化的汽油与空气的混合气吸入气缸中,经过气缸中的活塞压缩到一定程度,由点火系统点经过气缸中的活塞压缩到一定程度,由点火系统点燃,在气缸中产生高温高压燃气,推动活塞作功的燃,在气缸中产生高温高压燃气,推动活塞作功的内燃机。内燃机。汽油机比柴油机轻巧,制造成本低,噪声较小,低汽油机比柴油机轻巧,制造成本低,噪声较小,低温起动性较好,但热效率较低且燃料消耗率大。温起动性较好
6、,但热效率较低且燃料消耗率大。应用:摩托车、油锯和其他小功率动力机械应用:摩托车、油锯和其他小功率动力机械 ,轿,轿车和轻型货车车和轻型货车 、小型飞机所用发动机等。、小型飞机所用发动机等。3.燃气轮机燃气轮机气体工质燃烧,化学能转变为气体的内能。气体工质燃烧,化学能转变为气体的内能。在喷嘴里,气体的内能转变为气体的动能,在喷嘴里,气体的内能转变为气体的动能,燃气高速喷出,冲击叶轮转动作功。燃气高速喷出,冲击叶轮转动作功。燃气轮机适宜于燃气轮机适宜于7352205千瓦千瓦(10003000马力)以上的飞机和船舶上。马力)以上的飞机和船舶上。4.4.喷射式发动机喷射式发动机 喷射式发动机是利用燃
7、烧气体流过特别的喷喷射式发动机是利用燃烧气体流过特别的喷管时所产生的反作用力作功(如喷气式飞机)管时所产生的反作用力作功(如喷气式飞机)。5.自由自由活塞发动机活塞发动机自由活塞发动机自由活塞发动机-燃气轮燃气轮装置装置自由活塞发动机自由活塞发动机-燃气轮装置,也称自由燃气轮装置,也称自由活塞式气轮机组。在这种装置中,自由活活塞式气轮机组。在这种装置中,自由活塞发动机本身为一高增压对置活塞式二冲塞发动机本身为一高增压对置活塞式二冲程发动机(无曲柄连杆机构),程发动机(无曲柄连杆机构),其排出的其排出的燃气在燃气涡轮中膨胀作功燃气在燃气涡轮中膨胀作功,而发动机本,而发动机本身不直接发出功率,而只
8、成为身不直接发出功率,而只成为机械式燃气机械式燃气发生器发生器。如。如图图1-11-1所示所示。1-喷油嘴;喷油嘴;2-发动机气缸;发动机气缸;3-发动机活塞;发动机活塞;4-输气阀;输气阀;5-进气阀;进气阀;6-压气机气缸;压气机气缸;7-气垫气缸;气垫气缸;8-燃气储气罐;燃气储气罐;9-燃气轮机燃气轮机自由活塞发动机自由活塞发动机-压气机压气机装置装置自由活塞发动机自由活塞发动机-压气机装置,也称自由活塞式压气机装置,也称自由活塞式压气机。在该装置中,发动机直接驱动活塞式压压气机。在该装置中,发动机直接驱动活塞式压气机,用以供应压缩空气或其它压缩气体,发动气机,用以供应压缩空气或其它压
9、缩气体,发动机活塞与压缩机活塞装在同一个气缸内并直接相机活塞与压缩机活塞装在同一个气缸内并直接相连。发动机所发出的功率除克服摩擦等损失外,连。发动机所发出的功率除克服摩擦等损失外,都传递给压气机。都传递给压气机。如如图图1-21-2所示。所示。1-喷油嘴;喷油嘴;2-发动机气缸;发动机气缸;3-压气机气缸;压气机气缸;4-压气机活塞;压气机活塞;5-发动机活塞;发动机活塞;6-扫气箱扫气箱外燃机外燃机1.1.蒸汽蒸汽轮轮机机蒸汽轮机是以专门蒸汽轮机是以专门锅炉(锅炉(boilerboiler)产生一定压力产生一定压力的的水蒸汽(水蒸汽(vaporvapor)为工质,将其为工质,将其压力能压力能
10、先在先在喷喷管管中转变为中转变为动能动能,然后再流经,然后再流经叶轮的工作叶片叶轮的工作叶片将将动能变为叶轮回转的机械能。动能变为叶轮回转的机械能。2.2.往复式蒸汽机往复式蒸汽机 往复式蒸汽机是通往复式蒸汽机是通过过锅锅炉炉产产生的一定生的一定压压力的力的水蒸水蒸汽汽直接直接进进入工作汽缸推入工作汽缸推动动活塞并通活塞并通过过曲柄曲柄-连连杆杆机构机构将活塞的往复运将活塞的往复运动变为动变为回回转转的机械功。的机械功。3.3.热热气机气机(斯特林斯特林发动发动机机)一种能以多种燃料一种能以多种燃料为为能源的能源的闭闭循循环环回回热热式式外燃往复式外燃往复式动动力机械。力机械。它既可作它既可作
11、为为原原动动机使机使用,也可作用,也可作为为制制冷机、冷机、热泵热泵或或压压力力发发生器使生器使用。用。二、柴油机的发展历史二、柴油机的发展历史17761776年英国瓦特发明了蒸汽机。年英国瓦特发明了蒸汽机。18761876年德国人奥托发明了电点火四冲程煤气机。年德国人奥托发明了电点火四冲程煤气机。18801880年英国年英国D.ClerkD.Clerk,J.RobsonJ.Robson,德国人德国人K.BenzK.Benz开发了二冲程内燃机。开发了二冲程内燃机。18791879年俄罗斯舰队的年俄罗斯舰队的海员海员柯斯托维奇设计了用柯斯托维奇设计了用在飞艇上的在飞艇上的汽油发动机汽油发动机。这
12、是世界上第一台使用液体燃料的发动机。它这是世界上第一台使用液体燃料的发动机。它是一台卧式八缸对置气缸式电火花点火的发动是一台卧式八缸对置气缸式电火花点火的发动机,其功率为机,其功率为5959kWkW。18921892年德国工程师年德国工程师Rudolf DieselRudolf Diesel向柏林的皇向柏林的皇家专利局提出了他的发明专利申请。家专利局提出了他的发明专利申请。18971897年年联邦德国联邦德国MANMAN公司制成第一台实际使用的公司制成第一台实际使用的柴油机(柴油机(DIESEL ENGINE)DIESEL ENGINE)。目前的柴油机就是按照这一原理工作的。他的发目前的柴油机
13、就是按照这一原理工作的。他的发明轰动了一时。明轰动了一时。19041904年年,柴油机首次用于船舶推进装置柴油机首次用于船舶推进装置(29.4(29.4kWkW,260r/min)260r/min)。19061906年俄罗斯狄赛尔工厂制造了世界上第一台单年俄罗斯狄赛尔工厂制造了世界上第一台单流的气阀流的气阀气口换气的二冲程发动机气口换气的二冲程发动机(直流扫直流扫气形式)。气形式)。发动机朝着大功率、高转速发展。发动机朝着大功率、高转速发展。如在如在19091909年德国海军部要求年德国海军部要求MANMAN工厂按照二冲工厂按照二冲程双作用的原理试制一台程双作用的原理试制一台88888888k
14、WkW柴油机。但柴油机。但因换气系统的型式未能成功,到因换气系统的型式未能成功,到19141914年才制年才制造成功卧式四冲程双作用的发动机。造成功卧式四冲程双作用的发动机。19101910年又出现了双曲轴对置活塞式发动机,年又出现了双曲轴对置活塞式发动机,当时是做成卧式的,而且带动两个推进器。当时是做成卧式的,而且带动两个推进器。19111911年俄罗斯狄赛尔工厂制造出了第一台年俄罗斯狄赛尔工厂制造出了第一台V V型型发动机。发动机。1905年瑞士人年瑞士人AlfredBuechi提出了涡轮增压的提出了涡轮增压的设想,设想,1926年年MAN公司制造了第一台船用废气涡公司制造了第一台船用废气
15、涡轮增压柴油机轮增压柴油机。1927年在柴油机上正式使用了由年在柴油机上正式使用了由R.Bosch发明的发明的喷油泵(回油孔式)喷油器喷射系统。喷油泵(回油孔式)喷油器喷射系统。从第二次世界大战到从第二次世界大战到20世纪世纪50年代中后期,柴油年代中后期,柴油机完成了机完成了大缸径、焊接结构、废气涡轮增压大缸径、焊接结构、废气涡轮增压以及以及使用劣质燃油使用劣质燃油等四项重大技术成果,并逐步发展等四项重大技术成果,并逐步发展了船用低速柴油机系列。了船用低速柴油机系列。50年代末期,机舱中所有运行参数都能实现自动年代末期,机舱中所有运行参数都能实现自动控制。控制。从从20世纪世纪60年代到年代
16、到70年代船用低速柴油机进入了年代船用低速柴油机进入了黄金时代黄金时代,各船用柴油机厂之间开始进行调整、合各船用柴油机厂之间开始进行调整、合并、淘汰。并、淘汰。柴油机技术趋于完善。柴油机技术趋于完善。60年代末出现年代末出现了用电子计算机来实现自动化的超自动化船舶。了用电子计算机来实现自动化的超自动化船舶。20世纪世纪70年代两次能源危机对柴油机经济性提出年代两次能源危机对柴油机经济性提出了更高的要求,各类节能型柴油机大量出现。电子了更高的要求,各类节能型柴油机大量出现。电子技术开始在柴油机上应用。技术开始在柴油机上应用。从从70年代末到年代末到80年代中,电子技术有了很大的发年代中,电子技术
17、有了很大的发展,不仅全船,就是机舱也毫无争议的采用了微型展,不仅全船,就是机舱也毫无争议的采用了微型计算机的分散控制。计算机的分散控制。2000年,年,Wrtsil瑞士公司成功地推出了全电子瑞士公司成功地推出了全电子控制的智能型柴油机,并开始装船使用。控制的智能型柴油机,并开始装船使用。外国船用柴油机发展的三类基本因素外国船用柴油机发展的三类基本因素1.首要的根本因素是经济效益,即柴油机的发展必首要的根本因素是经济效益,即柴油机的发展必须对提高船舶航运的经济性有利。须对提高船舶航运的经济性有利。2.2.船用柴油机迅速发展的第二个因素是整个科学技船用柴油机迅速发展的第二个因素是整个科学技术的进步
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