第一节柴油机总论

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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,船舶柴油机教学大纲课程要求：必修课课程类别：专业课 学 分：4.0,适用专业：轮机工程学 时 数：64,教学大纲说明（一）课程的性质、教学目的与任务船舶柴油机是为轮机工程专业开设的一门必修专业课。是授予工学学士学位的主要必修课。也是根据STCW95公约获得高级船员适任证书的一门考试科目。本课程的任务是从轮机工程专业的实际需要出发，使学生掌握现代船舶柴油机理论、结构、技术管理等方面的基本理论、基本知识和基本技能。获得在船舶柴油机的维护、保养、修理、使用和改装等方面有较好的业务素质以及分析、

2、判断和处理问题的能力。,（二）课程教学的基本要求加强理论与管理实践的联系。课程内容既应保持其自身的科学性又不过分强调其学术体系的系统性。而是把重点放在对轮机管理工作的指导作用上。 注意反映先进技术。近年来船舶柴油机技术发展迅速，无疑本课程应反映柴油机技术的新发展，应着重揭示其发展的内在规律，使学生能了解船舶柴油机发展的动向。,3.加强对学生基本技能的培养与训练。本课程内容应能使学生逐步掌握船舶柴油机调整的基本技能，基本掌握某些常见故障与排除方法。逐步培养学生在船舶实践中的独立工作能力。4.该课程为考试课程。考核方式为：平时实验占总成绩的10，出勤率课堂纪律占总成绩的10，期末考试占总成绩的80

3、。,第一章 柴油机基本知识,第一节 柴油机总论第二节 柴油机热力循环和工作原理第三节 柴油机的性能指标和工作参数, 11 柴油机总论,一、热机内燃机 外燃机,内燃机,1.柴油机2.汽油机 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，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，推动活塞作功的内燃机。 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。 应用：摩托车、油锯和其他小功率动力机械 ，轿车和轻型货车 、小型飞机所用发动机等。,3.燃气轮机 气体工质燃烧，化学能转变为气体的内能。

4、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。 燃气轮机适宜于7352205千瓦（10003000马力）以上的飞机和船舶上。4.喷射式发动机 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）。,5.自由活塞发动机,自由活塞发动机-燃气轮装置 自由活塞发动机-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），其排出的燃气在燃气涡轮中膨胀作功，而发动机本身不直接发出功率，而只成为机械式燃气发生器。如图1-1所示。,1-喷油嘴；2-发动机气缸；3-发动机活塞；4-输气阀；5-进

5、气阀；6-压气机气缸；7-气垫气缸；8-燃气储气罐；9-燃气轮机,自由活塞发动机-压气机装置自由活塞发动机-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气机，用以供应压缩空气或其它压缩气体，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。如图1-2所示。,1-喷油嘴；2-发动机气缸；3-压气机气缸；4-压气机活塞；5-发动机活塞；6-扫气箱,外燃机,1.蒸汽轮机蒸汽轮机是以专门锅炉（boiler）产生一定压力的水蒸汽（vapor）为工质，将其压力能先在喷管中转变为动能，然后再流经叶轮的工作叶片将动能变为叶轮回转的机

6、械能。2.往复式蒸汽机 往复式蒸汽机是通过锅炉产生的一定压力的水蒸汽直接进入工作汽缸推动活塞并通过曲柄-连杆机构将活塞的往复运动变为回转的机械功。,3.热气机(斯特林发动机) 一种能以多种燃料为能源的闭循环回热式外燃往复式动力机械。它既可作为原动机使用，也可作为制冷机、热泵或压力发生器使用。,二、柴油机的发展历史,1776年英国瓦特发明了蒸汽机。1876年德国人奥托发明了电点火四冲程煤气机。1880年英国D.Clerk，J.Robson，德国人K.Benz开发了二冲程内燃机。1879年俄罗斯舰队的海员柯斯托维奇设计了用在飞艇上的 汽油发动机。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

7、缸对置气缸式电火花点火的发动机，其功率为59kW。,1892年德国工程师Rudolf Diesel向柏林的皇家专利局提出了他的发明专利申请。1897年联邦德国MAN公司制成第一台实际使用的柴油机（DIESEL ENGINE)。目前的柴油机就是按照这一原理工作的。他的发明轰动了一时。1904年,柴油机首次用于船舶推进装置(29.4kW，260r/min)。1906年俄罗斯狄赛尔工厂制造了世界上第一台单流的气阀气口换气的二冲程发动机(直流扫气形式）。,发动机朝着大功率、高转速发展。如在1909年德国海军部要求MAN工厂按照二冲程双作用的原理试制一台8888kW柴油机。但因换气系统的型式未能成功，到

8、1914年才制造成功卧式四冲程双作用的发动机。1910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。1911年俄罗斯狄赛尔工厂制造出了第一台V型发动机。,1905年瑞士人Alfred Buechi提出了涡轮增压的设想，1926年MAN公司制造了第一台船用废气涡轮增压柴油机。1927年在柴油机上正式使用了由R.Bosch发明的喷油泵（回油孔式）喷油器喷射系统。从第二次世界大战到20世纪50年代中后期，柴油机完成了大缸径、焊接结构、废气涡轮增压以及使用劣质燃油等四项重大技术成果，并逐步发展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控制。,从20世纪

9、60年代到70年代船用低速柴油机进入了黄金时代，各船用柴油机厂之间开始进行调整、合并、淘汰。柴油机技术趋于完善。60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。20世纪70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。电子技术开始在柴油机上应用。从70年代末到80年代中，电子技术有了很大的发展，不仅全船，就是机舱也毫无争议的采用了微型计算机的分散控制。2000年，Wrtsil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。,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，即柴油机的发展必须对提高船舶航运的经济性有利。2.船用柴油

10、机迅速发展的第二个因素是整个科学技术的进步。3.第三个因素是激烈的竞争，发展先进和淘汰落后是竞争的两个方面。竞争是发展活跃的表现，有竞争采有协作，才能进步。,从技术发展情况看主要有以下几个方面：,1. 提高增压度，提高平均有效压力，增加比功率。 提高柴油机功率很少再采取加大缸径、提高转速、增多缸数的办法。军用的中、高速机提高功率的主要途径是借助两级增压和低压缩比（或变压缩比）。在高增压柴油机上采用定压涡轮增压系统代替脉冲涡轮增压系统是现代柴油机一大显著特点，同时也有利于提高增压器的效率可达6876%。,2. 提高经济性，提高经济性主要包括降低柴油机的油耗和余热利用两个方面。具体节能技术： 增加

11、活塞行程，低速机普遍采用长行程结构，如B&W公司K45GF机型由S/D=2发展成L45GF机型S/D=2.67，使油耗降低7g/(KWh)；80年代又发展了超长行程系列（S/D3）,如B&W SMC/MCE机型（S/D=3.82），SW/ZER RTAM机型（S/D=3.45），如今S/D=4.2。,改进燃油系统，提高喷射压力达100MPa以上；提高爆发压力，提高循环效率。改进增压系统，提高增加效率，提高增压器与柴油机的匹配效果。改善低负荷性能，降低油耗率，如采用小孔喷油器、可变喷油定时装置、变压缩比机构以及变化透平(TURBOCHARGER)喷嘴面积的方法等。采用电子控制使发动机在最佳状态下

12、工作,如电控喷油、电子调速等。,注意船机配合，选择最佳运行区，减少摩擦功提高机械效率，主要办法是强化摩擦件表面；降低润滑油消耗,主要措施是注意润滑油及添加剂的选配,润滑油滤清和活塞环组的设计。采用轴带发电机(PT0）,3. 使用劣质燃料和代用燃料。燃用劣质燃料主要研究项目有预处理（分离水分杂质、均化、混合等）、燃烧、减少磨损、防腐蚀以及输送和贮藏。4. 提高可靠性，延长零件的寿命。 加强使用自动监测、报警和控制。 5. 实现自动操纵控制，减少人力操作。 利用计算机技术和电子技术的成就，实现自动控制和无人机舱。主要包括自动操纵控制、自动监测、故障警报等。,6.采用可变喷油定时（VIT）机构。 7

13、. 采用动力涡轮系统（TCS）。现代新型废气涡轮增压器的效率可达76%，大于为满足增压器功能平衡所需的（64%）效率。,三、柴油机在船舶动力装置中的地位,特别在船舶方面，柴油机作为主机和副机占有统治地位。现在，绝大部分内河及沿海小型船舶中，都以柴油机作为主机和副机，在远洋船舶中，30000吨以下的船舶几乎全部用柴油机作为主机。近年来柴油机的发展有与蒸汽轮机及核动力装置并驾齐驱的可能。目前，高速轻型柴油机单机功率达8000马力，大型低速柴油机单机功率已达36000马力（600缸径）、63600马力（850缸径）以上。例如：韩国现代集团制造的MAN-B&W12K98MC型大型柴油功率为93360马

14、力（68640kW），将来还可提供16kV90MC或16kV98MC型柴油机，其功率可达100000马力或125000马力。中、低速柴油机寿命长达几万小时以上。,柴油机的今后研究趋势,1、提高经济性的研究，包括燃烧、增压、低摩擦、低磨损等的研究；2、降低排放的研究，这也是柴油机发展中的新课题；3、提高可靠性和耐久性的研究；4、电子控制技术的研究；5、代用燃料的研究。,四、柴油机的基本结构参数,1.上止点（TDC）止点（死点）：活塞改变运动方向的瞬时位置。死点处活塞瞬时运动速度为零。活塞在气缸中运动离开曲轴中心线最远时的止点叫上止点。,2.下止点（BDC）活塞在气缸中运动离曲轴中心线最近时的止点

15、叫下止点。,3.缸径 气缸为圆筒形零件，缸径是指气缸的内径用D表示。4.曲柄半径 曲轴回转中心线到曲柄销中心线的垂距叫曲柄半径，用R表示。,5.冲程 活塞从下止点（或上止点）到上止点（或下止点）间的直线距离叫冲程，用S表示。,6.压缩容积 压缩容积也叫燃烧室容积，它是指活塞位于上止点时，由气缸盖、气缸套、活塞组件包围的连续空间，用Vc表示。,7.气缸工作容积用Vs表示 8气缸总容积以V表示,9.压缩比,五、柴油机的类型,1.按进气方式可分为：增压柴油机和非增压柴油机。2.按柴油机曲轴转速和活塞平均速度可分为：高速柴油机(曲轴转速大于1000r/min和活塞平均速度大于9m/s) 中速柴油机(曲

16、轴转速为30010OOr/min和活塞平均速度为69m/s) 低速柴油机(曲轴转速小于300r/min和活塞平均速度低于6m/s)。,3.筒形活塞式和十字头式二种柴油机,4.立式与卧式柴油机5.四冲程柴油机和二冲程柴油机6.单列与多列柴油机,六、船舶柴油机型号,1、国产大型低速柴油机6ESDZ43/82B2、国产中小型柴油机12V135ZC 9E150C 6250GZC国产引进机型引进B&W公司低速机 中速机引进日本大发中速机引进法国热机协会引进MTU公司高速机,国外常见船舶柴油机型号,1、瑞士苏尔寿(Sulzer)型船用柴油机2、丹麦B&W型船用柴油机3、联邦德国M.A.N公司低速船用柴油机4、日本UE船用柴油机5、日本大发（DAIHATSU)型船用柴油机,