柴油機基本知識講座.ppt

,柴油機基本知識講座,中高曼恩柴油機有限公司,創(chuàng)新、共贏、整合、開放,一、柴油機基本工作原理 二、柴油機的基本結構組成 三、柴油機的性能參數,主要內容,6L32/40船用主機,一、柴油機基本工作原理,一、柴油機基本工作原理,輔 機,一、柴油機基本工作原理,概述 柴油機是內燃機的一種，內燃機又是熱機（熱能動力機械的簡稱）的一種。熱機是把熱能轉換成機械能的動力機械。柴油機、汽油機都同屬于內燃機，它們具有相同的工作特點，都是將燃料在發(fā)動機的氣缸內部燃燒，并直接利用燃料燃燒產生的高溫、高壓的燃氣在氣缸中膨脹做功，輸出功率。在內燃機中，燃料的化學能轉變?yōu)闊崮埽瑹崮苡洲D變?yōu)闄C械能，這兩次能量轉換都發(fā)生在氣缸內部。,一、柴油機基本工作原理,柴油機基本工作原理 (1) 柴油機的燃料是柴油 （2）柴油的燃燒是通過柴油油霧與空氣混合后形成的可燃混合氣（稱謂工質），經壓縮后自行著火、燃燒，所以柴油機又稱為壓燃式內燃機。（汽油機中工質燃燒是利用火花塞點火的方式，故汽油機又稱為點火式內燃機） 作為工質的可燃混合氣即是氣體，氣體的特性除可流動外，更重要的是具有壓縮、膨脹的特性（體現在內燃機中）。氣體壓縮時，體積減小，溫度和壓力升高，氣體膨脹時，體積增大，溫度和壓力降低。柴油機在工作過程中，工質經歷了壓縮和膨脹的的循環(huán)過程，在這一過程中，工質的體積、壓力和溫度都要發(fā)生相應的變化，變化的過程就是柴油機做功和實現能量轉換的過程。 (3) 結合柴油機的結構，簡要敘述柴油機的基本工作原理：新鮮空氣被吸入氣缸后，與噴入氣缸中的柴油油霧形成混合氣，經壓縮自行著火，繼而在氣缸內快速燃燒，產生的高溫高壓的燃氣在氣缸中膨脹，推動活塞做往復直線運動，再通過由曲軸和連桿組成的曲柄連桿機構實現運動方式的轉變，將活塞的往復運動變?yōu)榍S的回轉運動，帶動工作機械組成動力機組。,一、柴油機基本工作原理,(4) 柴油機燃燒必須要有助燃劑氧氣，氧氣來自空氣。 根據柴油的化學成份（約含碳86%，氧13%，其它1%），經理論計算，一公斤重量的柴油完全燃燒約需要14.32公斤的空氣。（量值概念：1立方米的空氣，在常溫25條件下，約為1.2公斤），（柴油機工作時，柴油燃燒實際上需要的空氣量約為理論計算值的2倍左右）。 (5) 柴油機工作的四個過程: 吸氣過程（吸入或壓入新鮮空氣至氣缸中） 壓縮過程（通過壓縮提高空氣的壓力和溫度） 噴油、燃燒、膨脹過程（向氣缸中噴射柴油，呈霧化狀，并與壓縮空氣混合，自行著火燃燒，膨脹做功） 排氣過程（將做完功的廢氣自氣缸中排出）,四沖程柴油機的工作原理,一、柴油機基本工作原理,(6)以單缸柴油機為例，介紹簡要結構和基本結構參數 單缸柴油機的結構簡圖（橫剖面）如圖示: 圖中給出了柴油機的主要零部件，名稱如圖注。 柴油機的基本結構尺寸： 氣缸直徑：D 活塞行程：S 氣缸工作容積：Vh Vh=活塞面積行程 活塞在氣缸中往復運動的上、下極端位置分別稱為上止點、下止點。 曲軸曲柄銷中心到主軸頸中心的距離即是曲軸的回轉半徑，稱為曲柄半徑，計為R,顯然2R=S,R=S/2 氣缸蓋上的進氣閥控制進氣，排氣閥控制排氣， 氣缸蓋上的噴油器向氣缸定時、定量的噴射柴油。 （結合簡圖從活塞和曲軸的運動進一步說明四沖程柴油機）,一、柴油機基本工作原理,(7) 多缸柴油機的結構及工作原理 從上述單缸柴油機的四個工作過程中看出只有燃燒膨脹過程是對外做功輸出功率的過程，其余三個過程都是耗功過程。柴油機的功率、扭矩是間歇性、周期性變化的。工作過程的循環(huán)不息是曲軸上輸出端的飛輪蓄能作用和曲柄連桿機構的運動慣性造成的。 為了提高柴油機的單機功率、改善功率、扭矩的均勻性，所以設計有多缸機，如9L32/40就是9個氣缸的直列機，此外還有V型機等更多缸數的機器。 多缸機上各氣缸對外做功、輸出功率不是同時發(fā)生，而是輪流進行的，這是由曲軸的結構保證的。各氣缸之間的著火間隔角=柴油機一個工作循環(huán)的曲軸轉角度/缸數 9L30/40柴油機的發(fā)火間隔角=720/9=80 各缸的輪流做功的順序取決于設計的發(fā)火順序，這又是綜合考慮整個柴油機的受力、振動、平衡的結果，如從飛輪端看為順時針方向旋轉的9L32/40機，發(fā)火順序為1-6-3-2-8-7-4-9-5.,一、柴油機基本工作原理,(8) 簡述二沖程柴油機的工作原理和特點 四沖程柴油機一個工作循環(huán)，曲軸轉二轉（720），而二沖程柴油機曲軸轉一轉就完成一個工作循環(huán)，因此具有如下特點： 1.沒有單獨的進排氣過程，進排氣是在接近活塞下止點的上下位置幾乎是同時進行的，廢氣的排出是利用壓力較高的新鮮空氣將廢氣從氣缸中清掃出去（稱掃氣），因此在結構上需要較高壓力的掃氣泵；2.缸蓋上不設進氣閥，可以有排氣閥甚至連排氣閥也沒有（取決于掃氣方式）固此結構較簡單，氣缸上設有進（掃）氣孔；3.在氣缸直徑、行程、轉速相同的前提下，二沖程柴油機的工作循環(huán)和做功頻率比四沖程高一倍，因此二沖程的功率高（但達不到高一倍的程度）；4.由于循環(huán)時間短，換氣質量差，燃燒室零件熱負荷高，加至掃氣泵由柴油機本身驅動，要耗功，機器的經濟性差，柴油消耗率較高；5.當前中小功率的柴油機中，二沖程機器已較少應用，但在單機功率很大的船舶推進主機廣泛使用大型、低速二沖程機。,彎流掃氣式-回流二沖程柴油機工作原理,直流掃氣式二沖程柴油機圖片,直流掃氣式二沖程柴油機工作原理,二、柴油機的基本結構組成,柴油機技術標準中的一些規(guī)定： 柴油機是通過飛輪聯接工作機械，輸出功率的； 沿柴油機縱向（即曲軸的長度方向）兩端分別稱為飛輪端（32/40圖紙上稱為聯軸節(jié)端）和自由端；面對飛輪端（在船上也就是面對船舶的尾端），曲軸順時針旋轉的柴油機稱為右旋機，逆時針旋轉的稱為左旋機。多缸機的缸號編號以近飛輪端為第一缸，2，3，4依序向自由端數。柴油機還有左、右機之分，同樣是面對飛輪端，排氣管位于機器右側的，稱右機，位于左側的，稱左機，在船上如同時安裝兩臺主機，為了操縱的便利，往往采用左右機。 了解、分析柴油機的結構，看圖要結合柴油機的縱、橫剖面圖，縱剖面是沿機器的縱向（即曲軸長度方向）剖畫的，能清楚的看到機器兩端的不同結構；橫剖面是沿柴油機的左右橫向剖畫的，能清楚的看到機器左右兩側的不同結構，橫剖面一般是從飛輪端看的。 觀察柴油機實物，建議依下列順序看，飛輪端 機器的操縱側面（該側面上往往能看到噴油泵、調速器、儀表板、操縱裝置等） 自由端 非操縱側面（即操縱面的對側，該側面上往往能看到排氣管等部件），觀察實物僅對某柴油機的總體結構有個概括的了解，結合機器的縱、橫剖面總圖和各主要零部件的圖紙就能較全面的了解該型號柴油機的結構特點了。,二、柴油機的基本結構組成,一般的柴油機總體結構組成可以概括為：一個基礎，兩個核心，十個系統（裝置）。 一個基礎：指機體、機座，柴油機絕大部分零部件、系統裝置，都附裝在機體（或稱機身）上； 兩個核心：指燃燒室組件和曲柄連桿結構。燃燒室就是柴油燃燒的空間，是由氣缸蓋底面、活塞頂面和缸套頂部圓柱面組成，它是柴油機中溫度最高、熱負荷最重、可靠性和使用壽命最難解決的零部件；曲柄連桿機構是柴油機中機械負荷最大、制造難度最大的零部件；柴油機的專業(yè)技術除增壓外，大都是圍繞這兩個核心進行的。 十個系統（裝置）是：起動系統，配氣裝置，增壓系統，燃油噴射系統，調速裝置，燃油（重油）供給系統，機油潤滑系統，冷卻水系統，換向系統，操縱系統。 以9L32/40柴油機為例，分析說明該機的總體結構設計特點和各部件系統的結構組成和作用 在清晰的了解了柴油機的結構后，就能編制該柴油機的裝配關系和裝配過程。,L 32/40 柴油機的總體和主要零部件的結構設計簡要分析,L 32/40 柴油機的總體和主要零部件的結構設計簡要分析 ： 1、曲軸（主軸承）采用倒掛式結構 曲軸設計中采用大比例尺寸的連桿曲軸頸和主軸頸，（均為290mm， 比例系數達290/320=0.90625）因此曲軸的強度、剛度很好，材料就可采用普通碳鋼，設計上并無任何工藝強化措施，減輕了制造難度，降低了曲軸和整機的生產成本； 2、連桿設計采用了船用大頭的結構形式，為增大連桿軸頸提供了條件； 3、為保證缸套頭部的冷卻效果，參用大型低速機的設計思路，缸套頭部做成燃燒環(huán)和缸套凸肩，此機構有新意； 4、支撐環(huán)、燃燒環(huán)、缸套、連桿活塞組，組成了一組動力單元，方便了維修，動力單元是當前柴油機結構設計的新潮； 5、活塞采用鋼頂鐵裙的組合式結構，活塞頭部冷卻的機油通路設計別具一格；活塞銷上無任何鉆孔（過去傳統設計必須要有鉆孔），且活塞銷直徑很大，尺寸比例145/320=0.4530.4 ，大大提高了強度和剛度，提高了可靠性； 6、缸套中下部由傳統的水冷改為氣冷（氣冷缸套中下部是MAN機的特色），缸套和活塞的潤滑一改傳統的飛濺供油，改為專門的氣缸潤滑系統，壓力強制連續(xù)供油（又區(qū)別于大型低速機的氣缸壓力間歇供油）；,L 32/40 柴油機的總體和主要零部件的結構設計簡要分析,7、凸輪軸做成左右兩根，為各自的正時調節(jié)創(chuàng)造了條件；凸輪軸做成每缸一段的組合式，方便了制造和裝配；凸輪軸本身帶有減震器，防止支軸系系統扭振的發(fā)生； 8、缸蓋高度較高，使剛度增大，單層底結構，伐座處采用強制冷卻； 9、考慮到直列機的不同缸數69缸，從振動、平衡特性要求，在曲軸自由端設置了尺寸龐大的減震器； 10、機體兩端分別設計成功能不同的腔室：在飛輪端做成正時齒輪傳動腔，驅動兩根凸輪軸；在自由端做成減震器及輔助傳動齒輪腔，驅動冷卻水泵和機油泵； 11、增壓器采用MAN公司自己生產配套的NR/S型增壓器，該增壓器是徑流式，效率很高（一般大流量的增壓器都采用軸流式，且徑流式增壓器一般說效率不高。）；增壓器橫向布置于機體上端部（對船機布于飛輪端，對發(fā)電機組布于發(fā)電機端）；為適應不同缸數的配套要求，增壓系統采用MPC方式； 12、燃油噴射系統采用傳統的噴油泵高壓油管噴油器系統，噴油泵為單體泵，燃燒室為淺W型，并有高壓共軌噴油系統可供選擇； 13、具有一整套完善的控制裝置；電子調速器，多點油、氣、水、壓力、溫度監(jiān)測、保護、報警裝置，為監(jiān)控柴油機，保障使用安全性提供了保證； 14、為適應長時間低負荷運轉的性能要求，（從環(huán)保和節(jié)能出發(fā)）在增壓系統設有助噴、旁通裝置；噴油正時、配氣正時都有相應的調節(jié)裝置，技術儲備充分。,二、柴油機的基本結構組成,發(fā)動機橫剖圖： 11000012050_01_-.pdf 發(fā)動機縱剖圖： 11000012051_01_-.pdf,L 32/40發(fā)動機橫截面，聯軸器端視圖,V 32/40發(fā)動機橫截面，聯軸器端視圖,三、柴油機的性能參數,柴油機的技術性能指標可分為5類： 1.動力性指標：如功率、扭矩、平均有效壓力、活塞平均速度、解釋兩個平均的概念，簡要說明示功圖和活塞速度； 2.經濟性指標：燃油消耗率、機油消耗率、可燒燃油的品質； 3.適用性指標：評價冷車起動性能，對工作機械轉速和負荷變化的適應性，作為船用柴油機還要求允許的縱、橫傾斜和搖擺能力（實為抗風浪能力） 4.環(huán)保性指標：排放（重點是NOX和碳粒、煙度）、振動、噪聲。 5.可靠性、使用壽命：首次故障時間、故障平均間隔時間、吊缸期、大修期。 5類性能綜合起來考評，就是發(fā)動機的綜合性能。 一臺柴油機，其動力性、經濟性和環(huán)保性三類指標的優(yōu)劣，關鍵取決于工質燃燒和工作過程的完善程度，要訣是5句話：進氣要多、噴油要細、混合要均、燃燒要快、排氣要凈。 可靠性和耐久性取決于結構設計，如主要零件的強度、剛度等機械負荷、潤滑、冷卻系統的效果、燃燒室零件承受的熱負荷。 適用性是針對機器的特定用途，使用情況的特點，對相關零部件和系統做出對應的設計。,同類機型的性能比較表,L32/40柴油機和國內現生產的同類機型的性能比較見下表。,同類機型的性能簡要分析,簡要分析： 1L 32/40 較其它三機型，強化度高出13.6624.0%，升功率高出15.6336.32%；說明L 32/40機的動力性能很高，達國內外領先水平； 2表征經濟性的ge值亦是最低的，考慮到帶全水泵、機油泵，按國際國內標準，取+5%公差計算，最高的ge值亦僅為194.25g/kw.h，應該說這在中外中速柴油機中也是很好的水平。 總之，9L32/40柴油機的主要性能指標及與國內外同類機型比較最突出的是動力性能，升功率比廣柴、鎮(zhèn)柴的320和洋馬330機分別高出15.63%36.32%，強化度比上述三個機型分別高出13.66%24%，此外針對高增壓柴油機部分負荷性能（主要是經濟性、環(huán)保性）較差的問題，32/40機在增壓、配氣、噴油系統方面都有獨到的結構設計，使其部分負荷性能得到很好的改善，是一款先進的具有很高競爭力的機型 。,三、柴油機的性能參數,附：柴油機的單機功率與主要動力性能指標，基本結構尺