船舶柴油機的基本知識

1、課題一課題一 船舶柴油機的基本知識船舶柴油機的基本知識 第一節(jié)第一節(jié) 柴油機的概述及發(fā)展趨勢柴油機的概述及發(fā)展趨勢柴油機之父魯?shù)婪虻先麪?魯?shù)婪虻屹悹?Rudofl Diesel)被譽為柴油機之父 柴油一詞就是由他的名字而來的：diesel oil一、柴油機的概述一、柴油機的概述 1熱機熱機 熱機是指把熱能轉換成機械能的動力機械。蒸汽機、蒸汽輪機以及柴油機、汽油機等是熱機中較典型的機型。 蒸汽機與蒸汽輪機同屬外燃機。 2內燃機內燃機 汽油機、柴油機以及燃氣輪機同屬內燃機。雖然它們的機械運動形式（往復、回轉）不同，但具有相同的工作特點都是燃料在發(fā)動機的氣缸內燃燒并直接利用燃料燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃

2、氣在氣缸中膨脹作功。 在內燃機中根據(jù)所用燃料不同，可大致分為汽油機、煤氣機、柴油機和燃氣輪機。如汽油機使用揮發(fā)性好的汽油做燃料，采用外部混合法（汽油與空氣在氣缸外部進氣管中的汽化器進行混合）形成可燃混合氣。缸內燃燒為電點火式（電火花塞點火）。這種工作特點使汽油機不能采用高壓縮比，因而限制了汽油機的經(jīng)濟性不能大幅度提高，而且也不允許作為船用發(fā)動機使用（汽油的火災危險性大）。 3柴油機柴油機 柴油機是一種壓縮發(fā)火的往復式內燃機。它使用揮發(fā)性較差的柴油或劣質燃料油做燃料。采用內部混合法（燃油與空氣的混合發(fā)生在氣缸內部）形成可燃混合氣；缸內燃燒采用壓縮式（靠缸內空氣壓縮形成的高溫自行發(fā)火）。這種工作特

3、點使柴油機在熱機領域內具有最高的熱效率（已達到 55左右），而且允許作為船用發(fā)動機使用。 船用主機經(jīng)濟性、可靠性、壽命是第一位，尺寸、重量是第二位，低速機適用作船用主機，大功率四沖程中速機適用作滾裝船和集裝箱船，中、高速機適用作發(fā)電機組。柴油機通常具有以下突出優(yōu)點： （1）經(jīng)濟性好。有效熱效率可達50以上，可使用廉價的重油，燃油費用低。 （2）功率范圍寬廣，單機功率從0.6kW45600kW，適用的領域廣。（3）尺寸小，重量輕，有利于船舶機艙布置。 （4）機動性好。起動方便，加速性能好，有較寬的轉速和負荷調節(jié)范圍，可直接反轉，能適應船舶航行的各種工況要求。 同時，柴油機也具有以下缺點： （1）

4、存在機身振動、軸系扭轉振動和噪音。 （2）某些部件的工作條件惡劣，承受高溫、高壓并具有沖擊性負荷。 船舶柴油機的發(fā)展經(jīng)歷了四個階段船舶柴油機的發(fā)展經(jīng)歷了四個階段 第一階段從20世紀初至40年代，這個階段是柴油機的初步發(fā)展期。關鍵是無氣噴射技術，即噴油泵的發(fā)明。以前是利用高壓空氣將燃油噴入柴油機燃燒室并將其霧化，但是存在很多問題：1、使柴油機變的笨重；2、壓力不夠高，霧化質量差；3、能耗高。另外增壓技術也是在這一時期發(fā)明的。 第二階段從20世紀40年代至70年代。這是船舶柴油機發(fā)展的黃金時期，主要特征是向大缸徑大功率方向發(fā)展，以提高增壓程度和加大氣缸排量作為提高單缸功率的主要措施。在技術方面主要

5、是廢氣渦輪增壓技術的成熟和普及。 第三階段20世紀70年代至90年代末。70年代出現(xiàn)了能源危機，1973年石油的價格漲了3倍，柴油機的燃油費用支出占到營運成本的30%40%。提高柴油機的經(jīng)濟性是這個階段主要解決的問題。 這個階段的第一個特征就是各船用柴油機廠之間開始進行大規(guī)模的淘汰、調整和重新組合。由以前的8個品牌減少到3種。對船舶柴油機影響最大的是80年代初MAN公司和B&W公司的合并以及90年代Wartsila公司和Sulzer的合并。在世界范圍內，目前大型低速柴油機只有MAN B&W的MC系列和Wartsila公司的Sulzer RTA系列柴油機。 第二個特征是節(jié)能技術研究與發(fā)展。 由于

6、能源危機的出現(xiàn)，各類柴油機均采用各種節(jié)能措施降低油耗率提高柴油機熱效率，而且供給柴油機的燃油質量日益低劣。這個階段柴油機功率的提高主要依賴于增壓技術的改進和柴油機強化程度的提高。 第四階段是從21世紀初開始的，其特征是電子控制在柴油機上的應用。應用電子技術對船舶柴油的運行進行全程監(jiān)控，以便隨時了解柴油機的運行工況。 船舶柴油機當前的技術水平船舶柴油機當前的技術水平 低速柴油機 船用低速柴油機目前只有MAN B&W、 Wartsila瑞士公司（Sulzer）和日本三菱三家公司生產(chǎn)，即MAN B&W的MC系列（72%）、 Wartsila公司的Sulzer RTA系列（23%）和三菱公司的UEC系

7、列（5%）。三菱5%的市場份額得益于三菱重工集團公司下屬船舶企業(yè)的大力扶持。西歐之所以能占到市場份額的95%跟西歐400多年的海上殖民歷史有密切的關系。遠洋船舶的航運品牌樹立、維修和服務網(wǎng)點布置不是幾年是指幾十年時間能夠完成的。 船用中速機 也是主要被西歐品牌所占據(jù)，市場份額占到80%，其中Wartsila占有40%。MAN公司和MAK公司也占有一席之地。 我國柴油機的發(fā)展狀況我國柴油機的發(fā)展狀況 我國對大型低速柴油機的研制始于1958年。目前國內有10余家生產(chǎn)船用柴油機的企業(yè)，規(guī)模較大的僅有滬東重機、大連船用柴油機廠和宜昌船用柴油機廠三家。 我國船用柴油機行業(yè)存在的主要問題是產(chǎn)能較弱，產(chǎn)量規(guī)

8、模和單機功率遠低于先進造船國家，無法滿足造船工業(yè)的要求。但我國的造船業(yè)發(fā)展迅速，現(xiàn)在已經(jīng)超過日本和韓國成為第一造船大國。使我國造機能力不足的問題更加突出了。 我國船用柴油機行業(yè)目前存在的第二個問題是產(chǎn)品配套能力差。很多零件，特別是曲軸的生產(chǎn)能力不足，嚴重影響我國柴油機工業(yè)的發(fā)展。我國很多的零件都需要進口，特別是柴油機最重要的部件曲軸，完全依靠進口。為了解決這一問題現(xiàn)狀，2002年5月我國在上海組建了船用曲軸生產(chǎn)基地，2005年1月生產(chǎn)出來了第一根曲軸。 第一節(jié)第一節(jié) 柴油機的基本結構柴油機的基本結構 一、柴油機的基本工作原理一、柴油機的基本工作原理 柴油機是一種壓縮發(fā)火的往復式內燃機。它的基本

9、工作原理是使燃油直接在發(fā)動機的氣缸中燃燒，將燃油的化學能轉變成熱能，從而生成高溫高壓的燃氣，因燃氣膨脹，推動活塞運動，通過曲柄連桿對外做功，將熱能轉變?yōu)闄C械能。 柴油機必須經(jīng)過進氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個過程才能完成了一個工作循環(huán)。然后不斷重復進行這些過程，使柴油機持續(xù)工作。 二、柴油機的基本結構二、柴油機的基本結構 （1）固定部件 主要由氣缸蓋、氣缸套、機體、機座、主軸承等構成柴油機本體和運動件的支承，并和有關運動部件配合構成柴油機的工作空間。 （2）運動部件 主要由活塞、活塞銷、連桿，連桿螺栓、曲軸等組成。它們與固定部件配合完成空氣壓縮及熱能到機械能的轉換。 （3）配氣系統(tǒng) 它包括進氣

10、系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)。 （4）燃油系統(tǒng) 它包括供應和噴射兩個系統(tǒng)。 （5）潤滑系統(tǒng) （6）冷卻系統(tǒng) （7）起動系統(tǒng) （8）調速裝置 多數(shù)柴油機還設有增壓系統(tǒng) 三、柴油機的基本結構參數(shù)三、柴油機的基本結構參數(shù) （1）氣缸直徑D：氣缸套的名義內徑。 （2）曲柄半徑R：曲軸的曲柄銷中心與主軸頸中心間的距離。 （3）上止點（TDC）：活塞在氣缸中運動的最上端位置，也就是活塞離曲軸中心線最遠的位置。 （4）下止點（BDC）：活塞在氣缸中運動的最下端位置，也就是活塞離曲軸中心線最近的位置。 （5）沖程（S），又稱行程：活塞從上止點移動到下止點間的直線距離。它等于曲軸曲柄半徑R的兩倍（S2R）。活塞移動一個行程，

11、相當于曲軸轉動180（曲軸轉角）。 （6）氣缸余隙容積（壓縮室容積Vc）：活塞在氣缸內上止點時，活塞頂上的全部空間（活塞頂、氣缸蓋底面與氣缸套表面之間所包圍的空間）容積。 （7）余隙高度（頂隙）：上止點時活塞最高頂面與氣缸蓋底平面之垂直距離。 （8）氣缸工作容積（Vh）：活塞在氣缸中從上止點移動到下止點時所掃過的容積。 （9）氣缸總容積（Va）：活塞在氣缸內位于下止點時，活塞頂以上的氣缸全部容積，亦稱氣缸最大容積。VaVcVh （10）壓縮比（）：氣缸總容積與壓縮室容積之比值，亦稱幾何壓縮比。VaVc1VhVc 壓縮比表明壓縮過程中進入氣缸內的空氣被壓縮的程度。它是柴油機的主要性能參數(shù)之一。壓縮比越大，進氣就被壓縮得越厲害，壓縮終點的溫度和壓力就越高，燃油越容易燃燒，柴油機越容易啟動，而且熱效率也越高。但壓縮比過高時，將使柴油機機件受力過大，磨損加劇，同時也將使壓縮過程所消耗的壓縮