船舶柴油機(jī)的基本知識

1、課題一課題一 船舶柴油機(jī)的基本知識船舶柴油機(jī)的基本知識 第一節(jié)第一節(jié) 柴油機(jī)的概述及發(fā)展趨勢柴油機(jī)的概述及發(fā)展趨勢柴油機(jī)之父魯?shù)婪虻先麪?魯?shù)婪虻屹悹?Rudofl Diesel)被譽(yù)為柴油機(jī)之父 柴油一詞就是由他的名字而來的：diesel oil一、柴油機(jī)的概述一、柴油機(jī)的概述 1熱機(jī)熱機(jī) 熱機(jī)是指把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械。蒸汽機(jī)、蒸汽輪機(jī)以及柴油機(jī)、汽油機(jī)等是熱機(jī)中較典型的機(jī)型。 蒸汽機(jī)與蒸汽輪機(jī)同屬外燃機(jī)。 2內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī) 汽油機(jī)、柴油機(jī)以及燃?xì)廨啓C(jī)同屬內(nèi)燃機(jī)。雖然它們的機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式（往復(fù)、回轉(zhuǎn)）不同，但具有相同的工作特點(diǎn)都是燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)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(nèi)燃機(jī)中根據(jù)所用燃料不同，可大致分為汽油機(jī)、煤氣機(jī)、柴油機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)。如汽油機(jī)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(jìn)氣管中的汽化器進(jìn)行混合）形成可燃混合氣。缸內(nèi)燃燒為電點(diǎn)火式（電火花塞點(diǎn)火）。這種工作特點(diǎn)使汽油機(jī)不能采用高壓縮比，因而限制了汽油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性不能大幅度提高，而且也不允許作為船用發(fā)動(dòng)機(jī)使用（汽油的火災(zāi)危險(xiǎn)性大）。 3柴油機(jī)柴油機(jī) 柴油機(jī)是一種壓縮發(fā)火的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)。它使用揮發(fā)性較差的柴油或劣質(zhì)燃料油做燃料。采用內(nèi)部混合法（燃油與空氣的混合發(fā)生在氣缸內(nèi)部）形成可燃混合氣；缸內(nèi)燃燒采用壓縮式（靠缸內(nèi)空氣壓縮形成的高溫自行發(fā)火）。這種工作特

3、點(diǎn)使柴油機(jī)在熱機(jī)領(lǐng)域內(nèi)具有最高的熱效率（已達(dá)到 55左右），而且允許作為船用發(fā)動(dòng)機(jī)使用。 船用主機(jī)經(jīng)濟(jì)性、可靠性、壽命是第一位，尺寸、重量是第二位，低速機(jī)適用作船用主機(jī)，大功率四沖程中速機(jī)適用作滾裝船和集裝箱船，中、高速機(jī)適用作發(fā)電機(jī)組。柴油機(jī)通常具有以下突出優(yōu)點(diǎn)： （1）經(jīng)濟(jì)性好。有效熱效率可達(dá)50以上，可使用廉價(jià)的重油，燃油費(fèi)用低。 （2）功率范圍寬廣，單機(jī)功率從0.6kW45600kW，適用的領(lǐng)域廣。（3）尺寸小，重量輕，有利于船舶機(jī)艙布置。 （4）機(jī)動(dòng)性好。起動(dòng)方便，加速性能好，有較寬的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍，可直接反轉(zhuǎn)，能適應(yīng)船舶航行的各種工況要求。 同時(shí)，柴油機(jī)也具有以下缺點(diǎn)： （1）

4、存在機(jī)身振動(dòng)、軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)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(fù)荷。 船舶柴油機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段船舶柴油機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段 第一階段從20世紀(jì)初至40年代，這個(gè)階段是柴油機(jī)的初步發(fā)展期。關(guān)鍵是無氣噴射技術(shù)，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(jī)燃燒室并將其霧化，但是存在很多問題：1、使柴油機(jī)變的笨重；2、壓力不夠高，霧化質(zhì)量差；3、能耗高。另外增壓技術(shù)也是在這一時(shí)期發(fā)明的。 第二階段從20世紀(jì)40年代至70年代。這是船舶柴油機(jī)發(fā)展的黃金時(shí)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(shù)方面主要

5、是廢氣渦輪增壓技術(shù)的成熟和普及。 第三階段20世紀(jì)70年代至90年代末。70年代出現(xiàn)了能源危機(jī)，1973年石油的價(jià)格漲了3倍，柴油機(jī)的燃油費(fèi)用支出占到營運(yùn)成本的30%40%。提高柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性是這個(gè)階段主要解決的問題。 這個(gè)階段的第一個(gè)特征就是各船用柴油機(jī)廠之間開始進(jìn)行大規(guī)模的淘汰、調(diào)整和重新組合。由以前的8個(gè)品牌減少到3種。對船舶柴油機(jī)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(nèi)，目前大型低速柴油機(jī)只有MAN B&W的MC系列和Wartsila公司的Sulzer RTA系列柴油機(jī)。 第二個(gè)特征是節(jié)能技術(shù)研究與發(fā)展。 由于

6、能源危機(jī)的出現(xiàn)，各類柴油機(jī)均采用各種節(jié)能措施降低油耗率提高柴油機(jī)熱效率，而且供給柴油機(jī)的燃油質(zhì)量日益低劣。這個(gè)階段柴油機(jī)功率的提高主要依賴于增壓技術(shù)的改進(jìn)和柴油機(jī)強(qiáng)化程度的提高。 第四階段是從21世紀(jì)初開始的，其特征是電子控制在柴油機(jī)上的應(yīng)用。應(yīng)用電子技術(shù)對船舶柴油的運(yùn)行進(jìn)行全程監(jiān)控，以便隨時(shí)了解柴油機(jī)的運(yùn)行工況。 船舶柴油機(jī)當(dāng)前的技術(shù)水平船舶柴油機(jī)當(dāng)前的技術(shù)水平 低速柴油機(jī) 船用低速柴油機(jī)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(tuán)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(guān)系。遠(yuǎn)洋船舶的航運(yùn)品牌樹立、維修和服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)布置不是幾年是指幾十年時(shí)間能夠完成的。 船用中速機(jī) 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(jī)的發(fā)展?fàn)顩r我國柴油機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 我國對大型低速柴油機(jī)的研制始于1958年。目前國內(nèi)有10余家生產(chǎn)船用柴油機(jī)的企業(yè)，規(guī)模較大的僅有滬東重機(jī)、大連船用柴油機(jī)廠和宜昌船用柴油機(jī)廠三家。 我國船用柴油機(jī)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(jī)功率遠(yuǎn)低于先進(jìn)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(jī)能力不足的問題更加突出了。 我國船用柴油機(jī)行業(yè)目前存在的第二個(gè)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(yán)重影響我國柴油機(jī)工業(yè)的發(fā)展。我國很多的零件都需要進(jìn)口，特別是柴油機(jī)最重要的部件曲軸，完全依靠進(jìn)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(jī)的基本結(jié)構(gòu)柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 一、柴油機(jī)的基本工作原理一、柴油機(jī)的基本工作原理 柴油機(jī)是一種壓縮發(fā)火的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)。它的基本

9、工作原理是使燃油直接在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中燃燒，將燃油的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能，從而生成高溫高壓的燃?xì)?，因燃?xì)馀蛎?，推?dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，通過曲柄連桿對外做功，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。 柴油機(jī)必須經(jīng)過進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個(gè)過程才能完成了一個(gè)工作循環(huán)。然后不斷重復(fù)進(jìn)行這些過程，使柴油機(jī)持續(xù)工作。 二、柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)二、柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu) （1）固定部件 主要由氣缸蓋、氣缸套、機(jī)體、機(jī)座、主軸承等構(gòu)成柴油機(jī)本體和運(yùn)動(dòng)件的支承，并和有關(guān)運(yùn)動(dòng)部件配合構(gòu)成柴油機(jī)的工作空間。 （2）運(yùn)動(dòng)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(jī)械能的轉(zhuǎn)換。 （3）配氣系統(tǒng) 它包括進(jìn)氣

10、系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)。 （4）燃油系統(tǒng) 它包括供應(yīng)和噴射兩個(gè)系統(tǒng)。 （5）潤滑系統(tǒng) （6）冷卻系統(tǒng) （7）起動(dòng)系統(tǒng) （8）調(diào)速裝置 多數(shù)柴油機(jī)還設(shè)有增壓系統(tǒng) 三、柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)三、柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù) （1）氣缸直徑D：氣缸套的名義內(nèi)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(diǎn)（TDC）：活塞在氣缸中運(yùn)動(dòng)的最上端位置，也就是活塞離曲軸中心線最遠(yuǎn)的位置。 （4）下止點(diǎn)（BDC）：活塞在氣缸中運(yùn)動(dòng)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(diǎn)移動(dòng)到下止點(diǎn)間的直線距離。它等于曲軸曲柄半徑R的兩倍（S2R）?；钊苿?dòng)一個(gè)行程，

11、相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)180（曲軸轉(zhuǎn)角）。 （6）氣缸余隙容積（壓縮室容積Vc）：活塞在氣缸內(nèi)上止點(diǎn)時(shí)，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(diǎn)時(shí)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(diǎn)移動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)所掃過的容積。 （9）氣缸總?cè)莘e（Va）：活塞在氣缸內(nèi)位于下止點(diǎn)時(shí)，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?cè)莘e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(jìn)入氣缸內(nèi)的空氣被壓縮的程度。它是柴油機(jī)的主要性能參數(shù)之一。壓縮比越大，進(jìn)氣就被壓縮得越厲害，壓縮終點(diǎn)的溫度和壓力就越高，燃油越容易燃燒，柴油機(jī)越容易啟動(dòng)，而且熱效率也越高。但壓縮比過高時(shí)，將使柴油機(jī)機(jī)件受力過大，磨損加劇，同時(shí)也將使壓縮過程所消耗的壓縮